ISEP - DM – Engenharia Biomédica
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Percorrer ISEP - DM – Engenharia Biomédica por Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) "09:Indústria, Inovação e Infraestruturas"
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- 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.
- 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.
- 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 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 biossensor eletroquímico à base de nanozimas para deteção de lactato, no contexto da prática desportivaPublication . TERESO, RAFAELA MOREIRA; Martins, Gabriela Ferreira Vasconcelos; Moreira, Felismina Teixeira CoelhoO lactato é um importante metabolito do organismo humano, mais conhecido como uma fonte energética valiosa formada durante o exercício físico. No músculo, o lactato é formado em condições de falta de oxigénio e, após ser sintetizado, caracteriza-se também por transmitir informações valiosas sobre a fisiologia corporal. Por este motivo, é monitorizado regularmente para avaliar o desempenho atlético e apoiar as decisões de treino, prevenindo eventuais lesões. A deteção de lactato no suor surge como uma alternativa não invasiva à análise sanguínea. No entanto, os dispositivos de deteção convencionais são complexos, dispendiosos e inadequados para utilização contínua e em tempo real. Assim, torna-se crucial melhorar os métodos de monitorização do lactato de forma a que estes sejam rápidos, precisos e também viáveis para aplicações desportivas. Os biossensores eletroquímicos surgem como uma nova abordagem, permitindo uma análise de baixo custo, precisa e em tempo real. No presente estudo, foi desenvolvido um biossensor eletroquímico modificado com nanoenzimas, mais especificamente nanopartículas magnéticas de óxido de ferro (Fe₃O₄), otimizado para a deteção de lactato no suor. Para o desenvolvimento deste biossensor o material de suporte utilizado foi um elétrodo serigrafado impresso de carbono. Os elétrodos foram inicialmente modificados com nanopartículas magnéticas e diversos polímeros, como alginato, Nafion e quitosano. A resposta eletroquímica foi avaliada através da técnica de voltametria cíclica (CV), utilizando calibrações de lactato em soluções de pH neutro, alcalino e ácido. O sensor foi otimizado tendo em conta diversos parâmetros, incluindo concentração das nanopartículas, número de camadas aplicadas no elétrodo, temperatura da mufla e velocidade de varrimento utilizada nas medições. De seguida, as nanopartículas magnéticas foram funcionalizadas com β-ciclodextrina, de forma a aumentar a afinidade pelo analito. Por fim, foram realizados estudos de interferência com outros compostos presentes no suor, incluindo calibrações de lactato em amostras de suor sintético, de modo a avaliar o desempenho e o potencial de utilização do sistema em condições reais. O biossensor otimizado apresentou uma resposta linear no intervalo de concentrações entre 50 μmol/L e 2 mmol/L, com um limite de deteção (LoD) de 7,1 μmol/L e um R² de 0,9988. Adicionalmente, o sensor demonstrou seletividade na presença de potenciais interferentes do suor, como a creatinina, a ureia e a glucose, bem como uma boa resposta nos ensaios realizados em suor sintético. Este biossensor revelou ser sensível, seletivo e reprodutível para a deteção do lactato no suor, podendo a sua abordagem ser aplicada em futuras investigações para sistemas de monitorização contínua.
- Desenvolvimento de um sensor ótico biomimético para a deteção da proteína CA19-9Publication . Xu, Ana; Marques, Maria ArcelinaA doença oncológica, nas últimas décadas, tem demonstrado uma tendência crescente, tornando-se num problema de saúde pública. Um dos pontos principais para um melhor prognóstico consiste na deteção precoce do cancro, contudo quando estes são assintomáticos, como o cancro do pâncreas, a deteção, muitas vezes, é tardia, deixando passar uma oportunidade para tratamento que seria importante. Esta deteção tardia traduz-se na alta taxa de mortalidade dos pacientes com cancro do pâncreas. Para colmatar esta lacuna foram desenvolvidas novas técnicas de deteção, como o desenvolvimento de sensores biomiméticos para biomarcadores, como o antigénio de carboidrato 19-9 (CA19-9, do inglês, Carbohydrate antigen 19-9). O sensor biomimético foi criado pela técnica de impressão de superfície, criando um polímero molecularmente impresso (MIPs, do inglês, molecularly imprinted polymers), associado a pontos quânticos (QDs, do inglês, quantum dots) (MIP@QDs). O sensor desenvolvido ao longo deste projeto demonstrou sensibilidade e especificidade na deteção do biomarcador do cancro do pâncreas, CA19-9, em solução. Perante a boa resposta do sensor em solução, durante este trabalho, foi realizado, ainda, um estudo em suporte sólido, em que também mostrou uma boa resposta aquando da presença do analito. Os estudos em membrana, visam testar a produção de um sensor que possa ser portátil, eficaz e sensível para chegar às diversas regiões do mundo, permitindo o acesso à saúde, promovendo a deteção precoce e um tratamento mais eficaz.
- Desenvolvimento de um sensor ótico para a deteção do biomarcador de cancro MMP7Publication . Oliveira, Pedro Miguel Carneiro; Marques, Maria ArcelinaA doença oncológica tem mostrado uma tendência crescente nas últimas décadas, tornando-se um problema de saúde pública. A falta de meios práticos e clinicamente confiáveis para a monitorização do cancro representa um desafio no acompanhamento da doença em pacientes que sofrem ou já sofreram desta condição. Para preencher essa lacuna, há a necessidade de se desenvolverem novas estratégias sensoras para a deteção de biomarcadores associados a esta doença. Um dos biomarcadores selecionado para o desenvolvimento deste trabalho, foi a metaloproteinase de matriz 7 (MMP7, do inglês matrix metalloproteinase 7), conhecida por ser expressa no cancro de pâncreas. Neste contexto, desenvolveu-se um sensor biomimético denominado MIP@PQs, que consiste na conjugação de polímeros molecularmente impressos (MIPs, do inglês, molecularly imprinted polymers), com pontos quânticos (PQs). A construção do sensor utilizou PQs de telureto de cádmio com emissão alaranjada, funcionalizados com ácido 3-mercaptopropiónico (CdTe@MPA), que foram conjugados aos MIPs e utilizados na deteção do biomarcador MMP7 em soro humano liofilizado diluído a 1% em PBS (do inglês, phosphate buffer saline). Os MIP@PQs apresentaram uma ampla faixa de deteção abaixo do valor de corte clínico para MMP7, boa praticidade e seletividade em amostras de soro diluídas, o que indica o seu potencial para várias aplicações biológicas. Considerando o desempenho promissor do sensor biomimético em solução, planeia-se fazer a sua deposição em suporte sólido e avaliar a resposta analítica ao biomarcador MMP7, constituindo uma potencial linha de investigação para a continuação deste estudo.
- 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.
- Desenvolvimento de um teste rápido para detetar resistência antimicrobiana ambientalPublication . BRAGA, DIOGO CUNHA; Guerreiro, Joana Rafaela LaraAntimicrobial resistance (AMR) has become a global public health issue that threatens the effective treatment of infectious diseases and is one of the major issues of our times. Resistance genes can be acquired by bacteria, such as the qnr gene associated with quinolones resistance. The acquired resistance mechanisms enable the transfer of the genetic material to other non-resistant bacteria, both in the environment or hospital settings. The current methods for AMR detection are the microbiology and molecular biology methods such as PCR (Polymerase Chain Reaction), however, they are often labour-intensive, costly, and require specialized, high-tech equipment and trained technicians. Thus, there is a need to respond to the urgent demand for a rapid, cost-effective and accessible alternative for in-situ testing of environmental monitoring. This work, developed at LabRISE/ISEP (Porto Higher Institute of Engineering), aimed to design and validate a colorimetric biosensor based on gold nanoparticles (AuNPs) for the detection of qnr 3, a gene associated with quinolones in E. coli. The AuNPs were synthesized using a modified Turkevich-Frens method. Functionalization with thiolated DNA sequences was achieved using pH-assisted methods and incremental salt addition, the latter proving to be more robust, allowing denser sequence coverage and greater tolerance to the increase of ionic strength. Hybridization tests indicated that the co-immobilization of spacer molecules, such as mercaptohexanol (MCH), enhanced the biosensor’s sensitivity by achieving a 2-fold increase compared to longer incubation times or absence of such modifiers. Optimization studies further showed that the optimal MCH/DNA ratio was 3000:1. The effect of ionic strength on DNA-DNA hybridization was also tested and analyzed using naked eye detection, while quantitative analysis was performed with both spectral ratio and RGB-based approaches. The results demonstrated that spectral ratio sensitivity increased 1.7-fold from the lowest ionic strength to 0.45 M NaCl, while the RGB-based sensitivity increased approximately 2-fold when comparing the lowest ionic strength (0.25 M) with the optimal condition at 0.45 M NaCl, showing a similar trend for both methods. The comparative analysis between these two methods confirms their reliability to assess a colorimetric detection, showing the best sensing performance for the ionic strength of 0.45 M. The system was also evaluated using real environmental samples collected from the Douro River. Under the optimized conditions, the spiked samples exhibited a 3.3-fold increase in sensitivity compared to measurements in buffer, while the linear range decreased from 0–80 nM to 0–40 nM, representing a 2-fold reduction in the upper limit of the linear range. The limit of detection (LOD) was 25 nM in buffer and 17 nM in real samples. In conclusion, the developed AuNP-based colorimetric biosensor demonstrated robust analytical performance, with dual validation through spectral ratio and RGB-based analysis enabling accurate quantitative assessment beyond naked eye detection. The developed colorimetric biosensor was successfully applied to the detection of the target DNA in river waters samples, confirming its reliability and applicability under real environmental conditions. Overall, the biosensor proved to be an effective, portable, and a simple tool suitable for in-situ environmental antimicrobial resistance monitoring.
- Desenvolvimento de uma aplicação para analise de espetros dielétricosPublication . COELHO, DANIEL ALEXANDRE OLIVEIRA; Ramos, Gina Maria Oliveira Vilão de; Ramos, Carlos Augusto XavierEsta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma aplicação computacional destinada à determinação da permitividade dielétrica complexa e à extrapolação de parâmetros fundamentais, como a condutividade elétrica contínua e a permitividade estática, a partir de dados experimentais. A ferramenta foi implementada em MATLAB, integrando de forma automática as etapas de leitura, interpolação, aplicação da Transformada de Hilbert e extração de parâmetros, garantindo rapidez, precisão e reprodutibilidade no processamento de dados dielétricos. A metodologia foi validada utilizando o modelo de Debye para a água, demonstrando concordância entre os resultados obtidos e os valores de referência. Posteriormente, a aplicação foi empregue na análise de nanofluídos contendo nanopartículas de grafeno dispersas em parafina e esqualano, avaliando o efeito da temperatura e da concentração na resposta dielétrica. Conclui-se que a ferramenta desenvolvida constitui um recurso fiável e versátil para a análise automática de dados dielétricos, podendo ser aplicada a diferentes materiais e expandida para modelos não-Debye.