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This preclinical study aimed to evaluate the tissue repair process of burns treated with human amniotic membrane (hAM) patches in rats. Twenty-four rats were subjected to superficial burns of partial thickness, and randomly allocated into two groups: Control and Treated Group, subdivided into two experimental periods of 7th and 14th days. The lesions were evaluated by digitalized images (macroscopy) and by the analysis of histological sections stained in H&E to quantify the number of inflammatory cells and fibroblasts present in the different experimental times (histomorphometry). The histomorphometric analyses were performed blindly. Statistical analysis employed Kolmogorov-Smirnov and Mann Whitney tests, with 95% confidence interval at 5% significance level (p

RESUMO Objetivou-se comparar e correlacionar medidas temporoespaciais da marcha indicativas de quedas. Participaram do estudo 35 mulheres saudáveis, sem histórico de quedas no ano da avaliação. A análise computadorizada tridimensional da marcha forneceu cinco medidas temporoespaciais de cada participante, dos membros inferiores direito (D) e esquerdo (E). A análise inferencial abordou dois grupos de mulheres: jovens (20 40 anos) e adultas-idosas (50-70 anos). Houve diferença estatística significativa entre os grupos para comprimento da passada D (p=0,003) e E (p=0,002); passo D (p=0,008) e E (p=0,001); tempo de apoio E (p=0,008); tempo de passo D (p=0,049); tempo de apoio duplo E (p=0,003); largura da base E (p=0,005); resposta à carga E (p=0,001); pré-balanço D (p=0,001) e E (p=0,001) e para algumas medidas em percentil do ciclo de marcha: apoio E (p=0,001); balanço E (p=0,001); apoio simples E (p=0,025); resposta à carga E (p=0,00); pré-balanço E (p=0,001) e pré-balanço D (p=0,014). A regressão linear indicou que a variação da idade modificou em média 18% as medidas de comprimento do passo e da passada e em 20% a velocidade da marcha. Com o avanço da idade, as medidas funcionais diminuíram; e, consequentemente, as medidas de estabilidade, como duração dos períodos de apoio, apoio duplo e pré-balanço, aumentaram. Essas modificações indicam risco de queda na faixa etária de 50 a 70 anos. Algumas medidas de marcha podem apresentar alteração em uma faixa etária ainda considerada de baixo risco. RESUMEN El propósito de este estudio fue comparar y correlacionar las medidas temporoespaciales de la marcha, indicativas de caídas. Del estudio participaron 35 mujeres sanas, sin historial de caídas en el periodo del estudio. El análisis computadorizado tridimensional de la marcha brindó cinco medidas temporoespaciales de cada participante, de los miembros inferiores derecho (D) e izquierdo (I). En el análisis inferencial se evaluaron dos grupos de participantes: jóvenes (20-40 años) y adultas-personas mayores (50-70 años). Hubo diferencia estadísticamente significativa entre grupos en la longitud del paso D (p=0,003) e I (p=0,002); paso D (p=0,008) e I (p=0,001); tiempo de apoyo I (p=0,008); tiempo de paso D (p=0,049); tiempo de doble apoyo I (p=0,003); longitud de la base I (p=0,005); respuesta a la carga I (p=0,001); preoscilación D (p=0,001) e I (p=0,001) y para algunas medidas en percentil de ciclo de marcha: apoyo I (p=0,001); oscilación I (p=0,001); apoyo simples I (p=0,025); respuesta a la carga I (p=0,00); preoscilación I (p=0,001) y preoscilación D (p=0,014). La regresión lineal mostró que la variación de la edad cambió en media un 18% en las medidas de la longitud del paso y del movimiento y un 20% en la velocidad de marcha. Avanzado la edad, las medidas funcionales disminuyen, y, en consecuencia, aumentan las medidas de estabilidad, como duración de los periodos de apoyo, doble apoyo y preoscilación. Esos cambios señalan el riesgo de caída en la franja etaria de 50 a 70 años. Algunas medidas de marcha pueden presentar alteraciones en una franja etaria que todavía la consideran de bajo riesgo. ABSTRACT The aim of this study was to compare and correlate spatiotemporal parameters that would indicate falls risk. Thirty-five healthy women without a history of falls in the previous year were selected. Five spatiotemporal parameters were collected from right (R) and left (L) lower limbs using three-dimensional gait analysis. Two groups: young women (20-40 years) and adult/older women (50-70 years) were analyzed. The comparisons between the groups differed in R (p=0.003) and L (p=0.002) stride length, R (p=0.008) and L (p=0.001) step length, L stance period (p=0.008), R step period (p=0.049), L double support time (p=0.003), step width (p=0.005), L loading response time (p=0.001), R (p=0.001) and L (p=0.001) pre-swing time. Gait cycle percentage data also showed statistical difference in L stance (p=0.001), L swing (p=0.001), L single support (p=0.025), L loading response (p=0.001), R (p=0.014) and L (p=0.001) pre-swing. Linear regression indicated that step and stride length increased 18% and gait velocity increased 20% with age variation. The results propose that functional measures (velocity, step and stride length) decrease as age increases, while stability measures (stance, double support and pre-swing time) increase. These findings suggest that women aged between 50-70 years may have falls risk. Women aged 50-60 are usually considered as having low falls risk.

Os sons cardíacos carregam informações sobre a saúde das estruturas cardíacas e sobre a dinâmica da circulação sanguínea. A auscultação é a atividade dedicada à análise dos sons produzidos espontaneamente pelos órgãos — inclusive os sons cardíacos. Embora seja importante para detecção precoce de doenças e para o aprimoramento do emprego de recursos na área da saúde, tanto humana quanto animal, a prática da auscultação ainda é largamente subjetiva e dependente de fatores como experiência, técnica e habilidade auditiva do profissional, bem como de ruídos ambientais e de fricção. O presente trabalho representa um esforço no sentido de incrementar o ferramental para prática de medicina veterinária ao propor um novo método para estimar automaticamente o grau de sopro cardíaco canino numa escala de 0 a 6 a partir de uma gravação de sons cardíacos com marcação dos principais batimentos cardíacos. Tal método inclui a geração de features a partir dessa gravação (através de algoritmos especialmente adaptados) e o uso de técnicas de aprendizado de máquina para efetuar a estimativa. O método proposto foi desenvolvido a partir de um conjunto de gravações de 56 pacientes, tendo cada um dos quais 9 ciclos cardíacos processados. Das 4032 linhas de dados resultantes do estudo, apenas 0,35% delas não puderam ter o grau de sopro corretamente estimado. Uma análise do perfil de erro permitiu concluir que a estimativa e o grau real do paciente nunca atingem uma diferença de 2 graus ou mais, e que técnicas podem ser pesquisadas para reduzir o erro ou para aumentar a capacidade de generalização do método desenvolvido. Heart sounds carry information about the health of heart structures and about the dynamics of blood circulation. Auscultation is the activity dedicated to the analysis of sounds produced spontaneously by organs — which includes heart sounds. Despite being important to detect diseases early and to improve the use of resources in the health sector, both human and animal, the practice of auscultation is still largely subjective and dependent on factors such as experience, technique and auditory ability of the professional, as well as environmental noise and friction. The present work represents an effort to increase tooling for veterinary medicine practice by proposing a new method to automatically estimate the degree of canine heart murmur on a scale of 0 to 6 from a record of heart sounds marked with the position of the main heartbeats. The method includes the generation of features from this record (through specially adapted algorithms) and the use of machine learning techniques to make the estimation. The proposed method was developed from a set of records of 56 patients, each of which had 9 heart cycles processed. Of the 4032 rows of data resulting from the study, only 0.35% of them could not have the degree of murmur adequately estimated. An analysis of the error profile allows one to conclude that the estimated and the actual degree of murmur of the patient never reach a difference of 2 degrees or more, and that further techniques can be researched to reduce the error even more or to increase the generalization capacity of the developed method.

Trabalho de Projeto do Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica apresentado à Faculdade de Ciências e Tecnologia This dissertation aimed to study and evaluate the estimation of Blood pressure, on a continuous and non-invasive basis, to be deployed during surgeries, relying only on extracted features from non-invasive modalities (Photoplethysmography and Electrocardiography). From the Photoplethysmography, features were extracted by means of its pulsatile and non-pulsatile components, as well as the corresponding second derivative of the pulsatile component. Namely, the Pulsatile component amplitude, Non-pulsatile component amplitude, Ratio of pulsatile and non-pulsatile amplitudes, Dicrotic notch amplitude, Reflection index, Heart beat interval and the Ratio between amplitudes of the second derivative waveform of Photoplethysmography (“b” and “a” waves). Two different implementations of Pulse arrival time were also computed (according to [65] and [17]) and included in this feature pool which in its turn required the consideration of Electrocardiography in this experimentation. The nine extracted features from these two biosignals had their relationship quantified in terms of the correlation performance with four different Blood pressure features: Systolic blood pressure, Diastolic blood pressure, Pulse pressure and Mean arterial pressure. This analysis highlighted the strong correlations of the Ratio of “b” and “a” waves amplitudes and Pulse arrival time (computed from [17]) with Systolic, Diastolic and Mean arterial pressures for all patients. The spearman correlation coefficients varied between 71% and 90% for the former and between 75% and 91% for the latter feature. In contrast, Heart beat interval only showed negligible correlations with the blood pressure features. Spearman correlation coefficients varied between 4% and 58%.Furthermore, the Blood Pressure features in investigation were separately estimated from the combination of the nine features previously mentioned through multiple linear regression modelling, for each patient, and confirmed according to a leave-one-out cross validation. Different models were proposed and experimented in order to evaluate the contribution of four major aspects on the estimated Blood pressure features. The influence of the inclusion of Pulse arrival time (and consequent usage of extra electrocardiogram sensors) and Photoplethysmography’s non-pulsatile component in the arranged models was taken into account. The biosignals were also segmented and had the spearman correlation coefficient calculated, for each segment, between the estimated Blood pressure features and the pooled features from Electrocardiography and Photoplethysmography. The segments associated to (very) strong correlations (spearman correlation coefficients above 70%) were assembled to define the training group in the cross validation. This enabled to test the influence, in the built models, of the inclusion of strongly correlated segments of the biosignals, instead of the entire biosignals. At last, the influence of the implemented calibration procedure both in the beginning of the surgery (through the computation of a recursive least squares method) and during the surgery (including a derivation of Pulse arrival time) was studied. These models were validated within British Hypertension Society and Association for the Advancement of Medical Instrumentation protocols, which are considered to be the standards on the evaluation of blood pressure automated measuring systems. These protocols depend on the distribution of the differences between the real and the estimated Blood pressure values. The measuring system to be accepted within the British Hypertension Society protocol requires that at least 50%, 75% and 90% of the mentioned differences to be within 5, 10 and 15 mmHg, respectively, while the Association for the Advancement of Medical Instrumentation demands the standard deviation and the mean of the differences to be lower than or equal to 8 mmHg and 5 mmHg, respectively. The best performing model according to the implied standard protocols didn’t require neither extra electrocardiogram sensors nor the implemented calibrations. This corroborates the key role of the included range of Photoplethysmography features. Pulse pressure estimation was the only to fulfill the two protocols’ requirements while Diastolic blood pressure and Mean arterial pressure estimations only met British Hypertension Society recommendations. At last, Systolic blood pressure estimation didn’t meet neither British Hypertension Society nor Association for the Advancement of Medical Instrumentation protocols. Overall, the strong relationship between blood pressure and Photoplethysmography was corroborated for this data. Larger heterogeneous population would have to be tested in order to be presented reliable conclusions on the continuous and non-invasive Blood pressure estimation solely from Photoplethysmography. Esta dissertação pretendeu estudar e avaliar a pressão sanguínea estimada, de uma forma continua e não invasiva, a ser implantada durante cirurgias, dependendo apenas de parâmetros extraídos de modalidades não-invasivas (Fotopletismografia e Eletrocardiografia). Da Fotopletismografia, parâmetros foram extraídos através dos seus componentes pulsáteis e não-pulsáteis, assim como a segunda derivada correspondente da componente pulsátil. Nomeadamente, a Amplitude da componente pulsátil, a Amplitude da componente não-pulsátil, o ratio entre as amplitudes pulsáteis e não-pulsáteis, a Amplitude do nó dicrótico, o Índice de reflexão, o Intervalo de batimento cardíaco e o ratio entre as amplitudes da forma de onda da segunda derivada da Fotopletismografia (ondas “a” e “b”). Duas implementações diferentes do Tempo de chegada do pulso foram também calculadas (de acordo com [65] e [17]) e incluídas neste conjunto de parâmetros, o que por sua vez exigiu a consideração da Eletrocardiografia nesta experimentação. A relação entre os nove parâmetros extraídos destes dois biosinais foi quantificada em termos do desempenho da correlação com quatro outros aspetos diferentes da Pressão sanguínea: a Pressão sanguínea sistólica, a Pressão sanguínea diastólica, a Pressão do pulso e a Pressão arterial média. Esta análise destacou a forte correlação entre o ratio das amplitudes das ondas “a” e “b” e o Tempo de chegada do pulso (calculado em [17]), e as Pressões sistólica, diastólica e arterial média, para todos os pacientes. Os coeficientes da correlação spearman variaram entre 71% e 90% para o parâmetro anterior e entre 75% e 91% para o posterior. Por outro lado, o Intervalo do batimento cardíaco mostrou apenas correlações negligenciáveis com os parâmetros da pressão sanguínea. Os coeficientes da correlação de spearman variaram entre 4% e 58%. Além disso, os aspetos sob investigação da Pressão sanguínea foram estimados à parte da combinação dos nove parâmetros previamente mencionados, através da modelação de regressões lineares múltiplas, para cada paciente, e confirmados de acordo com a validação cruzada “leave-one-out”. Diferentes modelos foram propostos e experienciados de modo a avaliar a contribuição de quatro grandes aspetos para os parâmetros da pressão sanguínea estimada. A influência da inclusão do Tempo de chegada do pulso ( e consequente utilização de sensores extra de Eletrocardiograma) e da Componente não-pulsátil da Fotopletismografia nos modelos definidos foi tida em consideração. Os biosinais foram também segmentados e calculou-se, para cada segmento, o coeficiente da correlação de spearman entre os parâmetros da pressão sanguínea estimada e os parâmetros extraídos da Eletrocardiografia e da Fotopletismografia. Os segmentos associados a correlações (muito) fortes (coeficiente da correlação de spearman acima dos 70% ) foram reunidos para definir o grupo de treino da validação cruzada. Isto permitiu testar a influência, nos modelos construídos, da inclusão de segmentos de biosinais fortemente correlacionados ao invés de biosinais na sua totalidade. Por fim, a influência do processo de calibração implementado, tanto no início da cirurgia (através da computação de um método recursivo dos mínimos quadrados), como durante a mesma (incluindo uma derivação do Tempo de chegada de pulso) foi estudada. Estes modelos foram validados à luz dos protocolos da British Hypertension Society e da Association for the Advancement of Medical Instrumentation, que são considerados os sistemas de medição automatizados standard na avaliação da pressão sanguínea. Estes protocolos dependem da distribuição das diferenças entre o valor real e o estimado da pressão sanguínea. O sistema de medição aceite no protocolo da British Hypertension Society requer que pelo menos 50%, 75% e 90% das diferenças mencionadas estejam entre 5, 10 e 15 mmHg, respetivamente, enquanto que a Association for the Advancement of Medical Instrumentation exige que o desvio-padrão e média das diferenças sejam iguais ou inferiores a 8 mmHg e 5 mmHg, respetivamente.O modelo com melhor desempenho e de acordo com os protocolos implicados não exigiu nem sensores de eletrocardiograma extras nem as calibrações implementadas. Isto corrobora o papel fundamental dos parâmetros da Fotopletismografia incluídos. A estimativa da Pressão do pulso foi a única a satisfazer as exigências de ambos os protocolos, enquanto que as estimativas da Pressão sanguínea diastólica e da Pressão arterial média apenas preencheram as exigidas pela British Hypertension Society. Por fim, a estimativa da Pressão sanguínea sistólica não preencheu nenhum dos requisitos dos protocolos. De um modo geral, a forte relação entre Pressão sanguínea e Fotopletismografia foi corroborada pelos dados obtidos. Maiores populações heterógenas teriam de ser testadas de modo a poderem ser apresentadas conclusões de maior fiabilidade. Outro - Sponsored internship by Philips Electronics Nederlands B.V. from the 11th of February to the 18th of June (4 months) in Philips "Research and development" department in the High tech campus in Eindhoven

Ainda que durante a última década os sistemas de contramedida modernos e a medicina preventiva tenham se provado úteis na redução dos efeitos da microgravidade sobre o corpo humano, é provável que os mesmos acabem ultrapassados nas próximas missões espaciais. Com o espaço se tornando gradualmente mais acessível para o público geral e com as missões normalmente levando mais de seis meses, o risco de sofrer de condições clínicas graves aumenta de forma significativa. Neste contexto, a autonomia médica será o alicerce para que se atinjam bons resultados em termos de assistência médica, e o equipamento médico adequado será um fator determinante que influenciará tanto o diagnóstico quanto o tratamento. Sistemas de monitorização hemodinâmica dedicados confiáveis devem, portanto, estar disponíveis em órbita para orientar a gestão de pacientes em situações clínicas críticas. O equipamento disponível em órbita é, entretanto, impróprio para tratamento médico de emergência, fornecendo informações hemodinâmicas incompletas ou apresentando estas de forma intermitente. Além disso, existem vários sistemas de monitorização hemodinâmica aprovados para uso terrestre que têm potencial para gerar benefícios significativos para a medicina espacial e que nunca foram testados em ambiente de microgravidade. Este trabalho intenciona proporcionar uma visão geral dos determinantes fisiológicos da função cardiovascular e sua adaptação à ausência de gravidade, fazer um resumo dos fenômenos fisiopatológicos que definem os estados de choque, revisar as capacidades de monitorização hemodinâmica existentes em órbita e explorar novos ângulos para promover sua melhora

O Cancro da Cabeça e Pescoço (CCP) refere-se a um grupo de doenças biologicamente semelhantes que aparecem no trato aerodigestivo superior. Aproximadamente 95% destes cancros são Carcinomas de Células Escamosas (CCE). Carcinomas Epidermoides da Cabeça e Pescoço (CECP) apresentam fenótipos extremamente malignos, muitas vezes com invasão de tecidos circundantes e metástases à distância, com uma taxa de sobrevivência a cinco anos de 50%. A deteção destes tumores em estádios iniciais e a identificação de características associadas com a previsão da evolução clínica, permanecem questões difíceis na prática clínica. Assim, o objetivo deste estudo foi a caracterização do perfil genómico de CECP usando dados relativos ao número de cópias do The Cancer Genome Atlas (TCGA) contendo informações detalhadas sobre 528 pacientes, a fim de contribuir para o desenvolvimento de soluções clínicas, em última análise, procurando reduzir o número de mortes causadas por esse tipo de cancro. Este estudo identificou um conjunto de alterações genómicas consistentes com as modificações descritas na literatura como estando associadas a CECP. Os cromossomas 3, 5, 8, 9 e 11 foram os que registaram alterações no número de cópias num maior número de pacientes. Em particular, as regiões mais frequentemente amplificadas localizam-se em 8q24.21, 3q22.23, 5p15.33 e 11q13.3 e as regiões mais deletadas localizam-se em 3p21.2, 9p21.3, 8p22.3 e 11q23.2. Usando o algoritmo de clustering, k-means, dois grupos distintos de pacientes foram obtidos por cromossoma, no entanto nenhum mecanismo subjacente para as atribuições de cluster foi descoberto. Foram identificados alguns genes com a possibilidade de serem biomarcadores para o prognóstico. Descobriu-se que a deleção do gene APPL1 foi estatisticamente significante para o risco de morte de pacientes com CECP, com 50% dos pacientes que não apresentaram perda do loci de APPL1 sobrevivendo 1046 dias mais do que aqueles que a apresentavam, conferindo ao gene APPL1 a possibilidade de aplicação em contexto clínico . Juntamente com a deleção do APPL1, a deleção do FER, bem como a ausência de amplificação do BCR parecem ser biomarcadores para o pior prognóstico em pacientes com CECP. Genomic Profiling of Head and Neck Carcinoma for the determination of different predictors of survival rates Palavras-chave: Carcinoma da Cabeça e Pescoço, Carcinoma Epidermóide da Cabeça e Pescoço, Alteração do Número de Cópias, The Cancer Genome Atlas, Clustering, Biomarcador

A investigação animal transcende barreiras entre espécies. Estudos envolvendo animais estão continuamente a ser realizados, tanto como um meio de recolha de informação de forma a atingir uma melhor compreensão da fisiopatologia humana, como no campo dos cuidados animais, onde a investigação é realizada com o objetivo do estudo do próprio animal. Ao ritmo a que dados de animais vão sendo gerados, torna-se necessário encontrar maneiras eficazes para armazenar estes dados, permitindo que estes sejam acedidos e analisados de forma simples. Enquanto que é possível encontrar alguns sistemas de bases de dados bioquímicos e imagiológicos humanos, o mesmo não se aplica ao caso de animais. Apresentamos então uma base de dados integrada, VetIDB, que tem como objetivo a recolha de dados de animais durante consultas de rotina nos centros veterinários – nomeadamente exames de raio-x digital e resultados de análises ao sangue e urina de pacientes caninos e felinos. Esta base de dados possibilita o acesso ao histórico clínico dos pacientes animais através de uma plataforma online, tanto a médicos veterinários, como forma de monitorização da evolução dos seus pacientes, como a investigadores, funcionando como banco de dados de onde é possível escolher participantes que se adequem às necessidades dos seus estudos. Ao utilizarem a VetIDB para a localização de dados de animais de interesse, os investigadores conseguem rapidamente cruzar informação imagiológica e bioquímica, obtendo assim dados fiáveis e reproduzíveis tanto para investigação veterinária como para estudos animais em campos da Medicina Humana. Palavras-Chave: Historial Clínico, Imagem Médica, Dados Bioquímicos, Bases de Dados Relacionais, Investigação Veterinária, PHP, Armazenamento de Dados

A doença de Alzheimer (DA) é a principal causa de demência nos idosos e caracterizase por défices de memória e declínio cognitivo consequentes da perda sináptica e neuronal que afeta inicialmente o hipocampo. Histologicamente, a DA caracteriza-se pela acumulação extracelular de placas compostas pelo peptídeo beta-amilóide (Aβ) e a acumulação intracelular de tranças neurofibrilares compostas pela proteína tau hiperfosforilada. A forma oligomérica do peptídeo Aβ1-42 é considerada como a mais tóxica a nível sináptico, sendo responsável pelas alterações cognitivas verificadas nas fases iniciais da DA. O peptídeo Aβ induz, entre outros, a formação de espécies reativas de oxigénio (ERO) e a desregulação da homeostasia do Ca2+ i, efeitos comumente associados à disfunção neuronal nos estádios iniciais da DA. Além disso, o peróxido de hidrogénio (H2O2) pode modular a atividade da tirosina cinase Src e do fator de transcrição Nrf2 (do inglês “nuclear factor erythroid derived 2-related”) que regula a resposta antioxidante. Assim, neste trabalho avaliámos o efeito de oligómeros de Aβ1-42 na fosforilação/ativação de Src e Nrf2, através da produção de H2O2, e o retro-controlo da Src na regulação do stresse oxidativo utilizando culturas primárias de neurónios maduros de hipocampo. Estudámos também o papel da Src na dinâmica mitocondrial, assim como a sua relação com a localização subcelular de Nrf2, usando a linha celular de hipocampo HT22. Os nossos resultados demonstraram que, em neurónios hipocampo, a exposição a oligómeros de Aβ1-42 induziu um aumento do Ca2+ i através da ativação dos recetores Nmetil- D-aspartato (NMDA), e aumento da produção de H2O2 pela mitocôndria. Além disso, todos estes efeitos foram modulados após inibição da Src, provavelmente devido ao seu efeito na regulação dos receptores NMDA. É importante salientar que a produção de ERO associada ao Aβ levou, por si só, ao aumento da fosforilação da Src. Além disso, a produção de ERO associada ao Aβ induziu a fosforilação do Nrf2 em neurónios do hipocampo. Adicionalmente, tanto em neurónios primários de hipocampo como na linha HT22, observámos a fosforilação da Src e do Nrf2 após tratamento com H2O2; de forma interessante, a fosforilação do Nrf2 na Ser40 ocorreu de forma dependente da Src. Em extratos nucleares das células HT22 expostas a H2O2 não se verificaram alterações nos níveis totais de Nrf2, contudo observou-se uma diminuição dos níveis nucleares de Src e um aumento da sua fosforilação/ativação, sugerindo um possível papel da Src no núcleo, independente do Nrf2. Em extratos mitocondriais de células HT22, a exposição a H2O2 induziu um aumento dos níveis de fosforilação da Src e do Nrf2. Adicionalmente, a ativação da Src associada ao tratamento com H2O2 parece ter um efeito preventivo na fissão mitocondrial. Estes resultados evidenciam, em neurónios primários maduros de hipocampo, a ativação da Src e do Nrf2 por Aβ de forma dependente dos recetores NMDA e dos ERO, fornecendo assim novas perspetivas sobre a caracterização de mecanismos celulares potencialmente envolvidos na DA. Além disso, nas células HT22, o nosso estudo evidencia a fosforilação da Src e do Nrf2 por H2O2 na mitocôndria, assim como a fosforilação da Src no núcleo, sugerindo a ocorrência de mecanismos subcelulares que poderão estar envolvidos na regulação de alterações redox. Palavras-Chave: Doença de Alzheimer, peptídeo beta-amilóide, peróxido de hidrogénio, Src cinase, fator de transcrição Nrf2.

O objetivo deste trabalho foi sintetizar e caracterizar copolímeros catiónicos bem--definidos para aplicações de entrega de material genético através de técnicas de RDRP. Foi também um objetivo deste estudo a avaliação de diferenças na velocidade de reação e controlo sobre a polimerização de MA por SARA ATRP, quando se utiliza THF, 2-MeTHF ou CPME. Dois conjuntos principais de copolímeros em bloco bem-definidos foram sintetizados para os ensaios de entrega de genes: copolímeros de base PAMPTMA, com ênfase nos copolímeros em bloco PEG45-b-PAMPTMAn, via SARA ATRP, e polímeros de base PAMA, com ênfase nos copolímeros em bloco PEG45-b-PAMAn, via ARGET ATRP com adição lenta de AscA como agente redutor. Os diferentes copolímeros foram testados na linha celular COS-7. Todos os copolímeros de base PAMPTMA não mostraram qualquer eficiência de transfeção. Teoriza-se que estes inesperados resultados possam ser devidos a diferentes motivos: (i) à incapacidade do poliplexo entrar na célula; (ii) à descarga sem êxito do poliplexo; (iii) à eventual citoxicidade do polímero. Contudo, as amostras de PEG45-b-PAMAn evidenciaram resultados promissores, tendo elevadas eficiências de transfeção, especialmente na presença de sérum. Mais ainda, com as amostras de base PAMA foi possível estabelecer correlações importantes relativas às vantagens da utilização de PEG na composição do poliplexo. De modo a cumprir o segundo propósito deste trabalho, a atividade do sistema catalítico metálico [CuBr2]0/[Me6TREN]0/Cu(0) foi avaliada para a polimerização de MA a 30 °C, usando solventes que pertencem à mesma família, mas que têm polaridades diferentes, nomeadamente THF, 2-MeTHF ou CPME. Os resultados cinéticos não apresentaram diferenças significativas entre as velocidades de reação, independentemente da mistura de solventes usada, havendo uma grande proximidade entre os pesos moleculares teóricos e experimentais. Contudo, a perda evidente de controlo observada a altas conversões de monómero levantou dúvidas sobre a estabilidade do sistema. Outras investigações foram feitas através de extensões de cadeia, onde a presença de cadeias mortas foi confirmada pela existência de um ombro de macroiniciador em cada traço de SEC das amostras estendidas de PMA-Br. Todavia, a percentagem de cadeias mortas estava dentro do espectável, para um sistema SARA ATRP. Estudos posteriores foram feitos com espectroscopia UV com o objetivo de observar eventuais diferenças na redução de CuBr2 entre as misturas de solventes investigadas para o SARA ATRP do MA. Porém, para todos os sistemas estudados, verificou-se uma inesperada subida do pico de máxima absorvância, assim como um desvio sucessivo deste para comprimentos de onda menores, durante o tempo de reação. De modo a melhor compreender os dados obtidos, estudos posteriores serão necessários.

O Futebol é responsável pela agregação de indivíduos com base no seu interesse mútuo e compreensão empática comum. Os resultados de tais experiências podem ser tal ordem recompensantes que os membros do grupo são fortemente compelidos a fazer uma variedade de esforços. Este mecanismo pode ser justamente comparável aos comportamentos de um consumidor, na medida em que estão dispostos a sacrificar recursos próprios para obter o objeto de desejo. O objetivo do presente trabalho foi avaliar se a relação entre uma marca forte ou fraca e o respetivo consumidor, representados por equipas de futebol e os correspondentes adeptos, podem gerar diferentes padrões de atividade cerebral durante um teste de sacrifício monetário. Os sujeitos foram separados em 3 grupos diferentes com base na preferência clubística e na pontuação de fanatismo, revelada pela Football Supporter Fanaticism Scale (FSFS). Desta forma, no grupo “Control” (n=20) havia tanto adeptos do Futebol Clube do Porto como da Associação Académica de Coimbra que obtiveram os resultados mais baixos na escala de fanatismo (FSFS), o grupo “FCP” (n=18) contendo os adeptos com maior pontuação do Porto e finalmente o grupo “AAC” (n=18) referente aos adeptos da Académica com maior pontuação na escala FSFS. Na tarefa executada, os voluntários foram questionados sobre o quanto estariam dispostos a pagar para assistir ao vivo a jogos de futebol específicos, enquanto submetidos a fMRI. A lista das perguntas incluía não só jogos envolvendo o clube preferido do sujeito em diferentes competições e/ou contra diferentes adversários, mas também jogos neutros. As respostas foram registadas e agrupadas em 3 intervalos de acordo com o seu valor. Os resultados mostraram que situações de maior sacrifício recrutam regiões cerebrais prefrontais, orbitofrontais e parietais. Perante situações de dilemas complicados, os fãs da equipa fraca demonstraram uma resposta neuronal mais emocional tendo em conta o maior envolvimento da insula, enquanto aqueles que pertencem a uma equipa forte tendem a ter resposta diminuída em áreas de controlo cognitivo. A classificação de fanático está associada a decisões impulsivas que não envolveram muita deliberação, o que se pode traduzir na atividade reduzida em áreas relacionados com a monitorização de conflito. Palavras-chave: fMRI, Tomada de Decisão, Neuroeconomia, Amor por Marcas, Futebol.

A diabetes mellitus é uma doença caracterizada pela inexistente ou insuficiente produção de insulina, com consequente hiperglicemia. De modo a ultrapassar esta limitação, os doentes necessitam de administrar insulina para cobrir níveis elevados de glicemia. Assim, a quantidade de insulina administrada depende da concentração de glicose no sangue, que é medida com aparelhos portáteis chamados medidores de glicose no sangue. Estes dispositivos, no entanto, possuem valores diferentes de exactidão resultado de diferenças tecnológicas e químicas e, também, do aparelho de calibração. Primeiro, para perceber o funcionamento dos medidores de glicose, foi feita uma revisão da história, tecnologia regulamentação, requisitos de qualidade e limitações, tais como, erros técnicos e do utilizador. Seguidamente, foi investigado as diferenças no doseamento de insulina baseado em valores adquiridos com dispositivos com tecnologias e desempenhos diferentes. Para isso, doses de insulina foram calculadas e comparadas utilizando valores de glicose no sangue medidos com 10 dispositivos diferentes e dois métodos laboratoriais de referência. Uma outra análise foi feita de modo a perceber quais os medidores com melhor desempenho em vários níveis de glicemia. Este trabalho é fundamentado num estudo laboratorial que analisou a exactidão de 10 medidores de glicose utilizando dois métodos laboratoriais de referência. O estudo referido seguiu os procedimentos referidos na norma internacional ISO 15197.

Dissertação de Mestrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra Imagiologia por Ressonância Magnética Funcional (IRMf) é uma das técnicas mais inovadoras para estudar o cérebro humano. Com a utilização de um sistema de IRMf em tempo real, torna-se possível o desenvolvimento de experiências de ”neurofeedback”, em que o estímulo é adaptado em tempo real à actividade medida do cérebro do participante. Os processos cognitivos dependem da comunicação entre regiões no cérebro, e por isso, é de grande interesse a análise de conectividade antes, durante e depois da experiência de Neurofeedback. Este trabalho analisa e compara alguns dos métodos actualmente usados em dados de IRMf: Correlação, Coerência, Causalidade de Granger e Modelação Causal Dinâmica. Testes executados em dados simulados mostram que a métrica de Coerência consegue devolver resultados válidos mesmo com baixas taxas de amostragem dos sinais, ao contrário das métricas de Correlação e Causalidade de Granger. A análise preliminar de conectividade em dados experimentais apresenta resultados interessantes relativamente ao funcionamento da rede de memória de trabalho. Os estudos efectuados levantam algumas questões relacionadas com a aplicação de métodos de conectividade a dados de IRMf, validação de resultados e optimização de protocolos experimentais, assim como um número de desafios a serem ultrapassados em trabalho futuro. Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) has evolved to become one of the most innovative methods to study the human brain. With a real time fMRI system, it is possible to perform neurofeedback experiments, where stimuli are adapted in real time to the participants’ measured brain activity. Cognitive processes depend on the communication between regions of the brain, and so the analysis of connectivity before, during and after a neurofeedback experiment is of great interest. This work analyses and benchmarks some of the methods currently used on fMRI data: Correlation, Coherence, Granger Causality and Dynamic Causal Modelling. Tests performed on simulated datasets showed that Coherence presents robustness to downsampling, unlike Correlation and Granger Causality. Preliminary analysis of connectivity on an experimental dataset allowed for interesting insights on the working memory network functioning. The work developed has raised a number of questions related to the application of connectivity methods to Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) data, results validation and optimisation of fMRI experimental setups, as well as a number of challenges to be surpassed in future work.

Cardiovascular diseases, which are mostly related to high levels of low density lipoproteins (LDL), are currently one of the major causes of death. Currently, there are various polymer based drugs (hydrogels) capable of lowering the cholesterol levels in the blood, through bile acid complexation. However, all of the commercially available bile acid sequestrants have problems in terms of efficiency. Thus, in order to try to create a more effective drug, hydrogels of 2-hydroxyethyl acrylate (HEA) and ((3- acrylamidopropyl)trimethylammonium chloride) (AMPTMA) were prepared using two different polymerization methods: free radical polymerization (FRP) and supplemental activator and reducing agent atom transfer radical polymerization (SARA ATRP). It was found that the new hydrogels were able to bind the sodium cholate (NaCA) (bile acid model molecule), but showing lower binding capacity than the products of the same category that are already present on the market. The effect of the amount of HEA present on the hydrogels on the binding parameters was also investigated. Generally, the results showed that an increase on the amount of HEA lead to an decrease of the binding capacity of the new BAS. The results also showed that BAS produced using SARA ATRP techniques present a higher binding capacity than the ones produced using FRP techniques. Finally, it was observed that copolymers of PAMPTMA-co-PHEA showed no sign of degradation in solutions that mimic the stomach and intestine environment. Keywords: Hydrogels; Bile acid sequestrants; FRP; SARA ATRP; 2-hydroxyethyl acrylate; ((3- acrylamidopropyl)trimethylammonium chloride) As doenças cardiovasculares, que na sua maioria, estão relacionadas com elevados níveis de lipoproteínas de baixa densidade (colesterol LDL), constituem atualmente uma das principais causas de morte. De momento, já existem vários fármacos baseados em polímeros (hidrogéis) capazes de diminuir os níveis de colesterol no sangue, através da complexação de ácidos biliares. Porém, todos os sequestradores de ácidos biliares(BAS) presentes no mercado apresentam problemas ao nível da eficiência. Assim, de modo a tentar criar um fármaco mais eficaz, recorreu-se à preparação de hidrogéis de acrilato de 2-hidroxietil(HEA) e cloreto de (3-acrilamidopropil)trimetil amónio (AMPTMA), usando dois métodos de polimerização distintos: polimerização radicalar livre (FRP) e polimerização radicalar por transferência de átomo com ativador suplementar e agente de redução (SARA ATRP). Verificou-se que os novos hidrogéis são capazes de se ligar ao sal de sódio do ácido cólico (NaCA) (ácido biliar modelo), mas apresentam uma capacidade de ligação inferior aos produtos da mesma categoria que já se encontram no mercado. Foi ainda investigado o efeito que a quantidade de HEA presente no hidrogel tem nos parâmetros de ligação. De um modo geral, verificou-se que a capacidade de ligação diminui com o aumento da quantidade de HEA nos BAS. Os resultados mostraram ainda que os BAS produzidos usando técnicas de SARA ATRP apresentam uma maior capacidade de ligação que os produzidos por técnicas de FRP. Finalmente, foi observado que o copolímero PAMPTMA-co-PHEA não mostrou sinais de degradação pela solução que simulou o ambiente estomacal e intestinal.

As proteínas são macromoléculas formadas por aminoácidos e possuem diversas funções bioquímicas. Consequentemente, estão presentes nas mais importantes reações metabólicas a nível celular. Assim sendo ao saber quais as principais funções de novas sequencias proteicas é possível controlar diversas vias metabólicas ou ainda reações especificas a certos estímulos, e assim é possível ter acesso a diferentes procedimentos com fins terapêuticos. Logo é essencial a criação de ferramentas computacionais capazes de identificar a funções bioquímicas e a aplicabilidade de proteínas conhecidas. Nesta tese é proposto um método de extração e seleção de atributos a partir da estrutura primária de proteínas de forma a aumentar a eficiência de previsão das suas classes de famílias. A extração de atributos consiste numa meticulosa e diferenciada análise de todas as possíveis subsequências de aminoácidos que podem estar presentes nas proteínas selecionadas. Para cada subsequência é atribuída um conjunto de diferentes valores com significância estatística conforme o seu comprimento, alta ou baixa frequência, e ainda a ordem em que os aminoácidos estão presentes de forma consecutiva ou não na proteína (Scoring). Já a seleção constitui na escolha das subsequências que apresentem os maiores valores em cada um dos parâmetros salientados anteriormente (MaxScoring) de forma a inicializar as partículas no Particle Swarm Optimization. Foram escolhidos dois conjuntos de proteínas, com características diferentes, sendo que em ambos foi possível provar que a nova metodologia consegue melhorar a classificação das classes de famílias de proteínas baseada em SVM quando comparada com outros métodos mais comuns. Os melhores resultados obtidos apresentam um valor médio de AUC acima de 0.80 e, nos dois conjuntos é observada uma melhoria acima de 10 % em relação ao de Amino Acid Composition (AAC) e de 20% quando comparado com Pseudo Amino Acid Composition (Pse-AAC) e Amphiphilic Pseudo Amino Acid Composition (Am-Pse-AAC).

A terapia genética tem tido um crescente interesse devido às suas potencialidades no tratamento de doenças, como o cancro, infeções e até mesmo doenças genéticas. Para que a terapia genética seja bem sucedida, um dos fatores mais importantes é o desenvolvimento de sistemas adequados para a libertação controlada de material genético. Têm vindo a ser desenvolvidos vários métodos de transferência de genes por vetores não virais de modo a superar os problemas de segurança associados aos vetores virais. Os vetores não virais têm diversas vantagens quer na segurança, quer na prevenção da potencial imunogenicidade e toxicidade, permitindo a administração de repetidas doses, e a facilidade no estabelecimento de boas práticas de fabrico.[1] Neste sentido, têm sido amplamente utilizados copolímeros de bloco anfifílicos (ABCs) em aplicações farmacêuticas, como é o caso das tecnologias de libertação controlada em terapia genética. Os ABCs têm sido extensivamente utilizados devido à sua composição química única, a qual é caracterizada por segmentos hidrofílicos e hidrofóbicos que, em solução aquosa são capazes de se auto-agregar em diferentes morfologias.[2] As diversas características presentes nos copolímeros anfifílicos torna-os adequados veículos de entrega de material genético. Devido aos recentes avanços das técnicas de polimerização radicalar por desativação reversível (RDRP) é agora possível sintetizar copolímeros de bloco com estruturas e funcionalidades específicas. Estes permitem o desenvolvimento de sistemas de libertação controlada de fármacos mediada pelo pH, biocompatíveis e de baixa citotoxicidade. A polimerização radical por transferência de átomo (ATRP) é uma das técnicas RDRP mais eficientes, versáteis e robustas. Com o intuito de reduzir a quantidade de cobre necessária para controlar as polimerizações, foram propostas novas alterações no método de ATRP, tais como a polimerização radicalar por transferência de átomo com ativador suplementar e agente redutor (SARA ATRP).[3] Assim, o objetivo deste trabalho foi investigar novos sistemas poliméricos para entrega de material genético, compostos por copolímeros de bloco que respondem a determinados estímulos: poli(oligo(óxido de etileno) metil éter) metacrilato-bloco- poli[metacrilato de 2-(N-dimetilamino)etil] (POEOMA-b-PDMAEMA), poli(oligo(óxido de etileno) metil éter) metacrilato-bloco-poli(2-diisopropilamino metacrilato de etilo) (POEOMA-b-PDPA). Os copolímeros de bloco POEOMA-b- xii PDMAEMA, POEOMA-b-PDPA, POEOMA-b-(PDPA-co-PDMAEMA) e o homopolímero PDPA foram sintetizados com diferentes pesos moleculares, por um método desenvolvido recentemente, designado SARA ATRP, que utiliza reduzidas concentrações de catalisador (cobre). Os polímeros resultantes foram caracterizados pelas técnicas de espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR) e de cromatografia de exclusão molecular (SEC) Diferentes parâmetros como pKa, tamanho e carga superficial das partículas foram avaliados a fim de estudar o potencial destes copolímeros em aplicações biomédicas. Os copolímeros mais promissores foram enviados para o Centro de Investigação de Ciências da Saúde da Universidade da Beira Interior para avaliar as suas capacidades de complexação de genes e citotoxicicdade, obtendo resultados muito promissores. Palavras-chave: RDRP, SARA, ATRP, copolímeros de bloco, copolímeros de bloco sensíveis ao pH, libertação controlada de genes

Os aparelhos e dispositivos de uso diário estão cada vez mais inteligentes e interligados. De facto, a internet das coisas (IoT) é usada cada vez mais para apoiar novos tipos de sistemas ciber-físicos (CPS). A IoT e os CPSs são conceitos que estão intimamente relacionados e que incorporam objetos físicos e funcionais com a inteligência, permitindo assim que eles detetem e controlem estes objetos dentro da sua rede, possibilitando a recolha e troca de informação. Disto, surgem oportunidades para uma integração mais direta entre o mundo físico e os sistemas baseados em computadores, resultando numa maior eficiência, precisão e benefícios sociais. Os CPSs, normalmente, são aplicações não centradas no ser humano. Em vez disso, os CPSs consideram o ser humano como um elemento externo do sistema. Para melhor servir as necessidades do ser humano, os CPS no futuro terão de reforçar a sua ligação com o elemento humano. Estes dispositivos interligados e inteligentes usam vários sensores que podem ser usados para monitorizar e avaliar vários parâmetros humanos, estados emocionais, como emoções, e a sua atividade física, melhorando, assim, a qualidade de vida dos seres humanos. Os seres humanos tornam-se, assim, parte integrante dos CPSs e entramos agora no reino do Human-in-the-loop Cyber- Physical Systems (HiLCPS), ou seja, sistemas físicos cibernéticos que têm em consideração a interação humana. Neste estudo, destacamos os telemóveis, uma vez que a deteção de emoções nos sistemas ciber-físicos foi amadurecendo com estes dispositivos. Na verdade, os telemóveis são cada vez mais usados como assistentes pessoais, ajudado o ser humano a ser mais eficaz nas tarefas do dia-a-dia. Usados em todo o mundo, eles são capazes de processar grandes quantidades de dados fazendo com que o telemóvel seja um dispositivo com as características-chave necessárias para a criação de uma plataforma poderosa, sensível ao contexto de sistemas pessoais. Como tal, os telemóveis podem ser usados para desenvolver sistemas ou aplicações capazes de detetar emoções humanas, podendo ter assim um tremendo impacto social positivo. Estes dispositivos representam um recurso computacional versátil, com uma grande capacidade de deteção e inferência. Estão amplamente presentes em países em desenvolvimento onde a pobreza é mais elevada e, para alem disto, mesmo o telemóvel mais barato tem vários sensores importantes, tais como o microfone e o acelerômetro. O objetivo desta tese foi implementar e estudar sistemas inovadores de HiLCPSs. Esta é uma área muito recente e há várias questões e investigações importantes a serem avaliadas. Tanto quanto sabemos, esta é uma das primeiras tentativas de implementar dois sistemas human-in-the-loop com base na Internet das Coisas, usando algoritmos de machine learning, processamento de sinal, bem como um sistema inovador de beacons. Consequentemente, este trabalho resultou em quatro publicações em conferências internacionais - um deles, onde o Ashley Figueira é o primeiro autor, a submissão ao Foro Cyted, três propostas de projetos internacionais e uma participação na Euorpean Social Innovation Competition 2016, atualmente um dos 30 semifinalistas em 1095 participantes. As aplicações desenvolvidas durante este projeto foram o WeDoCare e o HappySpeak. Ambas as implementações, centradas no conceito de Human-in-the-Loop, tentam ajudar a resolver problemas em cenários do mundo real e ajudar os seres humanos a melhorar o seu estado de espírito e bem-estar. Estas duas aplicações são baseadas numa arquitetura desenvolvida pelo Eng. David Nunes. Este sistema foi utilizado para desenvolver outras aplicações, nomeadamente, o HappyHour e o HappyWalk. Escolhemos dar o nome de The Happy System a este sistema. Este sistema tenta produzir uma mudança no comportamento do utilizador, a fim de melhorar o seu estado emocional. Isto é feito através da recolha de dados de vários sensores, processamento e inferência de emoções através de algoritmos de machine-learning, em seguida, dependendo da emoção inferida, o sistema dá sugestões ao seu utilizador. O HappySpeak e o WeDoCare são ambos dois casos de teste do The Happy System. O HappySPEAK é uma aplicação que visa detetar se o utilizador se sente isolado e dar sugestões que podem ajudá-lo a superar esse problema. Embora a aplicação possa ser usada por qualquer utilizador, os imigrantes são os candidatos perfeitos. Isto porque, em geral, os imigrantes viajam sozinhos para um país que não conhecem e geralmente sem ninguém - tornando-os mais suscetíveis ao isolamento social. O WeDoCare, por outro lado, visa detetar, de uma forma automática, ataques violentos contra os seus utilizadores através de um detetor de gritos, utilizando os sensores do telemóvel, mais em concreto o microfone. A aplicação tira proveito desse mecanismo para ajudar as pessoas, alertando os cidadãos que estão nas redondezas de que alguém está em perigo, dando aos usuários a oportunidade de colaborar e ajudar. Ambas as soluções estão integradas nos conceitos de computação afetiva e internet das coisas.

Dissertação de Mestrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra. O cancro ´e uma doen¸ca que afeta milh˜oes por todo o mundo e uma identifica¸c˜ao correta de gˆanglios linf´aticos pr´oximos do tumor prim´ario, que contenham regi˜oes metast´aticas ´e de extrema importˆancia para um correto gerenciamento dos pacientes. A avalia¸c˜ao histopatol´ogica ´e o ´unico m´etodo aceite para fazer essa identifica¸c˜ao. Novas t´ecnicas emergentes como os ultrassons quantitativos podem ajudar nessa identifica¸c˜ao, detetando regi˜oes metast´aticas no gˆanglio linf´atico antes mesmo de o cortar. Propomos e avaliamos dois m´etodos para analisar e identificar automaticamente regi˜oes suspeitas que contenham met´astases em lˆaminas histopatol´ogicas digitalizadas em alta resolu¸c˜ao, guiando o patologista em dire¸c˜ao `as regi˜oes suspeitas e classificando os gˆanglios como metast´aticos ou n˜ao-metast´aticos. O primeiro m´etodo, ´e um m´etodo convencional de an´alise de texturas e o segundo ´e baseado na aprendizagem profunda. Utilizando o m´etodo mais convencional particip´amos numa competi¸c˜ao europeia chamada CAMELYON16. Esta competi¸c˜ao tinha duas avalia¸c˜oes. Os m´etodos de textura utilizados foram as matrizes de coocorrˆencia de n´ıveis de cinzento e medidas de energia de texturas de Laws. Os parˆametros de textura ser˜ao utilizados para tentar encontrar rela¸c˜oes entre os ultrassons quantitativos e a histopatologia. Para a aprendizagem profunda utilizamos uma rede bem documentada chamada VGG16. Imagens digitalizadas de lˆaminas histol´ogicas de 44 gˆanglios foram utilizadas. Para avaliar os m´etodos foram desenhadas curvas ROC e F-Scores s˜ao calculados. Como resultados, obtivemos uma ´area sob a curva de 0.986 e um F-Score de 91.67 para o m´etodo mais convencional. Para a aprendizagem profunda obtivemos uma ´area sob a curva e um F-score igual a 1.0. Na competi¸c˜ao fic´amos em ´ultimo numa avalia¸c˜ao e em pen´ultimo na outra. Para finalizar, n˜ao foi poss´ıvel encontrar nenhuma correla¸c˜ao entre os ultrassons e a histologia. Cancer is a disease that affects millions worldwide and accurate determination of whether lymph nodes (LNs) near the primary tumor contain metastatic foci is of critical importance for proper patient management. Histopathological evaluation is the only accepted method to make that determination. New emerging techniques like quantitative ultrasound (QUS) may help in the determination by detect metastatic regions in the LN before cutting it. We propose and evaluate two methods to automatically analyze and identify suspicious regions for metastatic foci in highresolution digitized histopathological slides (whole-slide images (WSI)) to helping the guidance of the pathologist towards cancer-suspicious regions and to classify LNs as metastatic or non-metastatic. The first method is a conventional texture-based method and the second one is based in deep convolutional neural networks (DCNNs). We have participated in the CAMELYON16 challenge with the conventional method. The texture methods used are based on gray-level co-occurrence matrices (GLCM) and Laws’ energy texture measures, which parameters will be used for find correlations with the QUS. As DCNN we used a known network called VGG16. Whole slide images (WSIs) of 44 lymph nodes (LNs) were used. For evaluate both methods Receiver Operating Characteristic (ROC) curves were drawn. For the most conventional method we obtained an Area Under the Curve (AUC) of 0.986 and a F-Score of 91.67. For the CNN based method we obtained an AUC and a F-Score of 1.0. The challenge had 2 evaluations, and we came last in one and second-to-last in the second. We could not find any correlation between the ultrasounds and the histology.

CAPES This master thesis presents the further development of a galvanic vestibular stimulator for use in fMRI examinations developed in a previous thesis (MANCZAK, 2012). This thesis amends the GVS by circuits to measure feedback values and implements the stimulation circuit with digital components, such as a microcontroller and flyback integrated circuits. The microcontroller is used in order to control the current source and process the measured values. The communication between the PC, which allows user interaction through a graphical user interface, and the microcontroller is implemented through optical communication, which is defined by a communication protocol specification. The digital circuitry is designed to be placed within the MRI room, meeting the requirements imposed by strong magnetic fields and radio frequency pulses. The underlying hypothesis of the thesis is that the device can be placed within the MRI room without having a negative impact on the MRI image quality. Laboratory tests without the MRI confirmed the correct design of the galvanic vestibular stimulator.

Dissertação de Mestrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra. Actividades como dormir, descansar, meditar ou realizar uma tarefa exigem diferentes tipos e níveis de processamento de informação no cérebro. Em consequência, este órgão complexo parece adoptar diferentes modos de processamento que o dotam de características globais distintas. Numerosos estudos de imagiologia funcional têm vindo a caracterizar esses estados, incluindo as redes neuronais que lhes estão associadas, padrões de conectividade funcional e propriedades da teoria de grafos. Porém, os mecanismos que causam cada um destes estados, alterando a dinâmica espontânea do cérebro, permanecem uma questão fundamental em aberto na neurociência. Nesta tese, investigamos como alterações nas forças de ligação poderão contribuir para causar a mudança na dinâmica global do cérebro observável durante a realização de tarefas. Para tal, foi usado um modelo da actividade do cérebro em grande escala durante o repouso, em que é possível manipular a força das ligações entre regiões cerebrais. Tentámos compelir a actividade simulada a comportar-se como a encontrada na realização de tarefas, através da alteração de dois conjuntos diferentes de ligações, numa certa gama de valores de acoplamento. Essas ligações foram escolhidas com base em resultados empíricos que mostram alterações durante a execução de tarefas. vi Notavelmente, para valores específicos de acoplamento, as simulações de ambas as alterações nas forças de ligação foram capazes de reproduzir propriedades globais importantes, como uma diminuição na variabilidade da conectividade funcional, um aumento global da força dos nodos e alterações significativas na integração e na segregação funcional. Os nossos resultados não só sugerem dois mecanismos que poderão explicar as alterações na dinâmica global do cérebro observada no estado de tarefa, mas também realçam a capacidade da modelação computacional para sugerir hipóteses relevantes em relação ao funcionamento do cérebro em grande escala.

O envelhecimento da população e o estilo de vida sedentário da sociedade atual resulta numa maior procura de serviços hospitalares, serviços esses incapazes de balancear eficazmente a procura com a oferta [1]. Este problema levou a desenvolver sistemas automáticos capazes de recolher informações vitais no dia-a-dia dos pacientes, e através destas avaliar possíveis patologias, sem que os pacientes se deslocassem aos serviços hospitalares, levando assim a um alívio na procura e custo de consultas médicas. Estes sistemas automáticos são denominados de sistemas de tele-monitorização, onde algoritmos computacionais são integrados em sistemas compostos por biossensores. Estes algoritmos são metodologias matemáticas que dão ao sistema a inteligência necessária para conseguir detetar patologias e informações fisiológicas sobre um determinado sujeito. Porém, devido à natureza ambulatória destes sistemas, a aquisição de bio sinais está sujeita a inúmeras fontes de ruído, levando à contaminação dos sinais. A distorção dos sinais devido ao ruído pode levar os algoritmos de deteção de patologias a detetar características patológicas quando elas não estão presentes, ou vice-versa. Por isso é imprescindível que se faça a deteção dos períodos que estão contaminados, de forma a não resultar em falsas deteções patológicas. Esta tese foca-se no âmbito da deteção de ruído em bio sinais, nomeadamente, em Fonocardiograma (PCG) e Eletrocardiograma (ECG). A metodologia de deteção de ruído em PCG caracteriza-se por ser em tempo real e multicanal. Pode ser dividida em 2 fases: uma primeira onde se procura uma referência limpa de som cardíaco (HS); e uma segunda onde se compara essa referência com as restantes janelas de teste e se avalia a presença de ruído com base na semelhança espectral e a razão da soma dos componentes de altas frequências entre a referência e as janelas de teste. A metodologia atingiu uma sensibilidade e especificidade de 91.24% e 90.88%, respetivamente, em sinais saudáveis. Em sinais patológicos atingiu uma especificidade de 91.68%. O seu custo computacional é de 0.17s por minuto de sinal PCG a 4000Hz. A nossa abordagem foi também comparada com as metodologias que apresentam a maior precisão na literatura, nomeadamente o algoritmo Modulation Filtering [2] e o algoritmo Periodicity Based [3]. Para além de melhores resultados, a nossa metodologia também apresentou uma maior eficiência computacional. A metodologia de deteção de ruído em ECG utiliza o erro de aproximação por Principal Component Analysis (PCA) de cada batimento cardíaco e a presença de componentes de altas frequências para avaliar a presença de ruído em períodos de 4s em sinais com duração de pelo menos 5 minutos. No dataset de teste atingiu 94.08% e 89.88% de sensibilidade e especificidade, respetivamente. O seu custo computacional é de 0.14s por 5 minutos de ECG a 250 Hz. A maior precisão documentada na literatura é de 96.63% e 94.74% de sensibilidade e especificidade, respetivamente, recorrendo a um algoritmo baseado na Empirical Mode Decomposition (EMD) [4]. Porém, os autores apenas consideram contaminação por ruído nos casos onde os picos R não são reconhecíveis, sugerindo que a precisão documentada é apenas válida para altos níveis de ruído. Para além disso, o nosso algoritmo leva menos tempo a processar 5 minutos de ECG do que o algoritmo baseado em EMD leva a processar 5 segundos. Dados os resultados, consideramos que as metodologias desenvolvidas cumprem os objetivos, com altos valores de precisão e baixos custos computacionais. Seria interessante ver como os algoritmos se comportam em situação real e em ambiente sem controlo para poder avaliar o seu verdadeiro uso em sistemas de tele-monitorização.

Atualmente, o turismo e novos projetos espaciais criam a oportunidade de mais seres humanos serem colocados em órbita, mas uma das principais preocupações é a ocorrência de possíveis complicações cardíacas em ambiente extraterrestre. Sendo assim, o objetivo deste estudo foi investigar o esforço físico percebido (EB), a frequência cardíaca (FC), a profundidade das compressões torácicas e a ativação de grupos musculares primários à manobra de ressuscitação cardiopulmonar (RCP) Evetts-Russomano em 20 indivíduos saudáveis, com 25,5±6,5 anos através de um sistema de suspensão corporal. Como resultado, foi visto um declínio da profundidade das compressões torácicas do ambiente de gravidade terrestre (1Gz) para a hipogravidade simulada de 0,38Gz (HipoG) e de HipoG para o ambiente simulado de microgravidade (MicroG); um aumento do EB e da FC à medida que a gravidade diminuía; e uma ativação muscular sem diferença estatística entre HipoG e MicroG

Dissertação de Mestrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra During the sleep the brain generates different types of waves depending on the brain stage. To characterise these brain states, the two structures exist: the macrostructure and microstructure. The macrostructure is composed by five sleep stages (designated by N3, N2, N1, REM, W) whose classification is based on the present wave types. The microstructure is characterised by transitional states and the Cyclic Alternating Pattern (CAP) is an example of it. CAP is a periodic cerebral activity prevalent during NREM sleep-stage and composed by A-phases (A1, A2 or A3) and B-phases. The visual scoring of macro- and microstructure are important elements for the diagnosis and prognosis of some diseases. Although this task of both is a time consuming process, which demands automatic scoring. This thesis proposes different classifications methods (discriminate classifiers, kNN and SVM) to detect automatically the sleep stages and A-phases. The classifiers are validated with a dataset that comprise 30 patients. For sleep stages the better model is SVM which obtained an accuracy off 72%, the sensitivities for the each sleep stage are 62%, 54%, 73%, 83% and 69% for W, N1, N2, N3 and REM stages. Regarding the CAP staging the best classifier method is also SVM with an accuracy of 71%, the sensitivities are 76%, 58%, 44% and 24% for B, A1, A2 and A3, respectively. The prediction of A-phases with the SVM yield the best results to date. Durante o sono o c´erebro gera diferentes tipos de ondas, dependo do estado em que se encontra. Para caracterizar estes estados cerebrais existem duas estruturas: a macroestrutura e microestrutura. A macroestrutura ´e composta por cinco diferentes estados de sono (designados por N3, N2, N1, REM, W), cuja classifica¸c˜ao ´e baseada de acordo com o tipo de onda gerado. A microestrutura ´e caracterizada por estados transicionais, sendo um exemplo o Padr˜ao C´ıclico Alternante (CAP). O CAP ´e uma actividade cerebral peri´odica prevalente durando o estado de sono NREM e composto por fases A (A1, A2 e A3) e fases B. O estadiamento visual da macro e microestrutura s˜ao importante para o diagn´ostico e progn´ostico de algumas doen¸cas. Contudo, esta tarefa ´e um processo bastante demorado para ambas as estruturas, o que gera uma necessidade de um estadiamento autom´atico. Esta tese prop˜oes diferentes m´etodos de classifica¸c˜ao (classificadores discriminantes, k-NN e SVM) para detectar automaticamente os diferentes estados de sono e as fases A. Estes classificadores s˜ao validados com uma amostra composta por 30 pacientes. Para os estados de sono o melhor modelo ´e o SVM que obt´em uma taxa de sucesso de 72% e de sensibilidades para cada estado de sono W, N1, N2, N3 e REM de 62%, 54%, 73%, 83% e 69%, respectivamente. Quanto ao estadiamento do CAP o melhor m´etodo de classifica¸c˜ao ´e tamb´em o SVM com uma taxa de sucesso de 71% e sensibilidades de 76%, 58%, 44% e 24% para as fases B, A1, A2 e A3. As sensibilidades obtidas por este ´ultimo m´etodo s˜ao muito acima das encontradas na literatura at´e `a data.

A capacidade de mover os membros inferiores é crucial para a maioria das atividades diárias pelo que há uma necessidade permanente de desenvolver novos métodos para melhorar a mobilidade das pessoas. Esta dissertação retrata uma ferramenta de reabilitação da mobilidade das pernas. Os produtos para reabilitação de pernas mais comuns são pedaleiras e bicicletas estáticas. Na sua maior parte, eles são muito rudimentares, porque o treino não pode ser controlado através de software. O dispositivo de reabilitação a que esta dissertação se refere baseia-se numa bicicleta estática assistida por um motor, que é desencadeada gradualmente de acordo com a pressão exercida sobre sensores de força nos pedais. Se o paciente tiver uma perna com problemas de mobilidade, permite a compensação desta para que se possa realizar o movimento de ciclismo esperado. Este dispositivo tem um sensor para monitorizar a frequência cardíaca do paciente. É utilizado para assegurar a eficiência do tratamento e a segurança do paciente. Cada perna pode ser a exercitada independentemente usando diferentes parâmetros. Isto é particularmente útil para pacientes com AVC. Também pode compensar um membro perdido ou danificado, imitando o desempenho da perna saudável. O fisioterapeuta pode gerir os parâmetros do treino (velocidade, força em cada pedal, frequência cardíaca) numa interface de computador e monitorizar a sessão. Foram desenvolvidas duas interfaces para manter os pacientes motivados para ficarem perto dos valores de referência. A primeira interface é composta por gráficos de barras que representam os valores de força, velocidade e frequência cardíaca a cada instante, e as linhas verdes e vermelhas representam os valores de referência e máximos, respetivamente. A segunda interface é um jogo virtual, com uma bicicleta na tela que representa o desempenho do utilizador como seria na vida real. Quanto mais longe dos valores de referência estiver o desempenho do paciente, mais rápido ele vai perder pontos. O valor da meta é representado pela bicicleta ereta e a estrada sem inclinação. [x] Foram realizados dois conjuntos de testes para testar os controlos da bicicleta e discernir padrões. Na primeira fase, para velocidades mais baixas (600 rpm e 1300 rpm) os ciclos foram mais definidos do que para velocidade mais elevada (2000 rpm). Para baixos valores de resistência consegue-se distinguir um padrão que pode ser explorado no futuro para melhorar os modos de controlo. Este padrão diminui com o aumento de resistência. Na segunda fase, o padrão de ciclismo obtido com a interface do paciente e com o jogo virtual, para a mesma velocidade ou mesma resistência, não diferem muito, pelo que a utilização de uma interface ou da outra não afeta a eficácia da reabilitação.

Dissertação de Mestrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra. Cardiovascular diseases are the number one cause of death worldwide. Given the fact that 54% of these deaths are related with high blood pressure, its monitoring is the first step to reduce morbidity. As life quality increases, life expectancy also increases leading to population aging. The expensive treatment costs and limited health infrastructure to meet the needs of this aged population led medical devices sector to develop the so called Ambient Assisted Living (AAL) solutions. These solutions have integrated electronics that allow constant monitoring of vital parameters with the purpose of diagnosing diseases earlier and prevent emergency situations in order to improve life quality in the preferred living environment. This thesis follows the development of a portable blood pressure device with wireless communication of its readings which is included in this AAL area. A linear approximation algorithm was used to treat the data acquired using the oscillometric method. The work includes the design of schematics, a Printed Circuit Board (PCB) which integrates all the selected components for this device and a mobile and desktop interface where the readings are shown. The system was programmed using an Atmel R debugger, AVR Dragon, and Atmel R microcontroller, ATxmega 128A3, for whom all the firmware was developed in C language while the Bluetooth chip used was the RN4020 from Microchip. Some decisions such as the wireless protocol used or the battery charger adapter were made taking into account a future commercial approach. Also, several factors were studied during the hardware and firmware development so it could be optimized for reduced dimensions and power consumption. Benchtests were performed using an interface developed in Matlab R while the blood pressure readings were sent to a mobile interface developed in Android. As doen¸cas cardiovasculares s˜ao a maior causa de morte a n´ıvel mundial. Estando a hipertens˜ao relacionada com 54% destas mortes, a monitoriza¸c˜ao da press˜ao arterial ´e o primeiro passo para reduzir o impacto destas doen¸cas. O aumento da qualidade de vida, da esperan¸ca m´edia de vida e a baixa natalidade leva a um envelhecimento da popula¸c˜ao. Este facto associado aos custos elevados de tratamento e `a falta de infrastruturas para ir ao encontro das necessidades desta popula¸c˜ao envelhecida levaram o sector dos dispositivos m´edicos a desenvolver solu¸c˜oes com electr´onica integrada que permitem a monitoriza¸c˜ao constante de parˆametros vitais. Estas solu¸c˜oes possibilitam o diagn´ostico precoce de doen¸cas e previne situa¸c˜oes de emergˆencia, melhorando a qualidade de vida. Esta disserta¸c˜ao inclui-se na ´area da Ambient Assisted Living (AAL) e detalha o desenvolvimento de um dispositivo de press˜ao arterial port´atil com comunica¸c˜ao wireless das suas leituras. O algoritmo de aproxima¸c˜ao linear foi implementado para tratar os dados adquiridos atrav´es do m´etodo oscilom´etrico. O trabalho inclui o desenho de esquem´aticos, de Printed Circuit Boards (PCB) que integram todos os componentes seleccionados para este dispositivo e o desenvolvimento de uma interface mobile e uma interface desktop com o utilizador. O sistema foi programado usando um debugger da Atmel R , o AVR Dragon, e um microcontrolador tamb´em da Atmel R , o ATxmega 128A3, para o qual todo o firmware foi desenvolvido em C, enquanto que o m´odulo de bluetooth usado foi o RN4020 da Microchip. Algumas decis˜oes como o protocolo wireless a ser usado ou a forma de carregar o dispositivo foram tomadas tendo em conta um futuro uso comercial desta solu¸c˜ao. O hardware e firmware foi tamb´em optimizado para reduzir as dimens˜oes e o consumo de energia do dispositivo. Os testes do sistema foram feitos usando uma aplica¸c˜ao desenvolvida para desktop em Matlab R , sendo a interface Android usada para mostrar os valores de press˜ao arterial lidos.