ISEP - DM – Engenharia Biomédica
URI permanente para esta coleção:
Navegar
Percorrer ISEP - DM – Engenharia Biomédica por Domínios Científicos e Tecnológicos (FOS) "Engenharia e Tecnologia"
A mostrar 1 - 10 de 69
Resultados por página
Opções de ordenação
- A inteligência artificial no apoio ao diagnóstico do cancro da mamaPublication . COUTO, MARIA CAROLINA CAMPOS BRANDÃO DO; Ramos, Carlos Augusto XavierA Inteligência Artificial (IA) tem vindo a transformar o setor da saúde, particularmente no que diz respeito ao diagnóstico médico. O diagnóstico do cancro da mama, uma das principais causas de mortalidade feminina, pode beneficiar significativamente da aplicação destas tecnologias, que permitem uma deteção precoce e mais precisa da doença. Este trabalho tem como objetivo analisar o estado da arte na utilização da IA no diagnóstico do cancro da mama e avaliar a utilidade de sistemas de Diagnóstico Assistido por Computador (CAD), analisando a sua eficácia, fiabilidade e limitações. Foram escolhidos e analisados três sistemas CAD comerciais – Lunit INSIGHT MMG, Transpara e ProFound AI. Os resultados da revisão indicam que a IA possui um elevado potencial para melhorar a precisão diagnóstica, reduzir falsos positivos e otimizar o tempo de análise. No entanto, desafios relacionados com bases de dados mais diversificadas, explicabilidade dos algoritmos, aceitação por parte dos profissionais de saúde, bem como questões éticas e regulamentares, ainda limitam a sua integração plena na prática clínica. Esta revisão pretende, assim, fornecer uma visão abrangente do papel da IA no diagnóstico do cancro da mama e perceber como melhorar a sua integração em contexto clínico.
- Análise de Micro-CT de um modelo pré-clínico: impacto de um revestimento rejuvenescedor na integração óssea de materiais de titânioPublication . Gomes, Sara Daniela Moreira; Ribeiro, Maria Cristina CastroA análise quantitativa da integração óssea de implantes metálicos biofuncionalizados é uma ferramenta importante para o desenvolvimento de implantes com maiores taxas de sucesso, com um elevado destaque em patologias ósseas, como a osteoporose. Para tal, a Microtomografia Computadorizada (MicroCT) permite um registo tridimensional (3D) do osso com resolução micrométrica e uma análise quantitativa de diversos parâmetros ósseos. Neste trabalho foi testado um novo revestimento para promover a osteointegração de materiais de titânio (Ti) em animais envelhecidos (ratos). Foram desenhados quatro grupos experimentais: defeito vazio; implante de Ti; implante de Ti modificado com um péptido antimicrobiano; implante de Ti modificado com um péptido antimicrobiano e Vesículas Extracelulares (EVs). Os materiais foram implantados num defeito femoral de tamanho crítico e analisados às duas e às oito semanas após a implantação, por microCT. Realizou-se uma análise visual qualitativa e análise quantitativa através do software CTAn. Foram utilizadas EVs de células estaminais mesenquimais (MSC) provenientes de Wharton Jelly (WJMSC EVs) com péptidos antimicrobianos, com o intuito de avaliar o seu potencial para promover a integração óssea em osso envelhecido. Após uma análise visual do grupo com defeito vazio, entre a 2ª semana e 8ª semana, observou-se alguma regeneração óssea, no entanto, sem ocorrer uma regeneração total do defeito crítico, como seria expectável. Os grupos implantados com materiais de titânio mostraram boa integração, com maior formação de novo osso na zona circundante do implante, para o grupo implantado com Ti modificado com péptido e EVs, demonstrando que a utilização destas EVs é promissora, inovadora e viável para um ambiente local favorável à osteointegração do implante.
- Análise de Padrões de EEG em Ambientes de Trabalho Simulados com Realidade VirtualPublication . Santos, Gonçalo Ribeiro dos; Coelho, Luís Filipe Martins PintoFala-se de saúde psicológica cada vez mais nos dias correntes. Sendo tudo na vida influenciado por esta temática, existe uma crescente preocupação da população para que siga um estilo de vida saudável, tranquilo e estável. Sendo uma grande porção da população parte do mercado de trabalho, cada vez mais as empresas empregadoras se preocupam com a estabilidade psicológica e emocional dos seus futuros empregados. Assim, nasceu uma necessidade acrescida de mensurar por processos analíticos e qualitativos a capacidade de resposta ao stress de cada pessoa. Para tal, neste caso, recorreu-se à utilização de EEG que consiste num método de monitorização eletrofisiológico captador da atividade elétrica do cérebro, que constitui técnica não invasiva com uma boa resolução temporal, baixo custo e facilidade de uso. Todas estas características permitiram que fosse ponderado para a resolução da problemática exposta nesta dissertação. Houve o desenvolvimento de um ambiente virtual com recurso à ferramenta Unity. Neste ambiente foram simuladas características presentes num escritório real. A própria planta, decoração, ruído de fundo, presença de trabalhadores e iluminação foram características pensadas ao pormenor de modo que a veracidade dos resultados permanecesse. Foram implementadas algumas ações perturbadoras ao longo da atividade para que o stress fosse despoletado mais facilmente. O principal método de avaliação de stress passou pelo correlacionamento de padrões de EEG nas cinco bandas de frequência existentes, o que permitiu quantificar e observar os sinais fisiológicos apresentados por cada participante para futura perceção do nível de stress vivenciado. Realizaram-se recolhas de EEG segundo o Sistema Internacional 10-20 recorrendo a 8 elétrodos - 3 voluntários entre os 20 e os 50 anos. O protocolo experimental procurou estabelecer valores base dos sinais de cada participante ao medir cerca de um minuto os sinais com os olhos fechados, de seguida mediram-se as respostas durante o teste e findado o mesmo, os participantes fecharam novamente os olhos para normalização de valores. Após as recolhas, foi realizado o processamento e análise dos sinais. Este processamento foi inteiramente desenvolvido com recurso à linguagem de programação Python. Foi efetuado um Quiz e anotados os valores de pontuação. Os resultados deste trabalho indicam que a atividade cerebral varia de pessoa para pessoa uma vez que a magnitude das amplitudes atingidas pelos diferentes participantes foi heterogénea. Observou se uma estimulação do hemisfério direito num participante, do hemisfério esquerdo no outro e de uma baixa amplitude de sinal atingida pelo terceiro. Observou-se também uma maior prevalência da banda de frequências Gamma durante todo o processo, como era esperado por ser característica de um maior esforço cognitivo. Os valores obtidos no quiz em nada transpareceram o estado de espírito do participante, servindo apenas como ferramenta indutora de stress. Estes resultados expressam que existe uma panóplia de respostas a fatores indutores de stress e que existem pessoas que lidam bem com o mesmo.
- Anonimização Automática de Texto Clínico: um estudo sobre técnicas emergentes e métodos de avaliaçãoPublication . Ribeiro, Rita Alexandre Pinto; Marreiros, Maria Goreti CarvalhoO Processamento de Linguagem Natural (PLN) teve uma evolução explosiva nos últimos 5 anos, principalmente devido ao desenvolvimento e utilização de Modelos de Linguagem baseados em Deep Learning, como BERT (Bidirectional Encoder Representatioms from Transformers) e GPT (Generative Pre-trained Transformer), surgindo assim os LLMs (Large Language Models). A anonimização do texto clínico é uma tarefa crucial para mitigar preocupações de privacidade ao lidar com dados clínicos sensíveis, presentes em Registos Eletrónicos de Saúde e notas clínicas. Vários métodos de PLN podem ser implementados para executar esta tarefa automaticamente, evitando a morosa desidentificação manual do texto. Uma das maneiras de realizar automaticamente a anonimização de texto clínico é através da técnica de Reconhecimento de Entidade Nomeada (REN) onde um modelo de PLN pode identificar os tokens que correspondem a Informações Privadas de Saúde (IPS) num texto, como o nome de um paciente, idade, o nome do hospital, etc. Outra possibilidade é através da utilização da estratégia de substituição por word embeddings, que substituem cada palavra de um determinado texto por outras semanticamente relacionadas. No caso de dados clínicos, as informações médicas relevantes devem permanecer inalteradas após a anonimização, o que pode ser avaliado extraindo códigos ICD-10. Este estudo teve como objetivo comparar o desempenho das técnicas de anonimização baseadas em REN (CRF (Conditional Random Field) e Presidio com o modelo spaCy) com as técnicas baseadas em word embeddings (Word2Vec e GloVe) para perceber se estas últimas podem ser consideradas uma alternativa mais viável para esta tarefa. Além disso, foram realizadas experiências em dois contextos linguísticos diferentes: inglês e português. Os resultados deste estudo comparativo entre idiomas diferentes demonstram que, apesar dos escassos dados disponíveis para idiomas de baixo recurso (como o caso do português), grande parte das tendências observadas com os dados ingleses será extensível a outros idiomas. Para acompanhar este tipo de técnicas emergentes foi necessário desenvolver uma nova métrica – Levenshtein Recall (LR) – de forma a ultrapassar os desafios encontrados pelas métricas tradicionais. Com este estudo conclui-se que os métodos baseados em REN ainda são os mais apropriados para anonimização de texto clínico, ainda que os métodos baseados em word embeddings se revelem muito promissores nesta tarefa de PLN, com grande poder de anonimização, mas a custo de grande perda de informação clínica.
- Aplicação de gestão em medicina dentáriaPublication . Oliveira, Bárbara Pereira Poças; Ramos, Carlos Fernando da SilvaO planeamento financeiro é essencial para assegurar a viabilidade e sustentabilidade de qualquer negócio. No entanto, muitos empreendedores enfrentam dificuldades por não conhecerem o retorno do capital investido, devido a falta de planeamento adequado antes ou durante a abertura da empresa. Sem esses dados, os preços dos bens ou serviços acabam por ser definidos com base em condições de mercado, o que evidencia a importância de uma análise detalhada dos custos e despesas para uma determinação precisa da margem de lucro. Nas clínicas dentárias, o planeamento financeiro exige métodos rigorosos para calcular os custos dos serviços prestados. Para apoiar essa necessidade, foi utilizado um estudo da Ordem dos Médicos Dentistas, realizado em colaboração com a Universidade do Algarve, que analisa detalhadamente os custos associados aos atos da medicina dentária. Com base nos resultados deste estudo, desenvolveu-se um software que permite às clínicas simular e atualizar os custos de tratamentos e consultas de acordo com o perfil específico de cada clínica. Este projeto consistiu no desenvolvimento de uma aplicação capaz de parametrizar e simular os custos de consultas e tratamentos dentários. A aplicação oferece ao dono de uma clínica dentária a possibilidade de ajustar os custos à sua realidade especifica, enquanto apresenta valores de referência para suporte a decisão. A aplicação foi desenvolvida com as tecnologias React, NodeJS e MySQL: React para a criação de interfaces dinâmicas e responsivas; NodeJS e Express para a construção de um backend robusto e escalável e MySQL para o armazenamento seguro e organizado dos dados. A aplicação foi testada em cenários simulados com perfis variados de clínicas, demostrando a sua capacidade de fornecer estimativas de custo precisas e ajustadas à realidade de cada estabelecimento. Este sistema visa apoiar os médicos dentistas na tomada de decisões informadas sobre o ajuste de preços e a gestão de recursos, contribuindo para uma maior sustentabilidade financeira e previsibilidade dos negócios no setor dentário. Com o uso contínuo, espera-se que a ferramenta permita às clínicas dentárias otimizar custos e alinhar os preços aos seus custos operacionais de forma mais precisa.
- Aplicação de redes neuronais convolucionais para a classificação de úlceras do pé diabéticoPublication . Sequeira, Miguela Teixeira; Coelho, Luís Filipe Martins PintoEsta tese explora a aplicação de redes neurais convolucionais (CNNs) para a classificação de úlceras do pé diabético, utilizando as arquiteturas VGG16, VGG19 e MobileNetV2. O objetivo principal é desenvolver e comparar modelos de deep learning capazes de identificar com precisão áreas lesionadas em imagens clínicas de pés diabéticos, ajudando na prevenção e no tratamento eficaz das úlceras. Foi realizado um estudo com base num conjunto de dados de imagens anotadas, avaliando o desempenho dos modelos em termos da accuracy, precisão, recall e F1-Score. A VGG19 destacou-se com uma accuracy de 93%, evidenciando uma capacidade superior de localizar lesões em imagens complexas, com ativações mais focadas nas áreas relevantes. A MobileNetV2, por outro lado, apresentou um bom desempenho em termos de eficiência computacional, sendo adequada para dispositivos móveis e ambientes com restrições de hardware, embora tenha apresentado um valor de accuracy ligeiramente inferior em relação às VGGs. O estudo também discute as limitações de cada arquitetura, como a maior tendência ao overfitting nos modelos mais profundos e a menor capacidade de abstração de detalhes clínicos no MobileNetV2. Os resultados indicam que o uso de CNNs tem grande potencial no diagnóstico clínico assistido por imagem, especialmente para patologias como o pé diabético, onde a deteção precoce e precisa é crucial para evitar amputações.
- Avaliação da estabilidade físico-química de um colutório hospitalar destinado ao tratamento da mucosite oralPublication . NETO, MARIANA MARTINS; Garrido, Jorge Manuel Pinto de Jesus; Garrido, Ermelinda Manuela Pinto Jesus; Almeida , IsabelA mucosite oral é uma doença inflamatória e ulcerativa que afeta doentes submetidos a tratamentos oncológicos, comprometendo de forma significativa a sua qualidade de vida. Apesar da elevada incidência e do impacto clínico, as opções terapêuticas efetivas são limitadas, o que reforça a necessidade de explorar novos medicamentos. Neste contexto, o Instituto Português de Oncologia do Porto Francisco Gentil, E.P.E (IPO-Porto) desenvolveu duas formulações de um colutório inovador: a formulação A, contendo fosfato sódico de dexametasona (DSP), ácido ascórbico (AA) e hialuronato de sódio (HS); e a formulação B, que inclui, além destes componentes, bicarbonato de sódio (BC). O objetivo deste trabalho consistiu em avaliar a estabilidade físico-química destas formulações, assegurando a sua qualidade e segurança para utilização como medicamento manipulado hospitalar. Foram realizados estudos exploratórios em condições de envelhecimento acelerado (40 ± 2 °C), seguidos de um estudo de estabilidade em condições de tempo real (20 ± 2 °C) e condições de refrigeração (4 ± 2 °C). Para avaliar o impacto da exposição ao ar na estabilidade do fármaco, foram realizados estudos envolvendo a simulação do uso (“in use stability”). Todas as formulações foram armazenadas em frasco de vidro âmbar tipo III. Em cada tempo de amostragem foi efetuada a caracterização físico-química (pH e características organolépticas: cor, odor e formação de precipitados) e o doseamento do DSP através de cromatografia líquida de alta eficiência, recorrendo ao método de referência descrito na Farmacopeia Europeia 11.0. Os resultados mostraram que a formulação B apresentava alterações precoces e progressivas da cor, devido ao seu carácter alcalino associado à presença de BC, pelo que não foi submetida a qualquer estudo de estabilidade. Por outro lado, os ensaios realizados com a formulação A a 40 °C permitiram concluir que exposições curtas (≤ 6 h) a esta temperatura não afetavam a sua estabilidade, já que não se observaram alterações significativas do teor de DSP. Em condições de refrigeração (4 °C), verificou-se que a formulação se mantinha estável, com teor de DSP superior a 90 % após 30 dias de armazenamento em frasco fechado. Durante o estudo in use de mais 7 dias, o teor permaneceu acima de 90 %. A extensão do armazenamento até 2 meses, em condições de refrigeração, permitiu concluir que a formulação deixa de ser considerada estável, apresentando partículas em suspensão e uma diminuição do teor de DSP superior a 10 %. O armazenamento da formulação A em condições de tempo real (20 °C) originou resultados inconsistentes para os 3 lotes testados, pelo que não permitiu obter dados concludentes. Assim, este estudo revelou que a formulação A poderá ser utilizada como alternativa terapêutica para o tratamento da mucosite oral, desde que conservada sob condições de refrigeração (4 °C). Nestas condições, mantém-se estável durante 30 dias em frasco fechado e até 7 dias de utilização (3 aplicações diárias) após a abertura.
- Avaliação da resistência à fadiga em hastes protéticas na artroplastia total da anca: primeiros estudos com COMSOL multiphysicsPublication . Teixeira, Pedro Miguel Moreira; Gueiral, Nuno Eduardo DiasA capacidade de movimento no decorrer de atividades no quotidiano está depende de uma complexa interação entre várias articulações. A articulação da anca, é das articulações que desempenha um papel mais importante para os movimentos, levando a que ao longo do tempo, o esforço repetitivo sobre a mesma leve à sua deterioração e consequente aparecimento de vários problemas como, por exemplo, osteoartrose. O tratamento destes problemas na articulação da anca, é feito à base de fisioterapia e medicação, no entanto nem sempre é suficiente, sendo muitas vezes necessária a intervenção cirúrgica, como a Artroplastia Total da Anca (ATA). Este tipo de procedimento, é caracterizado pela substituição da articulação, por uma prótese artificial. O crescente número de procedimentos de ATA tem impulsionado a investigação sobre o desempenho e a fiabilidade das próteses utilizadas. A fadiga, um processo de falha progressiva do material sob cargas cíclicas, destaca-se como sendo um dos principais fatores que compromete o desempenho das mesmas. Este estudo realizou simulações biomecânicas através do software COMSOL Multiphysics, em dois designs de hastes protéticas diferentes — Accolade (anatómica) e Exeter (reta) —, fabricadas em ligas de titânio e Co-Cr. As próteses foram submetidas a cargas simulando a marcha, para avaliar tensões, e posteriormente aplicar o método Stress-life para avaliar a resistência à fadiga. Os resultados mostraram que ambos os designs de haste apresentam longa duração, no entanto, a haste Exeter demonstrou maior resistência à fadiga. Quanto ao tipo de material, as próteses de titânio apresentaram melhor desempenho em termos de fadiga em comparação com as de Co-Cr. O estudo também identificou as áreas mais vulneráveis à falha, verificando que as mesmas se localizam principalmente na interface osso-implante. Os resultados reforçam a importância de atribuir a prótese adequada a cada paciente, como forma de garantir maior longevidade e desempenho do implante.
- Avaliação da viabilidade do reconhecimento da expressão facial na avaliação da fadiga muscular na reabilitação física do membro superiorPublication . Moreira, Soraia Daniela Taborda; Coelho, Luís Filipe Martins PintoNas últimas décadas, diversas investigações têm realçado a importância de monitorizar a fadiga muscular nos programas de reabilitação física, especialmente na recuperação de funções do membro superior. No entanto, as terapias convencionais têm dificuldade em monitorizar a fadiga muscular de forma precisa e em tempo real. Para colmatar esta dificuldade, a presente dissertação explora uma alternativa inovadora, propondo o uso da análise das expressões faciais como uma técnica promissora para a deteção da fadiga muscular. A investigação foca-se em compreender quais são as variações nas expressões faciais que podem indicar fadiga muscular durante a realização do exercício de flexão de bíceps. Este exercício é utilizado devido à sua relevância clínica na reabilitação do membro superior, uma vez que simula movimentos funcionais do dia a dia. A eletromiografia é empregue como uma ferramenta de validação, servindo para confirmar a presença de fadiga muscular enquanto as expressões faciais são monitorizadas. Os resultados indicam que apesar de não existirem diferenças estatisticamente significativas entre séries na análise ANOVA, a análise das expressões faciais mais granular permite concluir que as combinações de pontos faciais Boca aberta (0-17) e Franzir as sobrancelhas (107-8) são indicadores relevantes na deteção da fadiga muscular. A compreensão das expressões faciais como indicadores de fadiga não só permite melhorar os resultados clínicos, mas também aumenta a adesão dos pacientes às terapias de reabilitação, proporcionando uma experiência mais confortável e recetiva durante o processo de recuperação. Assim, ao centrar-se neste método, a dissertação contribui para o desenvolvimento de um sistema integrado que combina eletromiografia e reconhecimento facial, com o objetivo de otimizar os processos de reabilitação e personalizar os programas terapêuticos de acordo com as necessidades individuais dos pacientes, potencializando, dessa forma, a sua recuperação. Este sistema visa ser integrado num cenário de reabilitação assistida por robô, possibilitando que o braço mecânico se ajuste e adapte os movimentos e a intensidade do tratamento com base nas informações obtidas pela avaliação da fadiga muscular em tempo real.
- Beyond the scaffold: alginate-based 3D biomaterials as a tool to investigate neuroinflammationPublication . Coelho, Raquel Sousa; Ribeiro, Maria Cristina CastroThe incidence of neurodegenerative disorders of the central nervous system (CNS) is increasing worldwide, making them a leading cause of disability, particularly in aging populations. These diseases involve a progressive decline in neuronal function, often accompanied by neuroinflammation, that aims to protect and repair affected tissues but, when prolonged, can lead to neurotoxicity and exacerbate disease progression. Microglia, the CNS’s immune cells, are central to this process, releasing pro-inflammatory cytokines like TNF-a and IL-1β, which recruit astrocytes and trigger extensive remodeling of the extracellular matrix (ECM), as well as anti-inflammatory cytokines. Changes in ECM composition and mechanical properties that are observed in pathological scenarios, such as alteration in stiffness, further influence cell behavior and tissue homeostasis. Despite growing research, the interplay between microglia and ECM mechanics in the context of neuroinflammation remains unclear, with no studies in the literature using 3D in vitro models for exploring this topic. Therefore, this study explored how ECM mechanical properties affect microglial behavior, in the absence or presence of a neuroinflammatory stimulus, using a 3D tissue-engineered model that replicates key features of the brain ECM. Alginate hydrogels were prepared by mixing alginate solutions of varied oxidation status modified with RGD and PVGLIG peptides. The modification of the alginate backbone with the RGD peptide was chosen for its cell adhesion properties, while PVGLIG was used for its sensitivity to matrix metalloproteinases. Primary microglia cultures were established from postnatal day 1-2 Wistar Han rat pup cortices, and cells embedded within the hydrogels. The mechanical properties of hydrogels with and without encapsulated microglia were analyzed through rheology assays. Cell viability was studied using live-dead and resazurin assays, and cell morphology and proliferation was assessed through immunocytochemistry for F-actin and Ki- 67, respectively. A pro-inflammatory stimulus of lipopolysaccharide (LPS) was added to the culture and the resulting activation status was assessed by immunocytochemistry, quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR) and measurement of nitrite production. In order to replicate the alterations in the ECM environment during neuroinflammation, the mechanical properties of the matrices were modified by adjusting the concentration of alginate and the degree of oxidation, leading to the production of three distinct formulations. Overall, we observed that the elastic modulus (G’) increased with higher alginate concentration (weight/volume; w/v) and lower levels of alginate oxidation. On the other hand, the viscous modulus (G’’) decreased when the alginate concentration (w/v) was doubled, and the oxidation degree was maintained but didn’t change when the oxidation degree was halved (while also doubling the alginate concentration). The complex modulus (G*) also increased with higher alginate concentration (w/v) and lower oxidation, which was mainly attributed to the significant increase in the elastic component. Rheological analysis of microglia-embedded hydrogels followed a similar pattern, yet showing consistently lower values for all measured parameters, suggesting a substantial impact of cells in the matrices’ mechanical properties. This impact is likely attributed not only to the mechanical properties of the cells themselves, but also to their influence during the crosslinking process. Live-dead assays confirmed over 60 % cell viability across all conditions. Metabolic activity and nitrite production increased in all formulations following LPS stimulation, with the softest condition showing the biggest increase. ICC assays revealed the difference in the morphology of the cells, through F-actin, and an increase in Ki-67 expression, upon LPS stimulation, with larger cell volumes observed in the formulations with a lower elastic modulus. Sphericity was highest in the formulation with the highest elastic modulus. YAP1, responsible for regulating cell growth, proliferation and apoptosis, showed an elevated expression and subcellular localization in the nuclei in the softest condition with LPS. RT-qPCR analysis showed increased expression of key inflammatory markers, including IL-6, NOS2, IL-10 and CD14, with CD14 being the most upregulated gene, especially in the presence of LPS. TLR4, a pathway for LPS to induce microglia activation, was downregulated in the matrices with higher alginate concentration (w/v), thus higher elastic modulus. Therefore, the softest formulation showed the highest gene expression response after LPS stimulation. These findings suggest a likely interplay between ECM mechanical properties and microglial function under LPS-induced activation, which aligns with the objectives of this project and the preconceived expectations. This work will contribute to the discovery of new therapeutic targets to tackle neuroinflammation and ultimately neurodegenerative diseases.