ISEP - DM – Engenharia Biomédica
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Percorrer ISEP - DM – Engenharia Biomédica por Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) "03:Saúde de Qualidade"
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- 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.
- Desenvolvimento de um sistema de inteligência artificial para a avaliação de desempenho técnico em simuladores cirúrgicos de artroscopiaPublication . PINTO, MARIANA PATRÍCIA DE CASTRO; Coelho, Luís Filipe Martins Pinto; Magalhães, RenatoContexto: A formação médica em cirurgia minimamente invasiva, como a artroscopia, enfrenta desafios na avaliação de competências técnicas, tradicionalmente baseada na observação subjetiva de especialistas, através de escalas globais. Problema: O processo de avaliação é demorado e suscetível a variabilidade entre avaliadores, comprometendo a consistência e a objetividade das classificações atribuídas. Métodos: Esta dissertação propõe o desenvolvimento de um sistema baseado em inteligência artificial para automatizar a avaliação da proficiência cirúrgica em procedimentos de artroscopia do joelho. A fundamentação teórica foi sustentada por uma revisão sistemática da literatura, conduzida de acordo com as diretrizes PRISMA. Para o desenvolvimento do sistema, foi criado um dataset, constituído por vídeos captados através da torre de artroscopia, durante a execução de exercícios num simulador físico, complementados por anotações de desempenho, realizadas por especialistas. Estes dados foram utilizados para treinar e validar a performance do modelo de visão computacional. A abordagem proposta permite avaliar automaticamente o desempenho com base na escala Arthroscopic Surgical Skill Evaluation Tool (ASSET), considerando oito dimensões: segurança, campo de visão, destreza da câmara, destreza com os instrumentos, destreza bimanual, fluxo do procedimento, qualidade do procedimento e autonomia. Resultados: As classificações geradas foram comparadas com as avaliações independentes de dois médicos especialistas. Os resultados demonstraram elevada concordância nas dimensões de autonomia (88,89 %) e qualidade do procedimento (81,48 %), atingindo 100 % de concordância dentro de uma margem de um ponto. As dimensões de segurança, destreza com os instrumentos e fluxo do procedimento apresentaram correspondência exata entre 70 % e 80 %. Verificou-se ainda elevada subjetividade entre avaliadores (α de Krippendorff < 0,67), o que reforça a necessidade de uma ferramenta de avaliação objetiva. Conclusão: O sistema de inteligência artificial desenvolvido demonstrou capacidade para avaliar automaticamente a proficiência cirúrgica em exercícios de artroscopia do joelho, apresentando níveis elevados de concordância com as avaliações de especialistas, em várias dimensões da escala ASSET.
- Enzimas da rede do NAD na endometriosePublication . Furtado, Inês Patrícia da Silva; Gueiral, Nuno Eduardo Dias; Pereira , Sara Priscila de Matos DuarteA endometriose é uma doença inflamatória crónica que afeta cerca de 10 % das mulheres em idade reprodutiva e cuja fisiopatologia permanece parcialmente compreendida. O metabolismo do NAD (dinucleótido de nicotinamida e adenina) tem sido associado a processos de inflamação, stress oxidativo e remodelação tecidular, podendo desempenhar um papel relevante na doença. Este trabalho aplicou abordagens computacionais de bioinformática à análise de dados públicos de expressão genética (GEO) para investigar a relação entre o metabolismo do NAD e a endometriose. Foi desenvolvida uma pipeline em Python para o processamento, análise estatística e integração dos resultados, identificando genes diferencialmente expressos e o seu cruzamento com enzimas do metabolismo do NAD e proteínas de ligação ao NAD (NADBPs). Os resultados revelaram alterações mais marcadas em tecidos ectópicos, destacando-se a sub-expressão do gene QPRT, associado à via de novo de síntese do NAD. Estes achados sugerem um possível desequilíbrio no metabolismo do NAD, contribuindo para fenótipos inflamatórios e fibróticos característicos da endometriose. Conclui-se que a integração de métodos bioinformáticos permite identificar padrões moleculares relevantes e potenciais biomarcadores e alvos terapêuticos, reforçando a importância das abordagens computacionais na investigação biomédica.
- Immune profiling of a peptide/hyaluronan injectable matrix for intervertebral disc therapyPublication . Magalhães, Inês Ribeiro; Ribeiro, Maria Cristina CastroLumbar disc herniations (LDH) are a leading cause of chronic low back pain, resulting from intervertebral disc degeneration. Conventional treatments focus on symptom relief and are often associated with high recurrence rates and long-term complications. In this context, regenerative medicine offers alternative strategies that aim to restore tissue function and promote healing. This study aimed to evaluate the immune response of human monocyte-derived macrophages in contact with hyaluronic acid (HA)-based injectable matrices. Human monocytes were isolated from healthy donors, differentiated into M0 macrophages, and polarized into M1 (proinflammatory) and M2 (anti-inflammatory) phenotypes. These cells were put in culture with various biomaterials, including HA of different molecular weights, peptide-functionalized HA, and peptides synthetised. Biocompatibility, viability, proliferation, and macrophage phenotype were assessed through fluorescence imaging, cytometry, and ELISA. Results showed that the tested biomaterials were non-cytotoxic and influenced macrophage behaviour by promoting regenerative profiles. This work supports the potential of peptide/HA-based biomaterials as injectable immunomodulatory systems for intervertebral disc repair, offering promising prospects for minimally invasive therapies targeting LDH.
- Inteligência artificial na saúde obstétrica: Transformando o ObsCare com modelos de linguagem de grande escalaPublication . CARVALHO, ÂNGELA PATRÍCIA ARAÚJO; Marreiros, Maria Goreti Carvalho; Crista, Vítor Rafael PalmeiroA literatura científica na área da obstetrícia encontra-se em constante evolução. Consequentemente, os profissionais de saúde enfrentam o desafio de acompanhar e integrar continuamente as evidências científicas mais recentes na prática clínica. Neste contexto, tornase essencial dispor de ferramentas que facilitem o acesso à informação científica, garantindo que esta seja apresentada de forma rápida, fiável e atualizada. Os avanços na área da Inteligência Artificial, em particular os Modelos de Linguagem de Grande Escala (LLMs), demonstram capacidade para melhorar o acesso, a pesquisa e a interpretação da literatura científica. Esta tese explora a aplicação de LLMs na área da obstetrícia através do desenvolvimento de um chatbot destinado a apoiar os médicos no acesso à informação clínica atualizada. O sistema foi concebido para compreender questões formuladas em linguagem natural, pesquisar informação em fontes científicas credíveis e apresentar respostas fundamentadas, facilitando a atualização contínua dos profissionais de saúde. Para além disso, este trabalho avalia diferentes estratégias de extração e segmentação da informação presente em artigos científicos, como forma de otimizar o processo de recuperação de informação e, consequentemente, melhorar a qualidade, a relevância e a fundamentação das respostas geradas. O trabalho inclui o desenvolvimento da arquitetura do sistema, composta por três módulos dedicados à extração e ao processamento dos diferentes tipos de informação presentes em artigos científicos, nomeadamente texto, tabelas e imagens. Esta abordagem permite responder aos desafios associados a cada tipo de conteúdo, recorrendo a técnicas de processamento que se adequam aos diferentes tipos de dados. Para avaliar o desempenho do sistema, foi realizado um estudo comparativo entre diferentes abordagens de recuperação de informação e diferentes LLMs. A avaliação da recuperação de informação clínica recorreu a métricas quantitativas, enquanto a avaliação das respostas geradas recorreu à metodologia LLM-as-a-Judge. Os resultados obtidos sugerem que a solução proposta apresenta um desempenho promissor, alcançando valores de 0,901 para a relevância do contexto recuperado, 0,960 para a fidelidade das respostas à informação recuperada e 0,922 para a relevância das respostas, utilizando o modelo Qwen 3 32B. Desta forma, este trabalho contribui para o desenvolvimento de chatbots para apoiar os profissionais de saúde que trabalham na área da obstetrícia, propondo uma arquitetura para recuperação e consulta de literatura científica que facilita o acesso a informação clínica relevante e atualizada.
- Manutenção de equipamentos de diálise: Sistema de gestão operacional e apoio à decisão técnicaPublication . CARAMEZ, ANA CAROLINA DA SILVA; Gueiral, Nuno Eduardo Dias; Moreira, Núria; Ribeiro, VeraA manutenção de equipamentos médicos assume um papel fundamental na garantia da qualidade e continuidade dos cuidados de saúde. Neste contexto, os monitores de diálise apresentam elevada complexidade técnica e geram um volume significativo de informação proveniente de alarmes, documentação técnica e histórico de intervenções, dificultando o acesso ao conhecimento necessário para apoiar o diagnóstico e resolução de avarias. O presente trabalho propõe o desenvolvimento de uma solução integrada para apoio à manutenção de monitores de diálise, composta por um Sistema de Gestão da Manutenção e por um Sistema de Apoio à Decisão Técnica, que combina abordagens de Raciocínio Baseado em Regras e Raciocínio Baseado em Casos, integrando conhecimento técnico estruturado com conhecimento empírico obtido a partir do histórico de intervenções corretivas. Foi desenvolvido um protótipo web que disponibiliza funcionalidades de monitorização da manutenção, consulta de regras técnicas, recuperação de casos semelhantes e apoio ao diagnóstico. O sistema incorpora ainda mecanismos de Processamento de Linguagem Natural para interpretação de descrições textuais e inferência automática de códigos de erro. A avaliação realizada através de cenários representativos e de uma validação preliminar por utilizadores demonstrou resultados positivos, evidenciando o potencial da solução para apoiar a manutenção e a tomada de decisão em contexto de diálise.
- Otimização e implementação de um protocolo de baixa dose em tomografia computorizada do tóraxPublication . Silva, Fabiana Margarida Oliveira; Sousa, Antonio Augusto Varejão TeixeiraA tomografia computorizada (TC) é uma técnica fundamental no diagnóstico por imagem, mas está associada a doses elevadas de radiação. Este trabalho teve como objetivo desenvolver e validar um protocolo de baixa dose em TC torácica que reduza a exposição sem comprometer a qualidade diagnóstica. Foram realizados ensaios em fantoma com diferentes combinações de kV, mAs, Pitch e AIDR. A dose foi avaliada pelo CTDIvol e a qualidade através de métricas objetivas e subjetivas. Ajustaram-se modelos de regressão polinomial, permitindo prever relações entre parâmetros técnicos e desempenho. Com base nas previsões, geraram-se combinações adicionais e identificaram-se protocolos otimizados pela análise de Pareto. Os resultados mostraram correlações claras entre kV/mAs e aumento da dose, e efeito redutor do Pitch. O modelo final apresentou bom desempenho (R² ajustado ~0,80), permitindo selecionar protocolos com CTDIvol entre 2,7 e 3,9 mGy e qualidade ≥10. A validação clínica em seis doentes confirmou uma redução média de 42% na dose em relação ao protocolo convencional, mantendo a qualidade de imagem aceitável. Conclui-se que a otimização sistemática de protocolos de TC é eficaz para reduzir a dose mantendo a fiabilidade diagnóstica, em consonância com os princípios de proteção radiológica.
- Proposta de validação e melhoria da manutenção preventiva de equipamentos médicosPublication . Correia, Inês Xavier; Ramos, Carlos Augusto XavierA manutenção preventiva de equipamentos médicos assume um papel determinante na segurança dos pacientes e na fiabilidade dos serviços de saúde. No entanto, a ausência de procedimentos de validação metrológica e funcional compromete frequentemente a eficácia dos planos de manutenção, permitindo a utilização de dispositivos que, embora operacionais, podem apresentar desvios nos parâmetros críticos de desempenho. Esta dissertação propõe uma metodologia integrada de manutenção e validação aplicada a equipamentos utilizados em Medicina Física e de Reabilitação e em monitorização fetal, recorrendo a soluções experimentais simples, económicas e tecnicamente fundamentadas. Foram selecionados dois equipamentos representativos: um aparelho de ultrassons terapêuticos (Sonopuls 434) e um cardiotocógrafo (Edan F9). Para ambos foram concebidas montagens experimentais que permitiram avaliar a correspondência entre os valores nominais e os medidos, recorrendo a análise de incerteza e a princípios de rastreabilidade metrológica. Os resultados demonstraram que os equipamentos mantêm desempenho clínico aceitável, apresentando desvios reduzidos relativamente às especificações de fabrico. A metodologia proposta mostrou-se eficaz, reprodutível e compatível com a realidade hospitalar, constituindo um contributo relevante para a melhoria dos planos de manutenção preventiva. A integração de validações metrológicas em contexto clínico permite reforçar a fiabilidade técnica dos equipamentos, aumentar a segurança do paciente e alinhar as práticas hospitalares com os requisitos normativos internacionais, nomeadamente o Regulamento (UE) 2017/745, a norma IEC 62353 e a ISO 13485.
- Understanding the influence of shear stress and support cells (MSC) to engineer vascularized units for tissue engineering applicationsPublication . Sousa, Maria Carolina Maia Lopes Salgado de; Ribeiro, Maria Cristina Castro; Salgado, Christiane LaranjoImpaired healing of chronic wounds remains a major challenge for healthcare systems due to the complexity of restoring functional vascular networks. Current therapies are limited, highlighting the need for new strategies to promote vascularization and tissue regeneration. The present work investigates how biomaterials, cellular heterotypic systems, and biomechanical stimulation can be combined to support the development of stable and functional vascular networks. Bi-cultured spheroid were developed based on stromal and endothelial cells and showed a critical role of mesenchymal stem cells (MSCs) in supporting endothelial colony forming cells (ECFCs) organization through extracellular matrix (ECM) deposition and pro-angiogenic signalling. Early-stage spheroids exhibited the highest metabolic activity and were therefore selected for the subsequent studies. Fibrin hydrogels provided a suitable environment for cellular growth and angiogenic sprouting but showed contraction after seven days due to MSC-mediated degradation. GelMA, being softer, with higher degradation rate, lost structural integrity, preventing ECFC elongation outside the spheroid core. Microfluidic experiments further revealed that laminar flow (shear stress) strongly influenced outcomes. Flow rates of 15–20 μL/min promoted vessel elongation, increased network complexity, and improved stability and maturation, particularly in spheroids with higher rate of MSCs. Together, these findings establish a framework for advancing vascularized tissue constructs toward regenerative applications.