ISEP - DM - Computação e Instrumentação Médica
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A evolução da medicina associada ao desenvolvimento e inovação tecnológicos, conduz à aplicação generalizada dos computadores e técnicas de engenharia na instrumentação médica de diagnóstico e terapia, bem como na gestão e manipulação da informação das unidades de cuidados de saúde.
Esta evolução exige a formação adequada de engenheiros especialistas em computação e instrumentação médica.
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- Análise da sonolência na condução rodoviária a partir de sinais EEGPublication . Dias, Lara Marlene Faria; Vinhais, Carlos Alberto AfonsoA Sociedade Europeia de Pesquisa do Sono realizou muito recentemente um estudo, onde mostrou que a prevalência média de adormecimento ao volante nos últimos 2 anos foi de 17%. Além disto, tem sido provado por todo o mundo que a sonolência durante a condução é uma das principais causas de acidentes de trânsito. Torna-se assim conveniente, o desenvolvimento de sistemas que analisem a suscetibilidade de um determinado condutor para adormecer no trânsito, bem como de ferramentas que monitorem em tempo real o estado físico e mental do condutor, para alertarem nos momentos críticos. Apesar do estudo do sono se ter iniciado há vários anos, a maioria das investigações focaram-se no ciclo normal do sono, estudando os indivíduos de forma relaxada e de olhos fechados. Só mais recentemente, têm surgido os estudos que se focam nas situações de sonolência em atividade, como _e o caso da condução. Uma grande parte Dos estudos da sonolência em condução têm utilizado a eletroencefalografia (EEG), de forma a perceber se existem alterações nas diferentes bandas de frequência desta, que possam indicar o estado de sonolência do condutor. Além disso, a evolução da sonolência a partir de alterações no piscar dos olhos (que podem ser vistas nos sinais EEG) também tem sido alvo de grande pesquisa, tendo vindo a revelar resultados bastante promissores. Neste contexto e em parceria com a empresa HealthyRoad, esta tese está integrada no projeto HealthyDrive, que visa o desenvolvimento de um sistema de alerta e deteção de sinais de fadiga e sonolência nos condutores de veículos automóveis. A contribuição desta tese no projeto prendeu-se com o estudo da sonolência dos indivíduos em condução a partir de sinais EEG, para desta forma investigar possíveis indicadores dos diferentes níveis desta que possam ser utilizados pela empresa no projeto. Foram recolhidos e analisados 17 sinais EEG de indivíduos em simulação de condução. Além disso foram desenvolvidos dois métodos de análise destes sinais: O primeiro para a deteção e análise dos piscar de olhos a partir de EEG, o segundo para análise do espetro de potência. Ambos os métodos foram utilizados para analisar os sinais recolhidos e investigar que tipo de relação existe entre a sonolência do condutor e as alterações nos piscares dos olhos, bem como as alterações do espetro do EEG. Os resultados mostraram uma correlação entre a duração do piscar de olhos e a sonolência do condutor. Com o aumento da sonolência velicou-se um aumento da duração do piscar, desencadeado principalmente pelo aumento na duração de fecho, que chegou aos 51.2%. Em relação ao espectro de potência, os resultados sugerem que a potência relativa de todas as bandas analisadas fornecem informações relevantes sobre a sonolência do condutor. Além disso, o parâmetro (_+_)/_ demostrou estar relacionado com variações da sonolência, diminuindo com o seu avanço e aumentando significativamente (111%) no instante em que os condutores adormeceram.
- Análise e simulação de processos de manutenção de equipamentos médicos no serviço de electromedicinaPublication . Araújo, Carolina Costa; Coelho, Luís Filipe Martins PintoA dissertação abaixo apresentada, tem por objetivo a descrição detalhada do trabalho desenvolvido durante a unidade curricular de Dissertação/ Projeto do 2º ano do Mestrado em Engenharia de Computação e Instrumentação Médica do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). Foi realizado um estudo em parceria com o Serviço de Instalações e Equipamentos (SIE) do Hospital Pedro Hispano (HPH) que pertence à Unidade Local de Saúde de Matosinhos (ULSM), com o principal objetivo de mapear os processos envolvidos na manutenção de equipamentos médicos. Este estudo conteve um período de observação e recolha de dados nas instalações do SIE durante um período de três meses e durante os quais existiu uma colaboração com os responsáveis pela Electromedicina. Neste trabalho são descritos os principais conceitos associados à manutenção de equipamentos médicos e gestão de equipamentos médicos, assim como ao mapeamento de processos. De seguida, são apresentados os fluxogramas existentes na ULSM e o resultado do mapeamento recorrendo ao Software Arena. E por fim, é realizado o estudo e análise dos dados recolhidos durante o período de observação.
- Análise objetiva ao desempenho do monofilamento de semmes-weinstein de 10 gf para avaliação da sensibilidade cutânea protetora no pé diabéticoPublication . Martins, Pedro Manuel de Castro; Coelho, Luís Filipe Martins PintoIntrodução: O pé diabético é uma complicação que comporta um risco considerável em pacientes diabéticos. A consequente perda de sensibilidade protetora nos membros inferiores obriga a um diagnóstico precoce devido à eminente possibilidade de ulceração ou amputação do membro afetado. Para avaliar a perda de sensibilidade protetora, o monofilamento de Semmes-Weinstein (SW) de 10 gf é o instrumento de primeira linha mais utilizado. Objetivo: Este estudo foi conduzido com o objetivo geral de realizar uma verificação metrológica e avaliar o desempenho do monofilamento SW de 10 gf na avaliação da perda de sensibilidade protetora. Materiais e Metodologia: Recorrendo a um equipamento de medição desenvolvido para o efeito, procedeu-se a uma verificação metrológica de três monofilamentos selecionados, através de um método manual e automatizado sob condições controladas. Realizou-se igualmente uma avaliação da perceção da força que o examinador exerce no momento de avaliar um determinado paciente utilizando o seu próprio dedo ou um objeto. Resultados: A força de compressão dos monofilamentos SW de 10 gf revelou-se altamente dependente do número de utilizações, da temperatura ambiente e humidade relativa do ar, do ângulo de incidência do monofilamento na região cutânea a avaliar, da velocidade de deslocamento do monofilamento e da ação e movimento da mão do examinador. O erro relativo associado aos monofilamentos SW é elevado e significativo, chegando a variar de 14 % a 215 %, analisando todos os monofilamentos testados no seu conjunto e em todas as condições em que estiveram expostos. A ação da mão do examinador apresenta uma grande irregularidade. A perceção que o examinador tem da força adequada que necessita de exercer, apresentou valores médios que excederam 90 gf. Conclusão: A hipótese inicialmente formulada para este estudo confirmou-se. Efetivamente todos os monofilamentos testados registaram erros relativos superiores a 10 % e a sua força de compressão é altamente dependente de fatores externos. Quanto à perceção que o examinador tem sobre a força adequada que deverá exercer para avaliar um paciente com o seu próprio dedo ou um objeto adequado (na ausência de um monofilamento SW), ficou claro que profissional de saúde coloca uma força muito superior aos 10 gf, o aconselhado para identificar uma possível perda de sensibilidade protetora no pé diabético.
- Aplicação de robôs colaborativos em tratamentos fisiátricosPublication . Martins, Daniela Barros; Silva, Manuel Fernando dos SantosNesta dissertação, foi realizado um levantamento do estado da arte sobre robôs colaborativos desenvolvidos para aplicação em tratamentos fisiátricos do membro superior e foi desenvolvida uma solução para aplicação no mesmo tipo de tratamentos, utilizando o manipulador robótico UR5 e um computador. Neste sentido, foi desenvolvido um programa Python e um conjunto de programas no Polyscope, o software do robô. Para a aplicação dos dois programas, foi projetada e impressa uma peça, simulando uma pega, para ser fixada na extremidade do robô. Sobre o primeiro programa, a comunicação foi estabelecida entre o computador e o robô. As instruções foram enviadas para a execução das trajetórias e outras instruções foram desenvolvidas para que o robô pudesse enviar os valores das posições ao computador, ao longo das trajetórias executadas. Em relação ao conjunto de programas desenvolvidos no Polyscope, foram definidos exercícios para realizar flexão e extensão do ombro e cotovelo. Um programa corresponde a um movimento de cada articulação. Cada programa permitiu desenvolver um movimento padrão e um movimento no modo de força do robô. As instruções de envio de informações possibilitaram a aquisição das posições ao longo das trajetórias no computador. A comparação das trajetórias nos dois tipos de modo de operação, permitiu avaliar o desvio das trajetórias executadas em relação `as trajetórias padrão.
- Aplicação móvel para registo nutricional e de atividade física de um paciente com diabetes tipo 2Publication . Godinho, João Ferreira Trindade Mendes; Conceição, Luís Manuel da SilvaO tipo e a quantidade de alimentos que ingerimos tem um grande impacto na nossa saúde. As doenças relacionadas com a dieta alimentar são uma das principais preocupações de saúde pública e continuam a pôr em perigo a qualidade de vida da população, afetando a própria sustentabilidade dos sistemas de saúde. A ingestão desequilibrada de alimentos pode resultar em distúrbios metabólicos, desnutrição, excesso de peso, baixo desempenho mental e outros fatores de risco, como doenças cardiovasculares, diabetes tipo 2 ou cancro. A diabetes mellitus (DM) é considerada uma das epidemias do século XXI onde o controlo e prevenção de possíveis complicações, devido ao aumento da sua prevalência, passaram a ser prioridade para a saúde pública. Embora a hereditariedade seja um fator preponderante no aparecimento da DM, a obesidade e o sedentarismo continuam a ser os principais fatores de risco para o desenvolvimento desta patologia. Dito isto, é essencial a educação dos doentes em relação ao papel de uma alimentação saudável e à prática de atividade física de modo que seja possível uma maior adoção de comportamentos de autocuidado, levando a um controlo mais eficaz da doença. Assim sendo, a utilização de tecnologias de monitorização e acompanhamento de doentes desempenham um papel fundamental para alcançar esse objetivo. A proposta deste trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema de suporte a pacientes portadores da doença DM tipo 2, de forma a permitir uma maior eficácia no acompanhamento, monitorização e gestão da doença e dos riscos a esta associada. A aplicação deve permitir que o paciente diabético registe com detalhe tanto as suas refeições ao longo do dia, como a atividade física realizada. Além disso, a aplicação deverá também sugerir diferentes planos nutricionais, e de acordo com o perfil do utilizador. Para tal, serão estudadas e desenvolvidas técnicas que possibilitem a definir diferentes perfis de utilizador. Por fim, pode concluir-se que foi possível desenvolver um conjunto de funcionalidades que se acredita serem essenciais para acompanhar um doente com DM tipo 2 na sua rotina diária, auxiliando-o na adoção de comportamentos mais saudáveis tanto relativos a sua dieta como à prática de exercício físico.
- Aquisição e Processamento de Imagens de Microscopia em Balística ForensePublication . Mota, Tiago Miguel Barbosa; Vinhais, Carlos; Santos, AgostinhoAs novas tecnologias aplicadas ao processamento de imagem e reconhecimento de padrões têm sido alvo de um grande progresso nas últimas décadas. A sua aplicação é transversal a diversas áreas da ciência, nomeadamente a área da balística forense. O estudo de evidências (invólucros e projeteis) encontradas numa cena de crime, recorrendo a técnicas de processamento e análise de imagem, é pertinente pelo facto de, aquando do disparo, as armas de fogo imprimirem marcas únicas nos invólucros e projéteis deflagrados, permitindo relacionar evidências deflagradas pela mesma arma. A comparação manual de evidências encontradas numa cena de crime com evidências presentes numa base de dados, em termos de parâmetros visuais, constitui uma abordagem demorada. No âmbito deste trabalho pretendeu-se desenvolver técnicas automáticas de processamento e análise de imagens de evidências, obtidas através do microscópio ótico de comparação, tendo por base algoritmos computacionais. Estes foram desenvolvidos com recurso a pacotes de bibliotecas e a ferramentas open-source. Para a aquisição das imagens de evidências balísticas foram definidas quatro modalidades de aquisição: modalidade Planar, Multifocus, Microscan e Multiscan. As imagens obtidas foram aplicados algoritmos de processamento especialmente desenvolvidos para o efeito. A aplicação dos algoritmos de processamento permite a segmentação de imagem, a extração de características e o alinhamento de imagem. Este último tem como finalidade correlacionar as evidências e obter um valor quantitativo (métrica), indicando o quão similar essas evidências são. Com base no trabalho desenvolvido e nos resultados obtidos, foram definidos protocolos de aquisição de imagens de microscopia, que possibilitam a aquisição de imagens das regiões passiveis de serem estudadas, assim como algoritmos que permitem automatizar o posterior processo de alinhamento de imagens de evidências, constituindo uma vantagem em relação ao processo de comparação manual.
- Avaliação Acústica da Fala AlaríngeaPublication . Cardoso, Elisabete Cristina de Oliveira; Coelho, Luís Filipe Martins PintoA reabilitação da comunicação – vocal – em indivíduos laringectomizados tem por desafio restaurar a qualidade da voz de pacientes impossibilitados de uma fonação laríngea. Quando um indivíduo apresenta cancro na laringe e o tratamento indicado é a laringectomia total, a maior alteração funcional é a ausência de fonação. Isto ocorre porque o indivíduo deixa de produzir voz laríngea e a introdução de fala alaríngea tornase imprescindível, para ultrapassar a perturbação da comunicação. Nestas situações, entre os métodos de fala existentes estão a voz esofágica (VE) e a fala com Prótese Traqueoesofágica (PTE). O estudo que se apresenta neste documento tem como objetivo principal definir padrões de medidas acústicas para VE e fala PTE em Português Europeu. Como objetivo secundário surge a contribuição com metodologias de suporte para o software LxReahb, em desenvolvimento, de aplicação de tecnologias de mHealth para o treino e recuperação vocal de laringectomizados totais. Para este estudo foram selecionados 10 sujeitos, anonimizados, da consulta de Terapia da Fala no Centro Hospitalar e Universitário do Porto – Hospital de Santo António, do sexo masculino, submetidos a laringectomia total. As vogais analisadas do português europeu foram as orais, apresentadas de forma escrita e combinadas com as consoantes /p/, /t/ e /k/ injetoras, ou seja, facilitadoras da emissão vocal alaríngea. Os sinais foram gravados a 44,1 kHz, a 16 bit, numa sala com um nível de ruído inferior a 40dB SPL, embora não acusticamente tratada. Para a realização da análise acústica das amostras foi utilizado o programa Praat, versão 6.1.03. O trabalho de investigação de campo incluiu a construção de uma base de dados constituída por 239 registos de voz, com graus de alteração diversos e devidamente anotados, em adultos com fala alaríngea do Português Europeu. O processo culminou com a análise da informação recolhida, descrição e discussão dos resultados obtidos. Definiram-se as medidas de TMF para VE e PTE (p=0,037). Além disso encontraram-se diferenças estatisticamente significativas, comparando a VE com a PTE, fo nas vogais /a/ e /i/ (p=0,004; p=0,000), 1º Formante em todas as vogais analisadas (p=0,001; p=0,016; p=0,002) e no 2º Formante na vogal /i/ (p=0,000) com 95% de confiança. Observando os resultados obtidos da relação do tamanho da prótese com as medidas acústicas encontramse diferenças estatisticamente significativas ao nível do 1º Formante (p=0,001; p=0,036; p=0,005) em todas as vogais; na vogal /a/ no 2º Formante (p=0,018) e HNR (p=0,022). Considerando os parâmetros com o tipo de tratamento acharam-se diferenças no 2ºFormante na vogal /i/ (p=0,018). Quando comparado o momento da colocação também se encontraram diferenças no 2º Formante na vogal /a/ (p=0,008).
- Avaliação de realce tardio do miocárdio por tomografia computorizadaPublication . Leite, Daniel Filipe de Faria; Vinhais, CarlosA distinção entre miocárdio atordoado e danificado tem sido uma preocupação relevante, no cenário de um enfarte agudo do miocárdio (EAM). A avaliação da viabilidade do miocárdio, pós-enfarte, é de importância vital, no contexto clínico, principalmente numa fase inicial. Actualmente a Ressonância Magnética Cardíaca é o exame de referência para a avaliação de viabilidade do miocárdio. No entanto, é um exame com elevado custo e de difícil acesso. Estudos preliminares demonstraram potencial na utilização de imagens por Tomografia Computorizada para avaliação da área de enfarte, quer em estudos animais quer em humanos. É objectivo desta tese verificar a utilidade de um protocolo de avaliação de viabilidade do miocárdio, com base em imagens de realce tardio (RT) por Tomografia Computorizada, após um procedimento de intervenção coronária percutânea, no contexto de enfarte agudo do miocárdio com elevação do segmento ST (STEMI). Pretende-se igualmente contribuir para a análise da imagem médica do miocárdio, proporcionando métodos de quantificação do RT e software de suporte à decisão médica nesta modalidade de imagem substancialmente recente. São avaliados vários processos para a quantificação do volume de RT, incluindo um método inovador baseado na detecção automática do miocárdio normal. _E ainda proposto um algoritmo para detecção automática do grau de transmuralidade, por segmento do miocárdio, e comparado o seu grau de eficiência face ao diagnóstico médico dos mesmos exames. Apesar do reduzido número de exames utilizado para validação das técnicas descritas nesta tese, os resultados são bastante promissores e podem constituir uma mais-valia no auxilio à gestão do paciente com EAM.
- Baby Sleep MonitorPublication . Leal, Diana Vanessa Mesquita; Dias, Nuno Alexandre NetoO projeto apresentado neste relatório foi desenvolvido no âmbito da Unidade Curricular de Dissertação/Projeto/Estágio Profissional, do Mestrado em Engenharia de Computação e Instrumentação Médica (MECIM), do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP), como requisito para a obtenção do grau de mestre em Engenharia de Computação e Instrumentação Médica. Este trabalho foi proposto pela própria autora deste documento, e tem como objetivo o desenvolvimento de um dispositivo eletrónico capaz de monitorizar o sono de infantes e de crianças, no que respeita à temperatura corporal e à interrupção do sono. Para os guardiões do indivíduo a monitorizar, por sua vez, foi desenvolvida uma aplicação Android que permite verificar o estado atual, assim como o histórico de eventos relacionados com os parâmetros previamente referidos. Esta, por fim, gera automaticamente alertas sonoros e com vibração, quando condições anormais ocorrem.
- Biomechanical modeling and simulation of the spider crab (maja brachydactyla)Publication . Rynkevic, Rita; Silva, Manuel F.; Marques, Maria A.Uma linha de pesquisa e desenvolvimento na área da robótica, que tem recebido atenção crescente nos últimos anos, é o desenvolvimento de robôs biologicamente inspirados. A ideia é adquirir conhecimento de seres biológicos, cuja evolução ocorreu ao longo de milhões de anos, e aproveitar o conhecimento assim adquirido para implementar a locomoção pelos mesmos métodos (ou pelo menos usar a inspiração biológica) nas máquinas que se constroem. Acredita-se que desta forma é possível desenvolver máquinas com capacidades semelhantes às dos seres biológicos em termos de capacidade e eficiência energética de locomoção. Uma forma de compreender melhor o funcionamento destes sistemas, sem a necessidade de desenvolver protótipos dispendiosos e com longos tempos de desenvolvimento é usar modelos de simulação. Com base nestas ideias, o objectivo deste trabalho passa por efectuar um estudo da biomecânica da santola (Maja brachydactyla), uma espécie de caranguejo comestível pertencente à família Majidae de artrópodes decápodes, usando a biblioteca de ferramentas SimMechanics da aplicação Matlab / Simulink. Esta tese descreve a anatomia e locomoção da santola, a sua modelação biomecânica e a simulação do seu movimento no ambiente Matlab / SimMechanics e SolidWorks.