ISEP - DM – Engenharia Biomédica
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Browsing ISEP - DM – Engenharia Biomédica by Sustainable Development Goals (SDG) "09:Indústria, Inovação e Infraestruturas"
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- 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.
- 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 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.
- Identificação de Marcos Anatómicos durante uma Endoscopia Digestiva com recurso a Redes NeuronaisPublication . Santos, Alessandro Feliz dos; Gueiral, Nuno Eduardo Dias; Miguel, Carlos Filipe MarquesAo longo da presente dissertação, é apresentado ao leitor todo o processo de desenvolvimento de uma solução que visa permitir a classificação de marcos anatómicos a partir de imagens endoscópicas. Uma solução desta natureza permite garantir que determinadas zonas do sistema digestivo foram alcançadas, assim como em que momento tal ocorreu. Com esta informação, é possível calcular indicadores de qualidade como, por exemplo, quanto tempo o gastroenterologista demorou a avaliar uma determinada secção do trato digestivo, um fator crucial para determinar a qualidade de um procedimento endoscópico. Para o desenvolvimento desta solução, foi implementada uma rede neuronal convolucional, mais concretamente a DenseNet-121. O modelo foi criado e avaliado utilizando o dataset Kvasir, um dataset público que contém imagens dos marcos anatómicos cego, piloro e linha Z. As métricas avaliadas foram as taxas de acerto e a velocidade de previsão recorrendo a uma placa gráfica. O modelo desenvolvido foi também avaliado sem a utilização da placa gráfica, de forma a avaliar a diferença entre ambos os cenários. Verificou-se que a utilização da placa gráfica é um requisito obrigatório para a integração do modelo desenvolvido numa solução de aquisição e processamento de vídeo em tempo real, já que permite a redução do tempo médio de previsão de 436,67 para 17 milissegundos, uma redução de 96,11 %. No que diz respeito às taxas de acerto, quando analisadas as classificações das imagens pertencentes ao mesmo dataset do utilizado no treino, verificou-se que os resultados obtidos foram bastante satisfatórios e positivos, tendo-se obtido uma taxa de acerto média na previsão de 97,33 %. No entanto, quando incluídas imagens não pertencentes ao dataset, ou seja, que não representem marcos anatómicos, verificou-se que a taxa de acerto desceu para os 78,75 %. Com isto, é possível concluir que o modelo desenvolvido apresenta um problema na classificação de imagens que não representem marcos anatómicos. Ainda assim, os resultados apresentados podem ser considerados promissores, mostrando que uma solução desta natureza pode ser viável, mas apenas se o problema identificado for resolvido. Para tal, sugere-se a adição de uma classe para a categorização de imagens que não representem marcos anatómicos, o que obriga à criação de um dataset para tal.
- Impacto de novas formas de reabilitação em doentes com avc: análise de dados de fmri após terapia com estimulação magnética transcranianaPublication . Silva, Joana Beatriz Gouveia; Coelho, Luís Filipe Martins PintoO presente estudo aborda o impacto da Estimulação Magnética Transcraniana (TMS) na recuperação de pacientes com Acidente Vascular Cerebral (AVC). A TMS é uma técnica não invasiva de estimulação cerebral que tem se mostrado promissora na reabilitação pós-AVC, particularmente na modulação da conectividade funcional e na promoção da plasticidade cerebral. O estudo utiliza dados de ressonância magnética funcional (fMRI) em estado de repouso (resting-state) de 13 pacientes com AVC, divididos em dois grupos: pacientes que realizaram terapia com TMS (pacientes on), neste caso TMS inibitória no lado contralateral à lesão, e pacientes que não realizaram a terapia (pacientes off). A análise foca-se na Default Mode Network (DMN), uma rede de regiões cerebrais crucial para a função cognitiva. Através da técnica de Modelagem Dinâmica Causal (DCM), especificamente o DCM espectral (spDCM), a conectividade efetiva (CE) entre as regiões da DMN e do Sulco Intraparietal (IPS) - devido ao seu papel na atenção visuoespacial e na modulação da conectividade entre áreas cerebrais - foi investigada. Os resultados indicam alterações significativas na CE entre as regiões da DMN e o IPS em pacientes on comparados com os pacientes off. Observou-se um aumento da conectividade do IPS direito com o córtex parietal inferior ipsilateral (RIPC) e uma diminuição da conectividade com o contralateral (LIPC) em pacientes on, sugerindo uma reorganização da rede neuronal após a aplicação da TMS inibitória. Este estudo contribui para a compreensão do papel da TMS na recuperação pós-AVC, demonstrando a sua capacidade de modular a conectividade funcional e promover a plasticidade cerebral. No entanto, são necessários estudos com amostras maiores para confirmar estes resultados e investigar os efeitos a longo prazo da TMS na recuperação funcional.
- Implementação de sistema de dashboard reporting e analytics na ePharmaPublication . CAPELAS, MARIA ANA FERREIRA; Gueiral, Nuno Eduardo DiasAtualmente, com o grande volume de dados disponível nas organizações e a necessidade de ferramentas de apoio à decisão, advém a necessidade da existência de sistemas capazes de auxiliar na tomada de decisão. No caso específico da plataforma ePharma 3.0, identificou-se a inexistência de um sistema de Dashboard Reporting e Analytics que permitisse analisar, de forma eficaz, as métricas relativas a encomendas, margens e vendas. Assim, esta dissertação tem como principal objetivo a implementação de uma solução de Business Intelligence (BI) que permita a análise e visualização de dados relevantes para os vários stakeholders da plataforma. A metodologia utilizada baseou-se na construção de um pipeline de dados, onde foi utilizado o Azure Data Factory para o processo de extração, transformação e carregamento (ETL), e o Databricks para a organização dos dados segundo a arquitetura de camadas bronze, silver e gold. Os dashboards foram desenvolvidos com a ferramenta Microsoft Power BI, permitindo a análise visual dos dados armazenados no Data Lake. Como consequência, foram criados dashboards que permitem a monitorização de indicadores de desempenho relacionados com encomendas, margens e vendas. A solução aplicada provou ser eficiente na análise dos dados provenientes de diversas fontes. Em suma, a adoção de uma arquitetura Data Lakehouse, aliada à utilização de ferramentas de BI, demonstrou-se promissora na otimização dos processos de análise e apoio à tomada de decisão na ePharma.
- Investigação de sinais eletrofisiológicos de processamento facial como biomarcadores na perturbação do espetro do autismo: Um estudo com arbaclofenoPublication . ROCHA, RICARDO JORGE FERREIRA DA; Coelho, Luís Filipe Martins Pinto; Castelhano, João Miguel Seabra; Pereira, Andreia Sofia CarvalhoA Perturbação do Espetro do Autismo (PEA) é uma condição do neurodesenvolvimento complexa, caracterizada por défices na comunicação social e padrões de comportamento restritos e repetitivos. Uma das hipóteses neurobiológicas centrais no autismo envolve alterações do equilíbrio excitação/inibição (E/I) cerebral, no sentido de maior excitação. Este estudo teve como objetivo avaliar o impacto do arbaclofeno, um agonista seletivo do recetor inibitório GABA-B (ácido gama-aminobutírico) e modulador do equilíbrio E/I em adultos (idades entre 19 e 52 anos) com e sem PEA durante uma tarefa de reconhecimento de faces. Para tal foram utilizados os componentes N170 e P100 de eletroencefalografia (EEG) como biomarcadores do processamento de informação facial. Foram analisados dados de EEG de 70 participantes (29 com PEA e 41 controlos) num desenho experimental duplamente cego, aleatorizado, cruzado e controlado por placebo. Cada participante foi exposto a administração de três condições farmacológicas (placebo, 15 mg e 30 mg de arbaclofeno) durante uma tarefa de decisão percetual de deteção de faces. O préprocessamento de sinais EEG foi automatizado, e os componentes P100 e N170 foram identificados e quantificados. Os dados foram posteriormente submetidos a análises estatísticas para investigar os efeitos do arbaclofeno nos marcadores eletrofisiológicos, e a modelos de classificação baseados em algoritmos de machine learning para avaliar o potencial discriminativo desses marcadores na diferenciação entre grupos diagnósticos e condições experimentais. As análises estatísticas revelaram que o arbaclofeno modulou a amplitude do P100 e N170 e a latência do N170, com efeitos dose-dependentes e assimetrias hemisféricas. Notavelmente, o fármaco prolongou a latência do N170 no hemisfério esquerdo exclusivamente no grupo de controlo, sugerindo uma resposta diferenciada no grupo com PEA. Contudo, os algoritmos de machine learning aplicados demonstraram capacidade discriminativa limitada para classificar participantes por grupo diagnóstico, dose farmacológica ou resposta comportamental. Os resultados indicam que, embora o arbaclofeno modifique as respostas eletrofisiológicas, a elevada variabilidade interindividual e a sobreposição de dados limitam a utilização dos componentes P100 e N170 como biomarcadores diagnósticos ou de resposta terapêutica isolados na PEA. No entanto, os efeitos observados, nomeadamente as alterações dependentes da dose e assimetrias hemisféricas, evidenciam a sensibilidade destes sinais eletrofisiológicos a modulações farmacológicas e à sua potencial utilização como ferramenta para investigar os mecanismos de ação de fármacos.
- 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.