ISEP - DM – Engenharia Biomédica
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Percorrer ISEP - DM – Engenharia Biomédica por orientador "Alves, Joaquim Fernando Almeida"
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- Biossensor eletroquímico descartável para o diagnóstico da diabetesPublication . Vinagre, Inês Maria de Sá; Alves, Joaquim Fernando AlmeidaA diabetes é considerada a “pandemia do século XXI”. Esta doença está associada a uma elevada morbilidade e mortalidade relacionadas com o risco de complicações ao nível cardíaco, renal, vascular e oftálmico. Assim, torna-se urgente melhorar os métodos de diagnóstico da diabetes por forma a que estes sejam simples, rápidos e eficientes, diminuindo o número de casos de pacientes diabéticos. Por outro lado, é de extrema importância a monitorização contínua dos níveis de glucose por parte dos pacientes, pois elevados níveis de glucose (hiperglicemia) aumentam o risco de comorbidades, sendo que a hipoglicemia pode levar à morte. Os biossensores são dispositivos que permitem identificar/quantificar diversas biomoléculas, através da transdução da ligação do analito a um elemento de reconhecimento, num sinal mensurável. Nas últimas décadas têm sido desenvolvidos biossensores eletroquímicos enzimáticos, que graças à elevada especificidade das enzimas e à elevada seletividade/sensibilidade dos transdutores eletroquímicos, permitem desenvolver sistemas portáteis, miniaturizados e de baixo custo, para o diagnóstico de múltiplas doenças. Perante este problema, foi desenvolvido um biossensor eletroquímico enzimático descartável para o diagnóstico da diabetes, de baixo custo, preciso, simples e rápido. Para o desenvolvimento deste biossensor, o material de suporte utilizado foi um elétrodo impresso em ouro e o elemento de reconhecimento da glucose (analito) foi a enzima glucose oxidase. Por forma a otimizar a superfície do elétrodo e a aderência da enzima ao substrato, foi imobilizado na superfície do elétrodo de trabalho um nanomaterial biocompatível, o biografeno. Após a imobilização do biografeno por adsorção na superfície do elétrodo, foram testados dois mecanismos de imobilização da enzima glucose oxidase (GOx) com dois tempos de incubação diferentes. Numa primeira fase, foi testado o método de adsorção, que consiste na imobilização direta da enzima na superfície do elétrodo previamente modificado com biografeno. Foram testados dois intervalos de tempo destintos: 2 horas e 12 horas, recorrendo às técnicas eletroquímicas de voltametria cíclica e cronoamperometria para o controlo da modificação da superfície do elétrodo. Adicionalmente, explorou-se o método de aprisionamento/encapsulamento da enzima, mediante a polimerização eletroquímica do monómero, tiramina com o agente reticulante glutaraldeído, para os mesmos tempos de incubação. Para se avaliar o efeito do agente reticulante, desenvolveu-se um biossensor semelhante ao anterior, excluindo a presença do glutaraldeído, de modo a investigar o seu impacto na fixação. Após a análise do desempenho do biossensor através da técnica de cronoamperometria para cada um dos métodos, concluiu-se que o método mais preciso e com uma maior gama de resposta, era o da adsorção de 2 horas. O biossensor apresentou uma gama de linearidade entre 1,0 mmol/L (limite inferior de resposta linear) e 40,0 mmol/L com um declive de 1,784 e um 𝑅 2 de 0,9939. Assim, por forma a garantir a sua seletividade na presença da glucose, este foi testado em soro humano comercial e com diferentes interferentes que estão presentes no soro humano. A sua superfície foi caracterizada por microscopia eletrónica de transmissão e espetroscopia de Raman. Este biossensor revelou ser sensível, seletivo e reprodutível para a deteção da glucose, possibilitando assim o diagnóstico e monitorização da diabetes, podendo a sua metodologia ser aplicada em investigação futuras com elétrodos à base microagulhas, para a monitorização contínua no fluído ntersticial da pele.
- Desenvolvimento de protótipo de baixo custo para sistema de controlo de sinais vitaisPublication . Guimarães, Pedro Miguel Pinto Moreira; Alves, Joaquim Fernando AlmeidaO objetivo deste projeto é o desenvolvimento de um sistema que permita a centralização, num único dispositivo, do processo de registo de sinais vitais de um indivíduo, especialmente em casos em que exista a necessidade de realizar estas medições de forma regular, como por exemplo em pacientes com histórico de problemas cardíacos, permitindo assim a simplificação de todo o processo de recolha de sinais vitais e consequente registo histórico, com recurso a uma aplicação móvel que controlará todo o processo. Assim, foi desenvolvido um protótipo baseado em dispositivos médicos de uso pessoal já existentes no mercado, cujo controlo dos mesmos foi centralizado num microcontrolador ESP32. Este sistema permite que os dispositivos sejam operados através de uma aplicação móvel compatível com iOS e Android, proporcionando uma interface que facilita aos utilizadores a operação e centralização do seu historial clínico diretamente nos seus dispositivos móveis. Este projeto permitiu então obter um protótipo operacional, que cumpre os objetivos propostos, esperando-se igualmente que possa servir de base para o desenvolvimento futuro de um sistema que venha, por exemplo, a ser alvo de utilização em instituições em que esta necessidade se aplique a um grupo pessoas (como um lar de idosos), tendo em vista uma solução que, uma vez implementada, se possa vir a revelar um importante instrumento neste âmbito e cuja sua utilização se possa traduzir em reais mais-valias para os diversos setores de atividade em que a mesma possa ser colocada em utilização.
- Desenvolvimento de um sistema para medição de impedância corporalPublication . SÊCO, RAFAEL NUNES DOS SANTOS; Alves, Joaquim Fernando AlmeidaO presente documento surge no âmbito da dissertação de tese para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Biomédica pelo Instituto Superior de Engenharia do Porto, em colaboração com a equipa de software da ProzisX. O principal objetivo do projeto é o estudo de uma abordagem para a avaliação da composição corporal, com recurso à medição de bioimpedância. No levantamento do estado da arte, identificaram-se os principais métodos utilizados para a medição de impedância corporal, bem como modelos elétricos do corpo humano propostos ao longo das últimas décadas. O sistema desenvolvido neste trabalho baseou-se na utilização do microprocessador BH66F2663, em conjunto com uma arquitetura de 8 elétrodos, e envolveu medições com 700 indivíduos diferentes, seguindo duas configurações diferentes e três frequências de sinal, sendo validado através da comparação com métodos de referência e dados recolhidos da literatura. Ao longo do relatório são apresentados 59 modelos de regressão linear, como forma de estimar a massa isenta de gordura (MIG), o volume de água total (VAT), o perímetro da cintura (PC) e o perímetro da anca (PA). São, também, propostos dois algoritmos para a deteção da frequência cardíaca utilizando a variação de impedância corporal. Contudo, são apontadas algumas limitações do trabalho realizado e perspetivas futuras, englobando o alargamento da base de dados, a pesquisa de relações não-lineares e a integração do sistema com uma aplicação móvel.
- Estudo e Desenvolvimento de Sistema para Monitorização de Sinais Vitais Sem FiosPublication . Rodrigues, Nelson Filipe Magalhães; Alves, Joaquim Fernando AlmeidaCom o avanço tecnológico, tem-se vindo a verificar nas mais diversas áreas a interação entre equipamentos, denominada Internet of Things (IoT). Assim, é possível que os mais diversos equipamentos estejam a comunicar entre si, permitindo monitorizar diversas variáveis. Posto isto, estas inovações tecnológicas têm vindo, pouco a pouco a entrar na área da saúde. Cada vez mais as instituições de saúde procuraram estar na vanguarda, tornandose competitivas entre elas, o que resulta em melhor oferta para o utente. Assim, é comum que muitos dados sejam tratados já de forma digital, permitindo que, tanto o utente como o médico que o acompanha, tenham acesso aos dados a partir de qualquer dispositivo, evitando deslocações, muitas vezes dispendiosas, às instalações. Assim, ao longo deste documento foram abordados os diversos sistemas de saúde que existem, ou que se encontram em desenvolvimento, que envolvam tecnologia Wireless. Foi definido que seria importante desenvolver um sistema capaz de enviar dados de monitorização em tempo real para mais do que um dispositivo em simultâneo, pelo que, após pesquisa, se chegou às condições que o sistema deveria possuir para dar resposta, sobretudo, à frequência com que certos sinais vitais devem ser registados. Desenvolveu-se uma página Web que apresenta os mais variados sinais vitais, dando-se, também, início ao desenvolvimento do dispositivo que irá recolher todos esses sinais, começando pelo desenvolvimento do termómetro.
- Gestão de equipamentos médicos com função de medição em plataforma interoperativaPublication . Pereira, Jéssica Freixo; Alves, Joaquim Fernando AlmeidaA gestão eficiente dos Equipamentos Médicos com Função de Medição (EMFM) é determinante para assegurar a qualidade e a segurança dos cuidados de saúde. Este projeto aborda a transição da plataforma Health Metrology (HM) para a plataforma de Gestão Hospitalar de Armazéns e Farmácia (GHAF) na Unidade Local de Saúde de Santo António (ULSSA). A necessidade de implementar um módulo de manutenção preventiva e calibração no GHAF identificou-se como uma solução para centralizar, automatizar e melhorar a gestão dos EMFM, minimizando os riscos associados a processos manuais e garantindo a conformidade com as normas regulamentares. O estudo analisa os principais desafios dessa implementação, incluindo a migração de dados, a padronização de processos e a criação de protocolos de manutenção e calibração. A investigação incluiu inventariações detalhadas dos equipamentos nos Serviços Farmacêuticos e no CoreLab (como Serviços piloto), verificando a precisão dos dados e identificando falhas a serem corrigidas na nova plataforma. Além disso, realizou-se uma análise crítica das funcionalidades do GHAF, destacando áreas de melhoria e adaptação, e desenvolvida uma estratégia para capacitar os utilizadores no uso eficiente do novo módulo. Para garantir a eficácia da transição, o projeto centrou-se na aplicação de metodologias baseadas em evidências para a manutenção e calibração dos equipamentos, priorizando a rastreabilidade, a eficiência operacional e o cumprimento das normas de qualidade. A integração deste módulo no GHAF possibilita um ambiente hospitalar mais seguro, enquanto otimiza os recursos e aprimora os processos de gestão. Este trabalho contribui para o desenvolvimento de uma abordagem mais segura e eficiente na gestão dos EMFM, oferecendo benefícios diretos à qualidade dos cuidados prestados aos utentes e destacando a importância da inovação tecnológica na melhoria contínua dos processos hospitalares.
- Implementação de Rede de Sensores Sem Fios para Monitorização e Controlo de Sistema de AquaponiaPublication . Pereira, Frederico Alcides Marques dos Santos; Alves, Joaquim Fernando AlmeidaA expansão e evolução das redes de sensores e a IoT (Internet of Things), verificada nos anos mais recentes, tornou esta tecnologia apelativa e aplicável para a monitorização e controlo em diferentes áreas, como a ambiental de interior ou exterior, da saúde e bem-estar e de equipamentos. A monitorização e controlo da aquaponia e do meio onde esta se insere é essencial para o bom funcionamento do sistema. Neste sentido, este projeto descreve a implementação de uma rede de sensores sem fios para monitorização e controlo do sistema de aquaponia instalado no ISEP. A pesquisa bibliográfica efetuada permitiu identificar as necessidades da aquaponia e os métodos usados para a monitorizar. Realizou-se o estudo das tecnologias de rede sem fios, plataformas de aquisição e visualização dos dados. O levantamento de requisitos, definiu as grandezas físicas a ser monitorizadas, tendo a escolha dos sensores ido ao encontro dos requisitos colocados. Para integrar os sensores e criar a rede, foi necessário recorrer hardware e software, que permitiu o desenvolvimento do sistema de aquisição, comunicação e visualização. Neste projeto teve sempre consideração que o custo deveria ser o mais baixo possível, sem comprometer a sua funcionalidade. O projeto culminou com o desenvolvimento de uma rede de sensores sem fios, baseada em Wi-Fi e ZigBee, com a utilização da plataforma Arduino para a aquisição dos dados, o armazenamento e visualização foi efetuado com recurso as plataformas da Google com um custo global inferior a 500 euros. A rede de sensores sem fios, foram efetuados vários testes para aferir o funcionamento, robustez e fiabilidade da rede.
- Monitorização do estado de saúde geral em comunidades isoladasPublication . Ferreira, André Filipe dos Santos Mota; Alves, Joaquim Fernando AlmeidaA ideia para este trabalho nasceu devido ao quadro pandémico que ocorreu entre 2020 e 2022, onde fomos obrigados a ficar em casa e a manter o distanciamento social. Contudo, em locais onde o isolamento impera, e onde existem idosos que vivem sozinhos sem qualquer tipo de vigia regular, onde muitas vezes, a distância e as localizações remotas com os difíceis acessos, dificultam a chegada da ajuda, o que por vezes pode ser fatal. Tendo isto em conta, pretende-se, portanto, criar um sistema que permita a monitorização regular do estado de saúde geral destes idosos, contribuindo assim, para uma melhoria na sua segurança e qualidade de vida. Este projeto vem então oferecer uma solução para, nestes locais remotos e isolados, se conseguir manter uma monitorização diária do estado de saúde geral destes idosos. Cada idoso irá ter em sua casa um módulo de aquisição de dados, o que fará com que possam todos os dias registar os seus parâmetros fisiológicos de saturação de oxigénio, frequência cardíaca e temperatura corporal. No final da leitura, os valores serão enviados por Wi-Fi ou GPRS para um servidor na Cloud. A junta de freguesia da aldeia e/ou o quartel dos bombeiros mais próximo, poderão ter acesso a este servidor, e visualizar os dados em tempo real através da interface de utilizador. Caso algum idoso obtenha uma leitura crítica, é gerada uma notificação pop-up no ecrã a indicar qual o utente que obteve aquela leitura e a respetiva data e hora a que a mesma foi feita. Desta forma, seria possível enviar uma unidade médica de urgência à morada do idoso, de forma pró-ativa, evitando assim complicações do estado de saúde do mesmo. Também nestes casos, um ou mais familiares do idoso podem ser notificados via e-mail pelo sistema. Os alertas gerados devido a leituras críticas de cada idoso serão guardados numa base de dados dedicada, por forma a conseguir manter um histórico de cada idoso, permitindo assim o rastreio de uma eventual patologia. No final, foi então possível criar um sistema funcional que serve de prova de conceito para uma implementação futura de forma escalável.
- Promoção da utilização do sistema de alarmística ViGIE nas Unidades de Saúde da ULSSA - Unidade Local de Saúde de Santo AntónioPublication . Correia, Diogo Ribeiro; Alves, Joaquim Fernando AlmeidaA qualidade nos cuidados de saúde e a monitorização contínua de parâmetros críticos são essenciais para garantir a segurança dos pacientes e a eficácia operacional em ambientes hospitalares. No Centro Hospitalar Universitário de Santo António (CHUdSA), a plataforma ViGIE foi implementada para monitorizar em tempo real parâmetros como a temperatura e a humidade relativa, fundamentais para a preservação de produtos sensíveis e para a redução de riscos associados a falhas nos serviços. No entanto, identificou-se a necessidade de otimizar a plataforma devido à falta de formação dos profissionais, falhas de comunicação, sensores inativos e parâmetros mal configurados. O presente trabalho teve como objetivo reconfigurar os alarmes e sensores, melhorar a eficiência da plataforma e capacitar os profissionais de saúde através de formações específicas, garantindo uma utilização eficaz da solução. Além disso, procedeu-se à integração de novas valências na plataforma, pertencentes à Unidade Local de Saúde de Santo António (ULSSA), garantindo a sua expansão e aplicação abrangente. Foi realizada uma análise detalhada de parâmetros operacionais, como a percentagem de sensores inativos, falhas de comunicação e alarmes não validados, tendo sido seguidas normas em saúde para garantir a correta configuração dos sistemas de monitorização. Através desta análise verificou-se uma melhoria nos processos operacionais, com maior eficiência na gestão da plataforma e na monitorização dos novos pólos associados. Os resultados desta otimização comprovam os benefícios da ViGIE, que agora oferece uma monitorização mais precisa, abrangente e adaptada às necessidades atuais do CHUdSA.