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Caraterização Experimental de Feixes de Megavoltagem para Imagiologia por Raios Ortogonais

Palavras-chave: Radioterapia guiada por imagem ((IGRT),,Imagiologia por raios ortogonais,,Feixes de MV,,Tomogra fia computadorizada ortogonal (OrthoCT).,Imaged guided radiotherapy (IGRT),Orthogonal ray imaging,MV beams,Orthogonal computed tomography (OrthoCT)

O cancro e uma das principais causas de morte no Mundo e a radioterapia um dos m etodos de tratamento mais utilizados. As t ecnicas modernas de radioterapia permitem aumentar a conformacionalidade ao tumor. Todavia, para o sucesso da terapia e de modo a garantir uma dose m axima no tumor e evitar a irradia c~ao de org~aos de risco ou tecidos s~aos adjacentes, e importante detetar os desposicionamentos do doente e as altera c~oes anat omico-morfol ogicas antes do tratamento ter in cio, para que se possa proceder as devidas corre c~oes. Nesse sentido, um novo sistema de imagem para radioterapia de feixe externo com raios X foi proposto: OrthoCT (orthogonal computed tomography). Este sistema pretende adquirir imagens do volume a ser irradiado imediatamente antes do tratamento ter in cio, quando o doente j a se encontra posicionado e imobilizado para receber o tratamento (\on-board imaging"). Esta t ecnica e poss vel administrando uma dose muito baixa, eventualmente nula, nos org~aos de risco e tecidos saud aveis, mesmo quando posicionados pr oximos do tumor. A OrthoCT tem por base a imagiologia por raios ortogonais, isto e, a dete c~ao da radia c~ao dispersa no doente que escapa perpendicularmente a dire c~ao do feixe de irradia c~ao, pois esta apresenta uma boa correla c~ao com a estrutura morfol ogica do doente. Para isto, o feixe de irradia c~ao deve ter um tamanho inferior ( 5mm 5mm) aos tipicamente usados nos tratamentos atuais. Al em disso, o per l do varrimento deve ser: (1) o mais homog eneo poss vel, para que as varia c~oes possam ser associadas a altera c~oes de dose/morfol ogicas; e (2) ter elevada velocidade (o que favorece os varrimentos com o colimador multi-folhas, em vez das mand bulas). O objetivo deste projeto e determinar o melhor varrimento a ser usado experimentalmente em OrthoCT tendo em conta as condi c~oes referidas anteriormente. Para tal, utilizaram-se feixes nos e os resultados dos varrimentos obtidos experimentalmente foram optimizados. O varrimento mais homog eneo obtido experimentalmente revela uma variabilidade da intensidade do feixe inferior a 1 %, o que suporta altera c~oes de variabilidade morfol ogica detet aveis atrav es da t ecnica OrthoCT desta ordem de grandeza ou superior.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais
Desenvolvimento de instrumentação self-mixing para medição de onda de pulso em tempo real

Palavras-chave: Engenharia biomédica,Doenças cardiovasculares,Interferometria,Algoritmo,Velocidade de onda de pulso

A onda de pulso arterial (OPA) gerada pelo coração durante a sístole provoca a dilatação das artérias do sistema circulatório sistémico. A energia cinética desta dilatação é propagada para a vizinhança e pode ser detetada sob a forma de vibração da pele sobre artérias periféricas como a carótida. A velocidade da vibração é proporcional à OPA que se propaga abaixo dela. A análise da OPA fornece vários parâmetros que nos permitem avaliar a eficiência cardiovascular. Um dos parâmetros mais importantes é a velocidade da onda de pulso (VOP). Este parâmetro está intrinsecamente relacionado com a elasticidade da parede arterial e é um índice da rigidez arterial, logo VOP é um índice de doenças cardiovasculares (CVD), uma das maiores causas de mortalidade no mundo Ocidental. Este trabalho tem como objetivo demonstrar que um sistema ótico simples baseado em self-mixing (SM) é capaz de extrair a OPA por meios não invasivos. SM é uma técnica de interferometria em que parte da luz refletida por um objeto em movimento provoca a modulação da frequência (FM) na luz captada pelo fotodíodo (PD) na cavidade de um díodo laser (LD). A FM contém informação sobre a frequência Doppler e consequentemente sobre a OPA. Posteriormente um algoritmo baseado na transformada rápida de Fourier (FFT) extrai a informação sobre o SM. Este projeto também tem como propósito extrair essa informação analogicamente, sem necessitar de pós-processamento digital, o que habilita esta instrumentação da capacidade de detetar OPA em tempo real. Este propósito não foi atingido, porém este trabalho demonstra como alcançá-lo em futuros projetos. Palavras-chaves: onda de pulso arterial, velocidade da onda de pulso, self-mixing, interferometria laser Doppler, instrumentação biomédica.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais
Contribuições para a modelação de fluxos sanguíneos em redes de capilares da retina

Palavras-chave: Engenharia biomédica,Ciências da saúde,Programa de computador,Algoritmo,Retinopatia diabética

A retinopatia diabética afeta uma elevada percentagem de pacientes com diabetes, podendo levar a deficiências da visão e até à cegueira se não for convenientemente tratada. Estas deficiências de visão são consequência de um desenvolvimento anormal de vasos sanguíneos e portanto, pacientes com retinopatia diabética necessitam assim de ter os seus vasos danificados frequentemente eliminados através de terapia laser. Deste modo, um programa computacional que calcule o fluxo sanguíneo poderá ser utilizado para diagnosticar e acompanhar a evolução da retinopatia diabética num paciente. Existem na literatura bastantes métodos de segmentação aplicáveis a imagem digital que permitem obter a rede vascular, no entanto estes métodos falham na identificação dos vasos mais pequenos conduzindo a uma rede aberta. Por este motivo, o presente trabalho tem como principais objetivos a criação de um programa computacional que partirá de uma digitalização da rede vascular da retina e obterá uma rede fechada permitindo assim o cálculo do fluxo bem como a identificação dos locais onde os vasos se cruzam sem formar bifurcações, solução que também não está implementada na literatura. No algoritmo proposto o fecho da rede é obtido através do uso de um método descrito na literatura que tem por base os valores próprios da matriz Hessiana de uma imagem em conjunto com um algoritmo designado por percurso aleatório suave que permite simular a distribuição espacial dos vasos de menor calibre. De seguida são adquiridas todas as informações necessárias e relevantes sobre os vasos que permitem, por fim, que seja implementado um método que calcula o fluxo tendo por base uma analogia com a lei de Ohm.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais
Monitorização e diagnóstico automático de cadeias de frio

Palavras-chave: Engenharia física,Tecnologia,Física,Cadeia de frio,Monitorização

Neste documento, é apresentado um ano letivo de trabalho dedicado ao desenvolvimento de um produto de supervisão centralizada e remota de cadeias de frio, o Qold. Usando uma rede de dispositivos monitorizam-se câmaras de frio e em combinação com uma aplicação Web e mobile simples e intuitiva, os dados podem ser consultados em tempo-real e situações indesejadas reportadas evitando possíveis danos. O Qold, apesar de validado, precisava de ser melhorado. Foi da minha responsabilidade desenvolver esta próxima iteração relativa à aquisição de dados.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais
Discriminação entre partículas características de GSR e partículas de pastilhas de travão de automóveis: estudos por SEM/EDS, XRF e XRD

Palavras-chave: Engenharia física,Ambiente,Pastilhas de travão,Resíduos de disparo,Fluorescência de raios X,Difracção de raios X,Microscopia electrónica de varrimento,Espectroscopia difusiva de raios X

A observação de partículas ambientais que se possam confundir com resíduos de disparo (GSR) tem vindo a ser descrita na literatura, revelando-se um problema a nível de investigação forense. Estes estudos têm como objetivo encontrar critérios para distinguir partículas características de resíduos de disparos de partículas ambientais e, desta forma, manter a robustez deste tipo de vestígio. De forma a definir melhor a origem destas partículas, nomeadamente as oriundas de resíduos de pastilhas de travão de automóvel realizou-se o presente estudo, no qual se pretendem discriminar diferenças ou semelhanças entre partículas ambientais e de GSR. No desenvolvimento do projeto utilizaram-se diversas técnicas, como fluorescência de raios-X (XRF), difração de raios-X (XRD) e microscopia eletrónica de varrimento associada a espetroscopia dispersiva de raios-X (SEM/EDS), esta última utilizada não só para análise da composição química mas também da morfologia das partículas em questão. Foram analisados exemplares de várias marcas de pastilhas de travão e os resultados obtidos demonstram que algumas marcas contêm Chumbo, Bário e Antimónio, detetados em XRF, no entanto em SEM não foram detetadas partículas com os 3 elementos ou sequer partículas com morfologia semelhante às de GSR. Analisaram-se ainda amostras recolhidas em mãos de mecânicos que manusearam pastilhas de travão de automóvel, das quais se encontraram partículas consistentes com GSR. Foram ainda realizados outros estudos de forma a melhor compreender as limitações dos instrumentos. Como complemento ao projeto realizaram-se ainda testes com amostras sintetizadas sujeitas a fricção e aquecimento com o intuito de compreender o mecanismo de formação de partículas de resíduos de pastilhas de travão. Palavras-Chave : GSR, pastilhas de travão, fluorescência, difração, espetroscopia dispersiva, XRF, XRD, SEM/EDS.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais
Caracterização de soluções poliméricas para aplicação em revestimentos para a conservação de produtos alimentares

Palavras-chave: Engenharia biomédica,Alimentos,Conservação,Polímeros,Revestimento

A demanda dos consumidores na qualidade, conveniência e segurança dos alimentos tem incentivado a investigação de revestimentos comestíveis. Os revestimentos comestíveis são definidos como uma embalagem primária feita a partir de componentes comestíveis que podem ser consumidos juntamente com os alimentos. O uso de biopolímeros em formulações de revestimentos comestíveis tem atraído muito a investigação científica devido às suas vantagens, tais como: serem provenientes de fontes renováveis, a sua biodegradabilidade, baixo custo e disponibilidade. De salientar que para os biopolímeros poderem ser utilizados em formulações de revestimentos comestíveis têm que ser aprovados pela Food and Drug Administration (FDA). O presente trabalho tem como objetivo a caracterização de soluções poliméricas para aplicação em revestimentos para conservação de produtos alimentares, com particular ênfase nos artigos de charcutaria fatiados. Foram testados diferentes polissacarídeos nas formulações de revestimentos comestíveis, nomeadamente: derivados de celulose, gomas, pectina e carragenano. Para a caracterização das soluções poliméricas foram realizados testes reológicos, análises de dispersão dinâmica da luz e potencial zeta. Através dos estudos reológicos foi possível determinar a viscosidade das soluções, concluindo-se que a viscosidade das soluções é afetada por vários fatores tais como: concentração e massa molecular do polímero, temperatura, pH e densidade de carga. Do estudo da dispersão dinâmica da luz observou-se que as partículas dos polímeros têm tendência a formar aglomerados de partículas em solução. Dos polímeros estudados concluiu-se que os mais promissores para a aplicação pretendida são a goma-arábica, a hidroxietilcelulose, o carragenano e a pectina. Este polímeros são bons canditados para formulações de revestimentos comestíveis pelo fato das suas soluções apresentarem baixos valores de viscosidades mesmo a concentrações mais elevadas.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais
Imagem de fundo ocular: Análise comparativa de técnicas e de novas tecnologias no diagnóstico oftalmológico da retina – Aplicação Clínica

Palavras-chave: Engenharia biomédica,Ciências da saúde,Tecnologia,Oftalmologia,Fundo ocular,Retinografia,Multicolor

A tecnologia aplicada à medicina tem sofrido grandes avanços melhorando a prestação de cuidados de saúde nomeadamente na área da oftalmologia. Cada vez mais se desenvolvem técnicas que oferecem uma melhor compreensão do fundo ocular sendo cada vez mais fácil realizar um diagnóstico mais rápido e com menor grau de incerteza. É neste contexto que surge este projeto, onde se pretende estudar duas técnicas que adquirem imagem do fundo do olho: a retinografia, método convencional frequentemente utilizado nas clínicas de oftalmologia, que utiliza luz branca para obter a imagem do fundo do olho e uma técnica que surgiu recentemente no mercado, o MultiColor™, desenvolvido para o Spectralis® da Heidelberg Engineering, que utiliza a tecnologia confocal e como fonte de luz, três lasers de comprimentos de onda diferentes. Este projeto tem como objetivo avaliar as diferenças entre as duas imagens realizando uma comparação qualitativa entre elas relativamente às lesões que apresentam, bem como entender se a profundidade dessas lesões influencia a imagem obtida pelas duas técnicas. As imagens foram divididas em casos de estudo que compreendem uma imagem de retinografia e MultiColor™ do mesmo doente, além de exames complementares para definir a profundidade a que se localizam as lesões observadas nas imagens. Através das observações das imagens conclui-se que tanto as camadas externas da retina como as lesões subretinianas e superficiais se observam melhor na imagem MultiColor™. Mas além disso, o aspeto mais importante que se conseguiu concluir foi que todas as lesões que se observaram na imagem de retinografia também se observaram na imagem MultiColor™, ou seja, que com esta última não existe perda de informação do fundo ocular em comparação com a imagem de retinografia. Foi também efetuado um estudo relacionado com o contraste das imagens utilizando os seus histogramas. Os resultados não foram conclusivos, apesar de se ter considerado que com 55% dos casos estudados se obtém um contraste superior na imagem MultiColor™.  Palavras-chave: Imagens do fundo ocular, Retina, Retinografia, MultiColor™

Área científica: Ciências Exactas e Naturais
Apneia do sono : apoio ao diagnóstico da síndrome da apneia do sono em pediatria

Palavras-chave: Apneia do sono -- estudo -- pediatria,Polissonografia,Electroencefolografia -- EEG,Electrocardiografia -- ECG,Electromiografia -- EMG

Neste trabalho foi construído um método de importação, visualização e classificação de sinais de registos polissonográficos e posteriormente avaliado o desempenho de três abordagens diferentes na classificação de SAOS em pediatria. A primeira delas utiliza um método baseado em limiares para classificação de eventos de SAOS com base em sinal de Bandas, Saturação de Oxigénio e Fluxo com resultados de 70,49 e 82,90, sensibilidade e especificidade respectivamente para o fluxo da Cânula, 72,45 e 70,39, sensibilidade e especificidade para o fluxo da termistor, 61,28 e 82,17, sensibilidade e especificidade para a soma das bandas e 82,45 e 80,70, sensibilidade e especificidade para a saturação de oxigénio. Dados estes resultados e na tentativa de integrar todo o conjunto num classificador abordaram-se as árvores de decisão na tentativa de extrair um número reduzido de regas que possibilitassem uma eficiente classificação. Concluiu-se que os sinais mais relevantes para a classificação são a cânula, bandas e oximetria quando calculados deles em intervalos de tempo de um segundo a soma, desvio padrão, entropia e área. A última das abordagens assenta na utilização de redes neuronais como método de classificação e tem resultados de 27,41 e 99,11 sensibilidade e especificidade respectivamente para todo o conjunto de dados. Os resultados do estudo provam que os sinais utilizados são portadores de informação que pode ser utilizada na classificação de SAOS. No entanto e dado os dados serem extraídos com a finalidade de uma classificação qualitativa torna-se extremamente difícil extrair dos mesmo informação que possibilite um outro tipo de classificação mais quantitativa. Métodos de classificação baseados em limiares ou redes têm um desempenho muito parecido, possibilitando os limiares uma classificação explicável. E para casos de diagnóstico exclusivo aconselham-se uma abordagem baseada em redes, apenas para avaliação de registos completos.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais
A influência do contra-corpo no comportamento tribológico em ambientes biológicos de filmes DLC

Palavras-chave: Próteses articulares - estudo do desgaste,Próteses articulares - revestimento,Revestimento com filmes DLC,Técnicas de revestimento,Tribologia

Nos dias que correm cada vez mais surgem problemas nas articulações ósseas, seja em virtude do aumento da longevidade do Homem, de patologias como a obesidade, ou devido ao excesso de esforço físico. Não é, assim, de estranhar que cada vez mais se recorra à utilização de próteses para ultrapassar estes problemas. Contudo, a duração limitada destas próteses requer intervenções cirúrgicas em prazos normalmente inferiores a 15 anos. No sentido de ultrapassar o défice de qualidade de vida que estas intervenções proporcionam, o revestimento da prótese com filmes de DLC, poderá permitir aumentar a sua durabilidade para um tempo de vida útil que, na grande maioria de casos a possa considerar já como definitiva. Tendo em vista estes aspectos, o âmbito deste trabalho centra-se no estudo tribológico de filmes de DLC:H, depositados pela técnica PECVD sobre substratos de aço (DIN X153CrMoV12) e liga de titânio (Ti6Al4V). Com o intuito de simular o ambiente biológico humano, os testes foram realizados em meios de solução salina e soro de feto bovino, às temperaturas ambiente e 35°C. Os elementos antagonistas utilizados foram o aço 100Cr6, DLC:H, PEEK e uma liga de Cr-Co. A caracterização estrutural, morfológica e mecânica dos filmes depositados em ambos os substratos foi realizada, respectivamente, por difracção de raios X, espectroscopia Raman, perfilometria óptica 3D, nanoindentação e indentação deslizante. Tal como esperado, os testes revelaram propriedades muito semelhantes nas amostras revestidas, com excepção da rugosidade, oriunda da diferença já existente nos substratos não revestidos. Os ensaios tribológicos revelaram que as proteínas presentes no soro de feto bovino promovem influência significativa no atrito, devido à extensão linear que sofrem promovendo ligações livres de hidrogénio que podem ser estabelecidas com a superfície do DLC. A temperatura não se mostrou preponderante nos valores do coeficiente de atrito. Entretanto, a rugosidade dos filmes foi o parâmetro mais determinante nos valores dos coeficientes de atrito e desgaste, facto que pôde ser interpretado como a alteração ao regime de lubrificação elastohidrodinâmico. Em conclusão, este trabalho contribuiu com informações para o estudo da vida útil do filme de DLC em diferentes meios biológicos e levantou algumas questões que mostram que este tema ainda não está totalmente consolidado. Palavras-chave: DLC, tribologia, soro de feto bovino, solução salina

Área científica: Ciências Exactas e Naturais
Estudo de revestimentos por soldadura em equipamentos de processo

Palavras-chave: Corrosão,Resistência á corrosão,Tensões residuais - furo incremental,Tensões residuais - difracção de raios X - Lei de Bragg,Técnicas de soldadura - soldadura por arco submerso

Com a presente dissertação pretende-se estudar a distribuição das tensões residuais e a resistência à corrosão em amostras revestidas por soldadura. Estas amostras foram elaboradas a partir de placas de aço carbono, sendo uma das faces, revestida com três camadas de um aço inoxidável através de soldadura por arco submerso. Após o processo de revestimento por soldadura, algumas das amostras foram submetidas a tratamentos térmicos com diferentes parâmetros: um mantendo uma temperatura de 620oC durante uma hora e outro mantendo uma temperatura de 540oC durante um período de dez horas. As tensões residuais nas camadas superficiais foram determinados por difracção de raios-X e pela técnica do furo incremental. A resistência à corrosão foi avaliada por técnicas electroquímicas, como a medição do potencial em circuito aberto, curvas de polarização e espectroscopia de impedância electroquímica, juntamente com uma análise morfológica da superfície das amostras corroídas. Enquanto as técnicas de difracção de raios-X na determinação de tensões residuais se mostraram ineficientes, a técnica do furo incremental aparenta indicar que a amostra com tratamento térmico de 620oC apresenta as tensões de compressão mais intensas nas camadas superficiais. Todas as amostras exibem elevada resistência à corrosão. Contudo, observando os resultados dos testes electroquímico, verifica-se um comportamento à corrosão algo heterogéneo entre as amostras. Para se alcançar o objectivo do projecto torna-se necessário combinar estes resultados com a caracterização metalúrgica, a análise de fases por difracção de raios-X das amostras revestidas por soldadura e com os resultados da difracção de neutrões, na determinação de tensões residuais em profundidad

Área científica: Ciências Exactas e Naturais
Colocação no mercado de dispositivos médicos associados à medicina física e de reabilitação para utilização em ambient assisted living

Palavras-chave: ExaNoNeedle - certificação médica,ExaNoNeedle - electroterapia,ExaAllinOne - certificação médica,ExaAllinOne - monitorizaçao de sinais vitais,Electroterapia,Certificação médica - MDD,Medicina física e de reabilitação,Ambient assisted living - AL,Disppositivos medicos|xoposição da marcação CE

A tendência do mundo actual passa pelo envelhecimento da população, o que conduz obrigatoriamente a um aumento do nível de incapacidade, que por sua vez incrementa o custo associado à prestação de cuidados de saúde. É neste contexto que surge a Medicina Física e de Reabilitação (MFR), uma especialidade médica autónoma que desempenha um papel crucial na prevenção, diagnóstico e tratamento de patologias incapacitantes, promovendo desta forma uma melhoria da qualidade de vida dos indivíduos portadores dessas incapacidades. Neste âmbito, foi desenvolvido na Exa4Life um dispositivo miniaturizado associado a uma das técnicas mais utilizadas em reabilitação, a electroterapia. A principal vantagem deste equipamento consiste em possibilitar o tratamento em ambiente home friendly. Por outro lado, encontra-se igualmente desenvolvida uma tecnologia inovadora, que assenta numa solução de sensores que possibilita a medição em Ambient Assisted Living de vários sinais vitais em simultâneo. Através deste projecto, pretendeu-se numa primeira fase a análise e a definição das características físicas, fisiológicas e tecnológicas associadas a ambos os dispositivos médicos. Posteriormente abrangeu o estudo da certificação médica, que possibilita a aposição da marcação CE, indispensável para a colocação no mercado dos dispositivos acima mencionados. Para tal, foi verificada a conformidade com a Directiva médica 93/42/CEE e foram seleccionadas as normas que se lhes aplicam e que melhor asseguram essa conformidade. No âmbito da Vigilância Pós-Mercado, procedeu-se à elaboração do procedimento de recall, inexistente na empresa e que especifica o modo de actuação no caso de ser necessário recolher um equipamento médico que não esteja em conformidade com os requisitos de qualidade, eficácia e acima de tudo segurança para a saúde. Para finalizar, foram objecto de estudo, tecnologias médicas inovadoras que suportam o conceito de tratamento em especialidades médicas como a MFR. Este projecto afirma-se como um suporte essencial para a obtenção da marcação CE para o dispositivo miniaturizado de electroterapia e para o monitorizador de sinais vitais, que os valoriza, atestando a qualidade da sua produção. Palavras-chave: Medicina Física e Reabilitação, Electroterapia, Monitorização de sinais vitais, Ambient Assisted Living, Certificação Médica, Directiva 93/42/CEE, Enquadramento normativo, Gestão de riscos, Recall.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais