ISEP - DM – Engenharia Biomédica
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Recent Submissions
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.