ISEP - DM – Engenharia Biomédica
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- Digitalização do registo diário como apoio à monitorização e manutenção de unidades de tratamento de água em clínicas de diálisePublication . LEÃO, MARIANA AGOSTINHA NUNES; Lima, Natércia Maria Pereira Machado; Moreira, Núria; Ribeiro, VeraAs unidades de tratamento de água (UTAs) desempenham um papel essencial no processo de diálise, uma vez que asseguram a produção de água tratada utilizada na preparação do dialisante. O correto funcionamento destas unidades é, por conseguinte, fundamental para garantir a segurança do tratamento, sendo necessária a monitorização sistemática de parâmetros operacionais. No contexto em estudo, o registo diário destes parâmetros é atualmente realizado em suporte de papel, dificultando a consulta do histórico, a centralização da informação, a identificação de desvios e a utilização dos dados no apoio à manutenção. Assim, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver uma solução digital, concretizada sob a forma de um protótipo web, para apoiar a digitalização do registo diário da UTA em clínicas de diálise, em colaboração com a Diaverum Portugal. O desenvolvimento do trabalho foi orientado pelo contacto com o contexto real de funcionamento das clínicas e pelo acompanhamento das atividades da equipa técnica, incluindo procedimentos de manutenção e monitorização. A metodologia incluiu a análise dos formulários de registo diário das unidades da Prelada e de Vila do Conde, a organização e integração de dados históricos relativos ao período compreendido entre setembro de 2025 e fevereiro de 2026, a definição de requisitos e o desenvolvimento de uma aplicação web com recurso à linguagem Python, ao framework Flask, à base de dados SQLite, a tecnologias web e a bibliotecas de visualização e exportação de dados. O protótipo contempla diferentes perfis de utilizador, permitindo o preenchimento, a consulta e a validação de registos, a sinalização automática de alertas, o acompanhamento de ocorrências, a análise estatística dos parâmetros operacionais e a exportação de informação em formato PDF e Microsoft Excel. Foi ainda analisada a possibilidade de integração futura de um módulo de sensorização e aquisição automática de dados, orientado para parâmetros associados ao desempenho dos sistemas de osmose inversa. Os resultados demonstram que a solução desenvolvida permite reproduzir o fluxo de registo e validação atualmente existente, acrescentando mecanismos de organização, rastreabilidade, monitorização e análise de dados. A avaliação preliminar realizada com os profissionais envolvidos revelou uma perceção positiva quanto à utilidade, clareza e potencial de aplicação futura do protótipo. Embora a solução ainda necessite de validação num contexto real, o trabalho desenvolvido constitui uma base funcional para apoiar a digitalização, a monitorização e a manutenção das UTAs em clínicas de diálise.
- 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.
- 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.
- Desenvolvimento de um bioelétrodo enzimático à base de papel para aplicações analíticas e energéticasPublication . Oliveira, João António Zenha de; Morais, Simone Barreira; Torrinha, ÁlvaroA criação de Biocélulas de Combustível (BFCs) emerge como uma solução promissora para a produção de energia em microescala dependendo de catalisadores biológicos e mais sustentáveis quando comparados por exemplo com as tradicionais células de combustível que usam catalisadores caros e com custos ambientais associados. As BFCs são uma forma interessante de gerar microenergia, podendo ser vantajosamente utilizadas em biossensores autoalimentados energeticamente ou para alimentar dispositivos eletrónicos de pequena escala. O principal desafio da presente tese é o aprimoramento dos dispositivos para L-lactato, uma biomolécula presente nos fluidos biológicos capaz de fornecer energia para BFCs assim como fornecer informação fisionómica. Especificamente, este trabalho visa o desenvolvimento de bioelétrodos enzimáticos baseados em lactato oxidase mais sustentáveis e simples para potencial aplicação de biossensores autoalimentados para L-lactato. Para o efeito, um substrato semelhante a papel com ouro impresso foi usado como elétrodo sendo modificado com nanotubos de carbono e a enzima. O uso de um agente ligante foi estudado de forma a aumentar a eficiência eletroanalítica, estabilidade e tempo de vida útil do bioelétrodo. Os bioelétrodos com e sem o agente ligante foram testados e comparados por voltametria cíclica e cronoampermetria na ausência e presença do analito L-lactato e ausência de oxigénio para se também avaliar a transferência direta de eletrões. Verificou-se que o agente ligante melhorou significativamente o desempenho eletroanalítico do bioelétrodo para L-lactato através da geração de uma maior corrente anódica (1,6x superior) quando comparado com o biolétrodo sem agente ligante, assim como uma sensibilidade para o L-lactato (2,3x superior) e um terço do limite de deteção. A estabilidade foi também avaliada após duas semanas de armazenamento. O biossensor com agente ligante manteve a sua atividade e funcionalidade, enquanto o sistema sem agente de ligação não mostrou atividade. Em conclusão, os resultados demonstram que o agente ligante melhora o desempenho eletroanalítico na determinação de L-lactato e estabilidade sendo recomendável a sua inclusão no fabrico do bioelétrodo. Os bioelétrodos desenvolvidos são assim simples e sustentáveis com potencialidade para serem usados em BFCs e biossensores autoalimentados.
- Estrutura bifuncional para terapia do osteossarcoma e regeneração do tecido ósseoPublication . Santos, Vívian Helena Tavares Lopes dos; Ribeiro, Maria Cristina Castro; Granja, Pedro; Gonçalves, InêsOsteosarcoma is the most common and aggressive primary bone cancer, mainly affecting children, adolescents, and young adults during periods of rapid bone growth. Current treatments save lives, however, the patients often experience critical bone defects, reduced mobility, and lifelong functional limitations. Despite advances in surgery and chemotherapy, eliminating residual tumor cells while restoring the structure and function of the affected bone remains a major clinical challenge. To address this challenge, this work presents a bifunctional scaffold that integrates local tumor ablation with bone regeneration. The scaffolds were fabricated through wet-spinning and additive manufacturing, using poly(ε-caprolactone) (PCL) reinforced with different concentrations of graphene oxide (GO) (0, 5.0, and 7.5 wt%), selected for its biocompatibility and high thermal conductivity. GO addition increased surface roughness without affecting scaffold porosity (~60%). Mechanical testing confirmed that the incorporation of 5.0 wt% GO maintained structural integrity, with compressive moduli of 1.00 ± 0.17 MPa (PCL), 1.03 ± 0.08 MPa (GO5.0), and 0.94 ± 0.18 MPa (GO7.5). Under near-infrared irradiation (850 nm, 0.1 W·cm⁻²), both GO-containing scaffolds reached temperatures above 42 °C in under 12 minutes, enabling effective photothermal ablation of tumor cells. After 20 minutes of irradiation, the GO7.5 scaffold reduced MG-63 tumor cell viability to 34.60 ± 10.72 %, while the GO5.0 scaffold reached 55.44 ± 12.20 %. In vitro studies further demonstrated that GO5.0 scaffolds supported the proliferation of MC3T3 pre-osteoblastic cells, although slightly lower than in PCL control scaffolds. In conclusion, incorporating graphene oxide transformed the PCL matrix scaffold into a bifunctional material capable of promoting bone regeneration while enabling targeted photothermal therapy. Among all compositions tested, the GO5.0 scaffold exhibited the best balance of mechanical stability, osteoblastic activity, and therapeutic efficiency, emphasizing its potential as a promising step forward in the development of effective osteosarcoma therapy and subsequent bone regeneration strategies.
- Otimização do desempenho ambiental em clínicas de diálise: análise da eficiência hídrica e energética e propostas de sustentabilidadePublication . Correia, Vasco Manuel Garcês; Lima, Natércia Maria Pereira MachadoA diálise é um tratamento utilizado como principal forma de resposta à doença renal crónica (DRC). Contudo, este procedimento está associado a problemas de sustentabilidade, nomeadamente aos elevados consumos de água e de energia. Perante a necessidade crescente de otimizar os recursos dos serviços de saúde, é importante criar planos que equilibrem a eficiência técnica com um desenvolvimento mais sustentável. Neste sentido, a presente dissertação teve como principal objetivo formular um protocolo de diálise mais sustentável através da apresentação de soluções para melhorar a gestão e o funcionamento dos equipamentos envolvidos neste tratamento, verificando a sua aplicabilidade. Inicialmente, a metodologia consistiu na comparação dos consumos de água e energia antes e após a implementação de diferentes medidas de sustentabilidade em cinco clínicas da Diaverum. Os dados foram normalizados de modo a representar os consumos por tratamento e garantir que as comparações entre clínicas de diferentes dimensões não fossem influenciadas por este fator. Com base nos resultados obtidos nessas clínicas foi desenvolvido um modelo de extrapolação que permitiu prever o efeito global destas medidas quando aplicadas a doze clínicas na região Norte de Portugal. As medidas abordadas ao longo da pesquisa incluem o sistema de osmose térmica, o sistema Testomat, o sistema de reaproveitamento da água rejeitada pela osmose para usos não clínicos e a integração de painéis fotovoltaicos. Os resultados revelaram reduções significativas nos consumos por tratamento: até 42 % no consumo de água e até 48 % no consumo energético das clínicas iniciais. Quando aplicadas às restantes unidades verificou-se uma poupança média de 29 % e 33 % nos consumos de água e energia, respetivamente, o que equivale a cerca de 22 502 m³ de água e 453 040 kWh de energia poupados por ano. Conclui-se que a integração de inovações tecnológicas e de procedimentos operacionais sustentáveis minimiza significativamente o impacto ambiental da diálise, favorecendo uma utilização mais eficiente dos recursos e a consequente sustentabilidade do setor da saúde.
- Estudo da repetibilidade e reprodutibilidade em ensaios de desfibrilhadores e monitores de sinais vitaisPublication . Silva, Marta Ribeiro da; Gueiral, Nuno Eduardo DiasO desempenho adequado dos equipamentos de suporte de vida constitui um requisito fundamental para a eficácia dos cuidados clínicos, uma vez que qualquer desvio funcional pode comprometer a segurança do paciente e conduzir a diagnósticos ou tratamentos incorretos. Para garantir o cumprimento deste requisito, realizam-se ensaios de acordo com métodos rigorosamente definidos, que podem ser aprimorados de modo a refletir com maior fidelidade o real estado de conformidade dos equipamentos. Neste contexto, o presente estudo propõe alterações aos métodos de ensaio de desfibrilhadores e monitores de sinais vitais ao nível da repetibilidade, com o objetivo de estabelecer o número mínimo de medições aceitável em cada ensaio, e ao nível da reprodutibilidade, para verificar se a variabilidade entre operadores deve ser considerada. Para o efeito, procedeu-se a uma análise estatística a partir de medições obtidas em ensaios, a qual englobou testes de hipóteses, boxplots, gráficos Bland-Altman, coeficientes de correlação intraclasse e modelos lineares mistos robustos. Os resultados revelaram que, no caso dos desfibrilhadores, são necessárias cinco medições para o parâmetro de energia e quatro para os parâmetros de sincronismo e tempo de carga. Relativamente aos monitores de sinais vitais, verificou-se que a saturação de oxigénio e o ritmo cardíaco podem ser avaliados com um número inferior de medições ao praticado, sendo suficiente realizar duas ou até uma única medição. Quanto à pressão arterial não invasiva, constatou-se que o número atualmente definido de três medições é adequado. Adicionalmente, concluiu-se que a influência do operador é reduzida, o que confirma que, desde que devidamente formados, diferentes operadores podem executar os procedimentos sem comprometer a fiabilidade dos resultados. Contudo, o estudo apresenta algumas limitações, entre as quais se destacam o número reduzido de medições e equipamentos analisados, bem como a necessidade de aproximação à normalidade em alguns testes, o que, em amostras pequenas, pode comprometer a robustez das conclusões. Face a estas limitações, recomenda-se a realização de estudos adicionais que ampliem o tamanho e a diversidade da amostra, de modo a obter resultados mais confiáveis.
- Linguagem específica de domínio para a configuração de campanhas na indústria farmacêuticaPublication . Almeida, Paulo Manuel Ribeiro; Silva, Nuno Alexandre Pinto daCampaign configuration in the pharmaceutical software is a complex and critical to business processes, where errors can directly affect revenue, compliance and customer satisfaction. In the ePharma platform, campaigns are currently embedded in the application code, making them rigid, error-prone and costly to maintain.The present work addresses these limitations by proposing, designing and implementing a Domain-Specific Language (DSL) and supporting rule engine to decouple campaign logic from the core system. The DSL was designed to express business rules declaratively, in a human-readable format, to enable marketing and business analysts to define and modify campaign without requiring developer intervention.The implemented system adopts an input validation pipeline and a modular and extensible rule engine. The validation pipeline includes schema checks, semantic validation and runtime consistency checks. The solution was validated through unit, mutation and integration tests, achieving 97% line coverage, 94% mutation coverage and full test strength. These results highlight the feasibility and robustness of the approach. The outcomes suggest that this DSL-based approach is a sustainable solution for campaign management in pharmaceutical systems, and improved the maintainability, adaptability and agility of the previous system. Graphical authoring tools and advanced validation are envisaged as future improvement opportunities.
- 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.