ISEL - Engenharia Biomédica - Dissertações de Mestrado
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- Validação clínica de um sistema de aquisição de electrocardiografia não intrusivo - estudo preliminarPublication . Ferreira, Carla Sofia Barão; Lourenço, André; Laranjo, SérgioA existência de diversas arritmias paroxísticas representa um desafio significativo para a monitorização e o diagnóstico dos pacientes. Muitas vezes, essas arritmias não são detetadas durante as consultas médicas, por serem intermitentes e, frequentemente, assintomáticas. É neste enquadramento que se tornam cada vez mais relevantes os dispositivos das tecnologias móveis (mHealth), que permitem monitorizar de forma contínua o ritmo cardíaco. O CardioWheel surge no contexto da indústria automóvel, como um dispositivo que permite adquirir uma derivação semelhante ao DI de um eletrocardiograma (ECG) clínico, através de elétrodos secos embutidos num volante. No presente estudo pretende-se realizar a validação clínica deste dispositivo. Para tal, foi realizado um estudo clínico que comparou o registo de ECG clínicos de 12 derivações com os registos obtidos simultaneamente com o CardioWheel. A base de dados obtida consistiu em 143 registos correspondentes a pacientes do Hospital de Santa Marta, escolhidos de forma aleatória. Destes, 120 cumpriram os critérios de elegibilidade. A qualidade do sinal do CardioWheel foi avaliada recorrendo a diferentes métodos. Numa primeira abordagem, foi realizada uma análise clínica que categorizou o sinal do CardioWheel e da derivação I do ECG clínico de cada paciente, utilizando 5 categorias predefinidas. Em seguida, cada traçado foi classificado com base nas arritmias que podem ser identificadas, tendo disponível apenas DI. Foram criadas matrizes de confusão para comparar os resultados de cada traçado. Numa segunda abordagem, realizou-se a quantificação da qualidade através de uma ferramenta de processamento e análise de sinais, tendo em conta 3 aspetos essenciais: ruído, ritmo e morfologia. Na generalidade, comprovou-se que o sinal do CardioWheel é sobreponível com o do ECG clínico em DI, sendo possível utilizá-lo para a deteção de arritmias não emergentes. Contudo, é essencial salientar as restrições inerentes à aquisição de apenas uma derivação para análise clínica, que enfatizam a importância de complementar o uso do CardioWheel com exames hospitalares para uma avaliação mais completa do paciente.
- Avaliação do corpo estriado e da substância negra na doença de Parkinson através de imagens de ressonância magnética [T2w] e DaTSCAN SPECT.Publication . Mesquita, Luís Pedro Miranda; Ribeiro, Maria Margarida do Carmo Pinto; Vieira, Lina da Conceição CapelaA Doença de Parkinson (DP) é um transtorno neurodegenerativo progressivo causado pela perda seletiva de neurónios dopaminérgicos localizados maioritariamente na região pars compacta da substância negra (SN), onde há uma perda de axónios que fazem a ligação desta região e se projetam para os núcleos da base, nomeadamente o corpo estriado. Atualmente, é uma doença diagnosticada clinicamente, no entanto, os estudos de imagem médica têm vindo a ganhar destaque e são fundamentais para a deteção da DP. A Single-Photon Emission Computed Tomography (SPECT) e a Ressonância Magnética (RM) são métodos de imagem médica mais utilizados devido à informação molecular e morfológica que apresentam, respetivamente. Esta dissertação tem como objetivo geral avaliar a DP através da quantificação comparativa de estruturas cerebrais profundas, envolvidas nos sistemas dopaminérgicos, em imagens DaTSCAN SPECT e imagens RM T2 em pacientes com DP e em voluntários saudáveis (VS), recorrendo à base de dados Parkinson’s Progressive Markers Initiative (PPMI). Foram avaliados e comparados diferentes métodos de segmentação (manual, ThreeBox, Threshold e atlas anatómico) em imagens DaTSCAN SPECT, assim como a evolução da DP através do método ThreeBox. Em RM T2 foi avaliada a intensidade do sinal e volume da SN, e a integridade e presença do nigrossoma-1. O Binding Potential Index (BPI) foi calculado para todas as segmentações SPECT e calculou-se a correlação Spearman para aferir sobre a relação entre a perda dopaminérgica no estriado e na SN. A amostra selecionada consiste em imagens de dois grupos: pacientes com DP e VS. Em SPECT selecionaram-se 49 imagens de VS e 42 imagens de pacientes com DP. Em RM escolheram-se 40 imagens de VS e 42 imagens de pacientes com DP. Em imagens DaTSCAN SPECT, a variação da média do BPI, entre VS e pacientes com DP, foi de 37,608% (manual), 50,486% (ThreeBox), 16,868% (Threshold) e para a segmentação com atlas anatómico 60,331% (putámen), 46,490% (globo pálido) e 35,895% (núcleo caudado). Para a evolução da DP a 12 meses obteve-se uma variação de 9,969% e, aos 24 meses, a percentagem de variação foi de 17,389%. No estudo das imagens de RM verificou-se que não existe uma diferença expressiva de intensidade ou volume da SN entre VS e pacientes com DP. Sobre o nigrossoma-1, em VS contabilizaram-se oito imagens com presença unilateral, 31 imagens com presença bilateral e uma imagem onde não foi possível identificar os nigrossomas-1. No grupo de pacientes com DP foram assinaladas 12 imagens com presença unilateral, 11 imagens com presença bilateral e 19 imagens onde não se visualizou qualquer nigrossoma-1. Os valores do coeficiente das correlações Spearman entre o volume e a intensidade da SN, e o BPI foram pouco significativos: (volume SN esquerda - BPI: ρ = - 0,084, P > 0,05), (volume SN direita - BPI: ρ = -0,059, P > 0,05), (intensidade SN esquerda - BPI: ρ = -0,018, P > 0,05) e (intensidade SN esquerda - BPI: ρ = -0,134, P > 0,05). Sobre a correlação entre o vi volume da SN e a idade, a correlação Spearman foi negativa, moderada e significativa (SN esquerda: ρ = -0,329, P < 0,05; SN direita: ρ = -0,365, P < 0,05). Da mesma forma, a correlação entre a intensidade da SN e a idade foi também negativa, moderada e significativa, exceto à esquerda (SN esquerda: ρ = - 0,225, P > 0,05; SN direita: ρ = -0,380, P < 0,05). Na correlação do BPI e a idade, a correlação foi negativa, fraca e não significativa (Corpo estriado esquerdo: ρ = -0,036, P > 0,05; Corpo estriado direito: ρ = -0,178, P > 0,05). A metodologia de segmentação ThreeBox apresentou melhores resultados discriminatórios, enquanto que a metodologia por Threshold obteve os piores resultados discriminatórios. O estudo da evolução da DP permite concluir que há uma tendência progressiva e linear de degeneração dopaminérgica no estriado. Os resultados das segmentações de RM T2 apresentaram fraca discriminação entre VS e pacientes com DP, não havendo diferenças expressivas na intensidade e no volume da SN. As correlações entre a intensidade e o volume da SN com o BPI foram fracas, negativas e estatisticamente não significativas, significando que não existe uma associação entre as variáveis. Na análise sociodemográfica, o fator da idade não apresenta diferenças expressivas.
- Development of Predictive Models for COVID-19 Prognosis based on Patients’ Demographic and Clinical DataPublication . Von Rekowski, Cristiana; Calado, Cecília Ribeiro da Cruz; Pinto, Iola; Bento, LuísBackground – Cases of infection by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) were first reported in late December 2019. Due to the large spectrum of clinical presentations and outcomes, the disease was named Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) and characterized as a pandemic due to the elevated number of cases worldwide, the high transmission rate and the lack of action measures. Since then, a lot of progress has been made, but the study of demographic and clinical information and the determination of possible laboratory biomarkers for COVID-19 prognosis is crucial. Purpose – Determine predictive biomarkers for COVID-19’s outcome (death or survival), in critically ill patients, using clinical, demographic and laboratory data from the intensive care unit (ICU). Methods – Demographic, clinical and laboratory data from 337 COVID-19 patients admitted to the ICU of Centro Hospitalar Universitário Lisboa Central, Portugal, between March 2020 and March 2021, was extracted from the hospital’s electronic medical record system, pre-processed, and analyzed. Comparisons were made regarding death, the need of invasive mechanic ventilation (IMV), the first three COVID-19 waves and age groups. Longitudinal data was gathered over the course of the patients stay in the ICU. To infer about the evolution of the patients' condition in the first week of ICU admission, a comparative analysis was carried out between the data from the 2nd (335 patients) and 7th days (216 patients). Comparisons of laboratory parameters between discharged and deceased patients, at these time points were performed. The associations between the several biomarkers and death were tested by means of Univariate Generalized Estimating Equations (GEEs) models. Additionally, to analyze the impact of some biomarkers in mortality, crude odds ratios were estimated and interpreted, with the corresponding 95% confidence intervals (CIs). Death event-free survival rates were obtained by the Kaplan-Meier estimator. All P values were considered statistically significant at P<0.05. Results – Deceased patients were considerably older, had more comorbidities, required more IMV, and spent less time in the hospital than discharged patients. Death rates did not differ significantly between COVID-19 waves. Patients from the 1st wave were significantly older and relied more on IMV and extracorporeal membrane oxygenation (ECMO). Most of the detected differences regarding laboratory biomarkers were found between discharged and deceased patients from the 2nd and 3rd waves, being that the deceased ones had almost always worse results. In general, worse results were obtained in the 1st wave and in the 7th day of ICU admission. In 2nd day of ICU admission, 2nd wave, higher mortality rates were observed for patients with lymphocyte (LYM) levels under normality ranges. In the 3rd wave, mortality rates were higher for patients with high sensitivity troponin I (hs-cTn I) levels above normality ranges in the 2nd day of ICU admission, with LYM levels under normality ranges in the 7th day of ICU admission, and with platelet (PLT) levels below normality ranges, either in the 2nd or 7th days of ICU admission. Through the univariate logistic regression’s results in 2nd day of ICU admission, 2nd wave, hs-cTn I, red blood cell (RBC) counts, platelet-lymphocyte ratio (PLR) and neutrophil-lymphocyte ratio (NLR) showed significant association with the risk of death. In 7th day of ICU admission, C-reactive protein (CRP), RBC counts, hematocrit (HCT), hemoglobin (HGB), white blood cell (WBC) and neutrophil (NEU) counts, eosinophil (EO) counts and NLR, revealed significant association with the risk of death. In the 2nd day of ICU admission, 3rd wave, hs-cTn I, PLT counts, lactate dehydrogenase (LDH) and CRP showed significant association with the risk of death. For the 7th day, PCT, CRP, WBC and NEU counts, LYM counts, NLR and PLT counts results were also associated with higher risks of death. Univariate GEEs models results demonstrated that, in the 1st wave, hs-cTn I, myoglobin, EO counts, results were associated with higher risks of death. In the 2nd wave, the risk of death was significantly associated with hs-cTn I, myoglobin levels, EO counts, WBC and NEU counts, LYM counts, and INR. Finally, in the 3rd wave, hs-cTn I, CK, EO counts, WBC and NEU counts, LYM counts, NLR and PLT counts, were also associated with the risk of death. Conclusion - This study provides useful information for prognostic evaluation that can be used to guide treatment and monitoring. Most importantly, it consists of valuable data that can be employed as the foundation of a variety of future research. Aside from the positive results, more research is needed to develop reliable and robust biomarkers for COVID-19’s outcomes.
- Convolutional neural networks for myocardial perfusion SPECT imaging classification: a full and low-dose studyPublication . Gonçalves, Gonçalo Cravo de Jesus; Figueiredo, Sérgio Rafael Reis; Jorge, Pedro Miguel Torres MendesAs doenças cardiovasculares são a principal causa de morbilidade e mortalidade a nível mundial. A doença arterial coronária, uma das formas mais prevalentes das doenças cardiovasculares, caracteriza-se pela deposição de placas de ateroma nas artérias coronárias, levando consequentemente a diminuições da passagem do sangue pelas artérias, fenómeno este denominado por isquémia. As isquémias podem ser reversíveis, quando existe uma diminuição da passagem do sangue temporária, causada por exercício físico ou testes de esforço farmacológico ou irreversíveis quando o estreitamento e oclusão do vaso não é revertido em situações de repouso, levando à necrose dos tecidos. Neste sentido, a cintigrafia de perfusão do miocárdio (CPM) por tomografia computorizada por emissão de fotão único (SPECT) é um exame não-invasivo muito utilizado e designado para detetar alterações de perfusão no músculo cardíaco. Na prática, a SPECT utiliza traçadores radioativos que depois de administrados no doente permitem uma visualização do mesmo pelo corpo ou órgão de interesse. Na CPM, após administrado o radiofármaco, este é fixado parcialmente no miocárdio proporcionalmente ao fluxo sanguíneo do músculo. Na prática, em áreas indicativas de baixa perfusão, pode ser indicativo de isquémia reversível ou irreversível (enfarte). Se a região lesada se apresentar menos perfundida num estudo em esforço que num estudo em repouso, estaremos perante uma isquémia reversível. Se a região não apresentar reversibilidade de perfusão no estudo em repouso, estamos perante de uma isquémia irreversível e, portanto, um enfarte. Neste sentido, na CPM, é a comparação entre o estudo em esforço e em repouso que indica a presença ou ausência de estenoses. A quantificação dos estudos de CPM-SPECT envolve tipicamente a extração de parâmetros quantitativos obtidos dos estudos de esforço e repouso. Para isso, são utilizados softwares comercialmente disponíveis como o QPSTM/QGSTM e 4D-MSPECT. No entanto, os sistemas de aquisição sofrem de algumas limitações como a distorção espacial, atenuação dispersa e baixas contagens, o que pode contribuir para elevados níveis de ruído nas imagens. Assim, este aspeto pode levar ao viés na quantificação e consequente classificação, para além de serem processos demorados e muito dependentes do utilizador, levando a variabilidades intra e inter-operador significantes. Além disso, a CPM-SPECT sendo um exame que comporta radiação ionizante para o doente, é o que mais contribui em Portugal para a dose coletiva da população desde 2010. Para ultrapassar tais limitações, novos equipamentos especializados em imagem cardíaca nuclear têm sido desenvolvidos como os de Cádmio-zinco-telureto (CZT), permitindo uma melhor qualidade de imagem e redução de dose. Outra abordagem foi implementar algoritmos iterativos na reconstrução de imagem, melhorando também a relação sinal-ruído das mesmas. No entanto, ambos os métodos estão associados a custos elevados, sendo difíceis de implementar em muitos serviços. Neste sentido, tanto as questões na variabilidade de classificação como as preocupações de redução da dose podem impactar a verdadeira avaliação de estudos CPM-SPECT. Recentemente, com a ascensão do big-data e novos algoritmos de aprendizagem profunda como as redes neuronais, estes começaram a ser utilizados também no contexto da imagiologia médica, particularmente também na CPM. Para contexto, muitas arquiteturas de redes neuronais têm sido utilizadas nas mais variadas tarefas da imagiologia, sendo as redes neuronais convolucionais a que mais se destacou. Uma razão para tal, é a facilidade da sua utilização através de transfer learning, ou seja, a utilização de redes neuronais convolucionais pré-treinadas numa base de dados de grandes dimensões, como por exemplo o ImageNet, em que se congela os pesos das camadas anteriores ou parte deles, de forma a usar o que a rede aprendeu inicialmente num outro problema de classificação. Em adendo, com o desenvolvimento de arquiteturas cada vez mais complexas, a interpretabilidade destes modelos tornou-se mais difícil. Para isso, vários métodos foram desenvolvidos como forma de melhor perceber a tomada de decisão dos algoritmos nas mais variadas tarefas, dentro dos quais destacamos o Grad-CAM. Neste sentido, e para contexto, as redes neuronais convolucionais têm sido utilizadas na cardiologia nuclear nas mais variadas tarefas como na otimização da qualidade de imagens, na reconstrução de dados e na classificação de estudos para apoio ao diagnóstico. Adicionalmente, vários investigadores têm estudado particularmente a classificação em imagens de baixa dose depois de sobreamostragem para dose convencional. No entanto, a literatura ainda carece de estudos relativos à classificação de imagens de dose convencional e reduzida com posterior comparação entre ambas. Neste projeto temos como objetivo desenvolver um modelo de classificação de imagens reais full-time e low-time de perfusão do miocárdio, avaliando a aplicação do uso de imagens sintéticas geradas a partir do método de reamostragem de Poisson em tarefas de classificação.
- Análise da expressão de microRNA moduladores da hemoglobina fetal em células expostas a extratos de Carica papayaPublication . Jacques, Filipa Carvalhao; Gomes, Anita Quintal; Brito, Rui Miguel Duque deIntrodução: As hemoglobinopatias são doenças sanguíneas genéticas resultantes de mutações e genes que codificam a hemoglobina, que perturbam o transporte de oxigénio e conduzem a diversas complicações de saúde. Para fazer face a estes desafios, é necessário aumentar os níveis de hemoglobina fetal (HbF) como abordagem terapêutica, mas o principal tratamento, a hidroxiureia (HU), enfrenta limitações relacionadas com o custo e a segurança, especialmente em países subdesenvolvidos. Para ultrapassar estas limitações, os investigadores estão a estudar alternativas naturais, como os extratos de folhas de Carica papaya, para aumentar a produção de HbF, esta abordagem natural promete minimizar os efeitos secundários indesejáveis associados aos tratamentos convencionais como a hidroxiureia. Objetivo: Avaliar o efeito de diferentes concentrações dos extratos metanólicos e aquosos nas folhas de Carica papaya em células K562 (linha celular humana mortalizada de leucemia mieloide) para avaliar o seu impacto na regulação da HbF Material e Métodos: Foi realizada uma investigação comparativa, na qual foram avaliados os efeitos de extratos aquosos e metanólicos derivados das folhas de Carica papaya (EMFCP e EAFCP, respetivamente) na indução da HbF e seus genes reguladores, tendo-se usado a exposição a HU como controlo positivo. As células K562 foram expostas a um período 24 horas a concentrações variáveis de EMFCP e EAFCP (0,05, 0,5 e 5 μg/mL). Após a exposição foram avaliados os efeitos da expressão génica a partir do RNA total, recorrendo à técnica de RT-qPCR. Analisaram-se os níveis de expressão dos genes das globinas (HBA, HBB e HBG1); genes reguladores da HbF (BCL11A, HIC2 e BGLT3), assim como os moduladores epigenéticos da globina (DNMT1, DNMT3B, HDAC1, HDAC2, HDAC3 e HDAC8), tendo como gene de referência o GAPDH. Foram ainda analisados os miRNAs envolvidos na regulação da HbF (miR-30a-3p, miR-29c-3p e o miR-148b-3p), tendo como referência o miR- miRNA-423-3p. Resultados: A proliferação celular e a viabilidade das células K562 permaneceram inalteradas em todas as concentrações para todos os compostos testados. Os compostos estudados não apresentam sinais de citotoxicidade. A análise transcricional revelou efeitos opostos aos esperados aquando da exposição, ao EMFCP (0,05 μg/mL e 0,5 μg/mL), uma vez que há uma regulação negativa dos genes das hemoglobinas, como observado nos perfis de expressão dos genes HBA e HBB e a indução da expressão do gene inibidor da HbF, o BCL11A. Estes resultados são reproduzidos em células expostas ao EAFCP (à concentração de 0,5 μg/mL) onde também se verifica o aumento da expressão deste regulador negativo da expressão da HbF, o BCL11A. Estes compostos exibiram também efeitos reguladores importantes sobre a expressão de miRNAs específicos, nomeadamente o miR-29c-3p e o miR-148b-3p. A expressão do miR-29c-3p diminuiu com a exposição ao EMFCP, EAFCP e HU, enquanto os seus genes alvo – o BCL11A e o DNMT3B – a sua expressão aumentou. A expressão do miR-148b-3p diminui quando exposto ao EMFCP, enquanto a do seu gene alvo, BCL11A aumentou, alinhando-se com o papel regulador negativo do miRNA. Conclusão: Este estudo introduz uma nova perspetiva sobre os compostos naturais como moduladores da HbF. Os resultados observados, envolvendo alterações nos genes reguladores da HbF, são promissores para investigação futura acerca de terapias da hemoglobina com base em compostos naturais.
- Previsão automática da mortalidade em UCI de doentes com síndrome da dificuldade respiratória aguda associada à COVID-19 utilizando radiografias de tórax e dados clínicosPublication . Galvão, Tiago Alexandre dos Santos; Domingues, Nuno Alexandre Soares; Jorge, Pedro Miguel Torres Mendes; Bento, LuísA síndrome da dificuldade respiratória aguda associada à COVID-19 (ARDS-COV19), é uma síndrome pulmonar grave que resulta em insuficiência respiratória aguda. A ARDS é complexa e heterogénea, exigindo frequentemente ventilação mecânica invasiva (VMI) em unidades de cuidados intensivos (UCI). A identificação de grupos de risco é crucial para a medicina de precisão, embora a falta de métodos de diagnóstico seja limitativo. A radiografia torácica é um exame imagiológico, qualitativo e acessível, utilizado na rotina das UCIs. É essencial o desenvolvimento de um classificador multivariado e quantitativo, baseado em radiomics, para a previsão da mortalidade destes doentes sob VMI. Para este efeito foram incluídos 110 doentes ARDS-COV19 de uma UCI, com uma idade média de 63,2 ± 11,92 anos, sendo 61,2% do sexo masculino. A mortalidade foi de 47,3%. Radiografias do 1º e 3º dia de VMI foram recolhidas, pré-processadas e concatenadas. Características de deep learning foram então extraídas, utilizando uma rede neuronal convolucional pré-treinada (CheXnet). Estas características foram acopladas a variáveis clínicas (VC), para a construção de dois modelos de aprendizagem automática, um de regressão logística (LogReg) e um perceptrão multicamada (MLP). A idade, a razão PaO2/FiO2 do 3º dia de VMI e uma característica de imagem (DLF_258) foram utilizadas nos modelos finais. Os modelos que incluíram a DLF_258, apresentaram 89% (LogReg) e 82% (MLP) de probabilidade de terem melhor exatidão, do que os modelos de VC. No grupo de teste interno (23 doentes), o modelo de LogReg obteve os melhores resultados e menor overfitting, com uma área under the ROC curve (AUC) de 0,862 95%CI [0.654, 0.969], uma exatidão de 0,783 95%CI [0.563, 0.926] e um score de F1 de 0,783 95%CI [0.563, 0.926]. Apesar dos resultados promissores, o número de amostras foi reduzido, não existindo um teste externo. A recolha de dados e posterior validação são assim essenciais.
- Preparação e caracterização de membranas de ultrafiltração de acetato de celulose/SiO2/UiO-66(Zr) para remoção de toxinas urémicas na hemodiálisePublication . Barradas, Diogo dos Reis; Minhalma, Luís Miguel; Pinho, Maria Norberta Neves Correia deExiste atualmente uma quantidade significativa de aplicações nos processos da indústria química, alimentar e biomédica onde as membranas desempenham papeis chave nos mesmos. As membranas são filmes bastantes versáteis e suscetíveis de sofrer alterações estruturais que lhes conferem propriedades específicas, como o caso de membranas assimétricas de acetato de celulose (CA) utilizadas na hemodiálise. No trabalho experimental apresentado incorporou-se o MOF: UiO-66(Zr), em membranas de CA com o intuito de aumentar a sua capacidade de remoção de toxinas urémicas na hemodiálise como o p-Cresil Sulfato (pCS). O UiO-66(Zr) foi sintetizado e caracterizado através de espectroscopia de infravermelhos, difração de raios-X e de termogravimetria. Sintetizaram-se e caracterizaram-se as seguintes membranas: CA22/SiO2, CA22/SiO2/UiO-66(Zr) (1% de UiO-66(Zr)), CA22/SiO2/UiO-66(Zr) (1,5% de UiO-66(Zr)), CA22/SiO2/UiO-66(Zr) (2% de UiO-66(Zr)) e CA22/SiO2/UiO-66(Zr) (2,5% de UiO-66(Zr)), todas elas com um teor de 3% de sílica amorfa. As membranas foram submetidas a uma análise SEM-EDS que provou a presença de UiO-66(Zr) nas suas matrizes, com maior prevalência na camada suporte das mesmas. Revelou ainda que a dispersão do MOF originou aglomerados deste material por todo o filme, resultando em aglomerados maiores para membranas com maior teor de UiO-66(Zr). Na caracterização de permeação das membranas, obteve-se uma gama de LP dos 14,38 aos 33,82 Kg/bar/h/m2, sendo a CA22/SiO2 e a CA22/SiO2/UiO-66(Zr) 1,5% as membranas com menor e maior LP, respetivamente. Os limites de exclusão molecular (MWCO) das membranas foram também calculados, onde se observou que este parâmetro aumenta com o aumento da incorporação de UiO-66(Zr) nas mesmas, resultando em MWCOs de 3527, 7491, 9431, 12407 e 14688 Da. Calculou-se também a sua rejeição a sais (NaCl e Na2SO4), sendo esta muito baixa, <13%, para todas as membranas. Obtiveram-se ainda coeficientes de rejeição ao pCS de 25%, 29%, 20%, 24% e 22% para a membranas CA22/SiO2, CA22/SiO2/UiO-66(Zr) 1%, CA22/SiO2/UiO-66(Zr) 1,5%, CA22/SiO2/UiO-66(Zr) 2% e CA22/SiO2/UiO-66(Zr) 2,5%, respetivamente. Estes resultados mostram que a incorporação de MOF nas membranas leva a um aumento da permeabilidade e MWCO das mesmas e a uma rejeição menor ao pCS. Foram ainda construídas isotérmicas de adsorção de Freundlich ao pCS a 37º C para o UiO-66(Zr), bem como de Langmuir para as membranas com MOF na sua viii composição, onde se concluiu que a adsorção, por massa de MOF, diminui com o aumento do teor de UiO-66(Zr) na membrana, devido à maior aglomeração de MOF que se verifica para as membranas com maior teor deste material. Construiu-se ainda uma isotérmica de adsorção de pCS à BSA. Através das curvas de adsorção obtidas, foram retirados os parâmetros de Langmuir e Freundlich para cada um dos casos. Por fim, foi efetuada uma última isotérmica de adsorção ao pCS na presença de UiO-66(Zr) e BSA onde foi possível reduzir a adsorção da toxina à proteína em cerca de 50% com 5 mg/mL de UiO-66.
- Impressão 3D de instrumentos médicos: modelação, design e viabilidadePublication . Calhau, Maria Leonor Trigueiros; Matos, Manuel José de; Mendes, Mário José Gonçalves Cavaco; Azevedo, Tiago Gorjão Clara Charters deAs aplicações médicas da impressão 3D têm crescido muito rapidamente sendo esperada uma adoção generalizada em cuidados de saúde dentro de poucos anos. Em ambientes adversos a impressão 3D tem o potencial de providenciar on-site e on-demand soluções personalizadas a baixo custo. Apesar dos notáveis avanços em impressão 3D na área médica existem ainda muitos desafios tecnológicos e regulatórios para que esta tecnologia fique acessível a todas as populações. Este Trabalho Final de Mestrado teve como finalidade o estudo da fabricação de um kit de 8 instrumentos cirúrgicos por manufatura aditiva/impressão 3D para ser utilizado em ambientes adversos como catástrofes, guerra e exploração espacial. Para a criação dos instrumentos cirúrgicos pretendidos, inicialmente utilizou-se o SolidWorks, software de desenho assistido por computador (Computer assisted design, CAD), de forma a criar um modelo tridimensional dos mesmos para posterior impressão. De seguida, utilizou-se o UltiMaker Cura, software que gera código G a partir de arquivos CAD 3D, no qual se escolheu a segmentação adequada para cada um dos instrumentos cirúrgicos. Por fim, foram impressos os instrumentos através de uma impressora Anycubic Mega S. Efetuaram-se, por simulação, estudos sobre os esforços mecânicos a que os instrumentos estarão sujeitos durante uma cirurgia, dos quais se confirmou que os mesmos resistiriam às forças externas máximas. Foram exploradas técnicas de esterilização, como esterilização doméstica e desinfeção com álcool 70%. Através da esterilização doméstica com água a ferver verificou-se que 4 dos 8 instrumentos poderiam ser utilizados novamente e os restantes ficariam com deformação permanentemente impedindo-os de cumprir a sua função. Por outro lado, a desinfeção com álcool a 70% não deformou qualquer instrumento permitindo a reutilização de todos eles. Foi também estudada a usabilidade e maneabilidade dos instrumentos através de questionários aplicados a profissionais de saúde, cujo feedback foi maioritariamente positivo, afirmando que utilizariam este kit em caso de emergência.
- Produção de estruturas de quitosano e alginato por impressora de extrusão por seringaPublication . Paz, Catarina Martins; Bragança, Ivo Manuel Ferreira de; Sousa, Ana Catarina Cardoso deA investigação e o desenvolvimento da impressão tridimensional (3D) para aplicações na área da engenharia biomédica tem aumentado significativamente na última década. A impressão 3D permite criar estruturas complexas e personalizadas, adaptadas às características individuais de cada paciente, apresentando benefícios nos tratamentos de diversas condições médicas e reduzindo os custos associados. O desenvolvimento de biomateriais naturais, com propriedades biológicas melhoradas devido à sua biocompatibilidade e não toxicidade, é atualmente uma área em expansão e com um grande potencial de aplicação. Os antioxidantes são substâncias que têm demonstrado a sua capacidade de proteger contra os radicais livres e controlar o stress oxidativo das células. A combinação de biopolímeros com compostos que apresentam uma atividade antioxidante comprovada é particularmente interessante para a produção de pensos para feridas. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo a produção de filmes de quitosano e alginato dopados com ácido ascórbico e quercetina, com o objetivo de produzir materiais biocompatíveis, com possíveis propriedades antioxidantes. Os filmes foram produzidos pelo método de casting e estudou-se o perfil de libertação dos compostos incorporados. De modo a avaliar a atividade antioxidante dos filmes produzidos foi utilizado o método do DPPH e os resultados demonstraram que a incorporação de quercetina permitiu obter filmes de quitosano e alginato com atividade antioxidante. Para avaliar a sua utilização em tecnologias de fabrico aditivo, este trabalho envolveu a modelação e criação de um módulo de seringa personalizado para desenvolver uma impressora 3D por extrusão por seringa, de baixo custo, adaptada ao fabrico de estruturas tridimensionais de quitosano e alginato. Foi possível produzir ambas as estruturas, no entanto as estruturas impressas de alginato demonstraram uma qualidade superior comparativamente com as de quitosano.
- Impressão 3D de estruturas híbridas de base polimérica para libertação controlada de compostos anti-inflamatóriosPublication . Baptista, Inês Ferreira; Sousa, Ana Catarina Cardoso de; Bragança, Ivo Manuel Ferreira deA manufatura aditiva é considerada uma das tecnologias emergentes mais importantes dos últimos 10 anos. Entre as diferentes tecnologias de impressão 3D disponíveis, a estereolitografia (SLA) permite imprimir peças altamente detalhadas, num processo camada a camada, resultando numa eficiência avançada e num preço de produção mais baixo. A cura é feita por radiação ultravioleta, o que permite a produção de materiais biocompatíveis que não podem ser expostos a altas temperaturas. Esta área representa uma nova possibilidade para a produção de materiais híbridos, que combinam polímeros com agentes farmacêuticos ativos. Além disso, a utilização de polímeros e a tecnologia de impressão 3D promovem a sustentabilidade e a personalização dos tratamentos médicos, representando uma contribuição importante para a área da saúde. Neste contexto, o presente estudo teve como objetivo a potencial utilização de uma resina fotossensível, e uma mistura de polietilenoglicol e polietilenoglicol diacrilato como candidatos para produzir filmes e peças impressas em 3D, dopadas com diferentes fármacos (paracetamol, ibuprofeno e nimesulida) a fim de apresentarem possíveis propriedades anti-inflamatórias. Os filmes foram produzidos com cura a 405 nm e as peças 3D foram produzidas utilizando a técnica de SLA. Os materiais híbridos foram caracterizados química e mecanicamente, através da análise de FTIR-ATR, absorção de água e ensaios de tração, e os perfis de libertação foram registados em etanol, durante 48 horas, por espetrofotometria de UV-vis. Na generalidade, os materiais híbridos produzidos com polietilenoglicol e polietilenoglicol diacrilato apresentaram maiores taxas de libertação dos fármacos revelando-se mais promissores para possíveis aplicações biomédicas.