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Hepatic Encephalopathy is a major neuropsychiatric syndrome that arises from acute and chronic liver disease-induced cerebral disorders. Chronic hepatic encephalopathy is associated with cirrhosis and stems from progressive liver brosis, thereby inducing portal hypertension and deterioration in liver function. Hepatic encephalopathy is characterized by increased levels of ammonia, named hyperammonemia. Given that hepatic encephalopathy induces disturbances in cerebral osmoregulation, neurotransmission, antioxidant and energy metabolism, 1H magnetic resonance spectroscopy was performed longitudinally on a rat model of Type C chronic hepatic encephalopathy to assess cerebral osmolyte, energy, neurotransmitter and antioxidant metabolite concentrations. This technique was combined with 31P Magnetic resonance spectroscopy with the purpose of measuring additional energy metabolite concentrations. The studies were carried out at 9.4 Tesla. Rats undergone bile-duct ligation and studies were performed at several stages of disease progression: 0, 4, 6 and 8 weeks after surgery. Results regarding brain osmolyte concentration showed a signi cant increase in Gln, a decrease in tChol and Ins as well as trends of decrease in Tau and Cr. These results suggest an osmoregulatory response to the increase of Gln. In what concerns to neurotransmission, a decrease was observed in Asp and Glu suggesting that neurotransmission is a ected by hyperammonemia which may be an evidence of alterations in the out ow of Gln from astrocytes and interfere with Glu synthesis. The reduction of antioxidants Asc and GSH may indicate oxidative stress due to ammonia exposure. Small trends of decrease observed in -ATP and other energy metabolites which may be a sign of energy disturbances but not signi cant to cause brain oedema. Overall, an increase in concentration levels of Gln it is pointed as the main cause of the minimal brain oedema supported by Glutamine Hypothesis. The results of this study are encouraging and relevant for future studies.

A imagem por tensor difusão (DTI) é uma extensão da imagem por ressonância magnética que permite a caraterização microestrutural dos tecidos, sendo um destes, os músculos esqueléticos. No entanto, dadas as grandes dimensões dos mesmos, a aquisição de volumes DTI deste tipo de tecidos é comumente realizada em mais que uma sessão. A não linearidade dos gradientes de codificação espacial e a presença de magnetizações parasitas levam a que ocorram distorções que impossibilitam, quando unidos, a continuação de volumes na sua transição. No mercado já existem sotwares que permitem estas correções, no entanto, o seu objetivo tem como fim estudos populacionais aplicados na neurologia, não estando preparados para o alinhamento e união de volumes contíguos. Ao recorrer a algoritmos aplicados nestes softwares, com a devida preparação, é possível garantir a continuidade de volumes. Um desses algoritmos, demons, foi aplicado em pontos de sobreposição de imagens de volumes contíguos. A transformada resultante deste algoritmo foi aplicado ao volume considerado a transformar e unido ao volume de referência. Mostra-se ser possível a aplicação destes algoritmos para a continuação de volumes, sendo observada a preservação da coerência anatómica das fibras quando comparadas aos grupos de controlo. Numa versão futura, recomenda-se a utilização de algoritmos mais robustos, que tomam partido da informação direcional que a imagem por tensor de difusão fornece.

Unlike injury to the peripheral nervous system (PNS), where injured neurons can trigger a regenerative program that leads to axonal elongation and in some cases proper reinnervation, after injury to the central nervous system (CNS) neurons fail to produce the same response. The regenerative program includes the activation of several injury signals that will lead to the expression of genes associated with axonal regeneration. As a consequence, the spawned somatic response will ensure the supply of molecular components required for axonal elongation. The capacity of some neurons to trigger a regenerative response has led to investigate the mechanisms underlying neuronal regeneration. Thus, non-regenerative models (like injury to the CNS) and regenerative models (such as injury to the PNS) were used to understand the differences underlying those two responses to injury. To do so, the regenerative properties of dorsal root ganglion (DRG) neurons were addressed. This particular type of neurons possesses two branches, a central axon, that has a limited capacity to regenerate; and a peripheral axon, where regeneration can occur over long distances. In the first paradigm used to understand the neuronal regeneration mechanisms, we evaluated the activation of injury signals in a non-regenerative model. Injury signals include the positive injury signals, which are described as being enhancers of axonal regeneration by activating several transcription factors. The currently known positive injury signals are ERK, JNK and STAT3. To evaluate whether the lack of regeneration following injury to the central branch of DRG neurons was due to inactivation of these signals, activation of the transcription factors pELK-1, p-c-jun (downstream targets of ERK and JNK, respectively) and pSTAT3 were examined. Results have shown no impairment in the activation of these signals. As a consequence, we further proceed with evaluation of other candidates that could participate in axonal regeneration failure. By comparing the protein profiles that were triggered following either injury to the central branch of DRG neurons or injury to their peripheral branch, we were able to identify high levels of GSK3-β, ROCKII and HSP-40 after injury to the central branch of DRG neurons. While in vitro knockdown of HSP-40 in DRG neurons showed to be toxic for the cells, evaluation of pCRMP2 (a GSK3-β downstream target) and pMLC (a ROCKII downstream target), which are known to impair axonal regeneration, revealed high levels of both proteins following injury to the central branch when comparing with injury to their peripheral one. Altogether, these results suggest that activation of positive injury signals is not sufficient to elicit axonal regeneration; HSP-40 is likely to participate in the cell survival program; whereas GSK3-β and ROCKII activity may condition the regenerative capacity following injury to the nervous system.(...)

The plasma membrane is the outer limit of the animal cell. As such, it is both a border separating inside from outside and a signaling platform for interactions with the surroundings. Among these interactions are extracellular matrix contacts and adhesion sites. The membrane and its contact sites together with the underlying cytoskeleton undergo constant remodeling, which leads to changes of the cell shape. In addition to spatial information micro-topographical maps provide, information about the z-dimension and describe the position of the plasma membrane with respect to the distance to a given substrate. Here we address how to measure height differences in the plasma membrane and how to create topographical maps of the plasma membrane with nanometer resolution. We address the currently used methodologies along with their advantages and drawbacks. Moreover, we delineate a label-free method to obtain topographic maps of the plasma membrane that are corrected for differences in the refractive index of the membrane utilizing an interferometric approach with multiple wavelengths and a normalization procedure to account for changes in the refractive index in the membrane. Copyright © 2014 SCITEPRESS - Science and Technology Publications. All rights reserved. ispartof: pages:31-40 ispartof: Proceedings of the International Conference on Bioimaging pages:31-40 ispartof: BIOIMAGING location:Angers date:3 Mar - 6 Mar 2014 status: published

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica O crescimento constante do uso de tecnologia na saúde tem provocado a melhoria e eficiência dos processos de assistência à saúde, porém acresce à complexidade funcional dos sistemas de saúde. A Organização Mundial da Saúde (OMS) tem alertado quanto à necessidade de avaliar adequadamente a escolha e utilização de tecnologia em saúde. Conhecida como Avaliação de Tecnologia em Saúde – ATS (Health Technology Assessment– HTA), essa ferramenta tem sido utilizada para apoiar gestores de saúde na tomada de decisão promovendo a qualidade do processo tecnológico. Diante deste contexto, a Engenharia Clínica necessita aprimorar os seus estudos e metodologias para a gestão de tecnologias em saúde. Baseada na avaliação de evidências e informações desenvolvida para o suporte na tomada de decisão, este trabalho tem por objetivo desenvolver um processo metodológico para a avaliação de equipamentos médico-assistenciais (EMAS) durante a sua fase de utilização do ciclo de vida da tecnologia através da ferramenta de mini-ATS. A metodologia desenvolvida assenta na avaliação de quatro domínios: tecnologia, recursos humanos, infraestrutura e economia. Após todo o processo cada domínio é classificado como adequado, inadequado ou incerto.De acordo com esta classificação é realizada a recomendação final quanto à utilização do EMA em estudo. Essa ferramenta de avaliação EMA desenvolvida foi aplicada em dois casos de estudo para o equipamento de angiografia alocado em dois hospitais distintos. No primeiro caso a utilização do EMA foi considerada inadequada, devido às inconformidades respeitantes à infraestrutura, sendo que esta inadequação influenciou os demais domínios. No segundo caso a utilização foi considerada adequada de acordo com a avaliação de cada domínio. De modo geral, a metodologia desenvolvida permite à engenharia clínica tornar mais objectiva a tomada de decisão no processo tecnológico na fase de utilização dos equipamentos médico-assistenciais.

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Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica Introdução & Objectivos: A elastografia é uma área da ultra-sonografia que muito tem beneficiado com os avanços tecnológicos da última década, sendo isto traduzido por uma grande inovação nesta área. A técnica ARFI surge neste panorama como uma nova técnica ultra-sonográfica de quantificação efectiva de rigidez de tecidos em comparação com as técnicas existentes que apenas permitiam a quantificação relativa. A realização deste projecto tem como objectivo avaliar a técnica ARFI na quantificação da rigidez hepática, em particular na caracterização da rigidez hepática em crianças saudáveis. Materiais & Métodos: Foi examinada a rigidez hepática de 150 crianças (81 do sexo feminino, 69 do sexo masculino) através da técnica ARFI. Para cada criança obteve-se um conjunto de velocidades de propagação. Com esta amostra avaliou-se a influência da idade, género, lobo hepático e posição da sonda. Uma amostra mais pequena foi usada para estudar a influência da profundidade, nomeadamente 135 crianças. Resultados: Não foram encontradas variações estatisticamente significativas entre géneros ou entre diferentes formas de posicionamento da sonda. No entanto o lobo hepático provou ser uma fonte de variabilidade na velocidade resultante, bem como a profundidade atingida pelo pulso de radiação. Relativamente ao factor idade foram encontradas diferenças significativas nas velocidades obtidas para crianças com idade inferior a 72 meses face aos restantes grupos etários. Conclusões: Sugere-se que a avaliação hepática na população infantil, utilizando a técnica ARFI, seja feita através da análise do lobo hepático direito a profundidades inferiores a 6 cm. Este estudo estabelece também a velocidade de propagação para crianças e adolescentes saudáveis como 1,07 ± 0,10 m/s, podendo atingir 1,12 m/s no caso de crianças mais novas. Palavras-Chave (Tema): Rigidez hepática em crianças.

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica Nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) is one of the most common chronic liver conditions in the Western world. It is normally associated with health disorders such as obesity, diabetes and hypertriglyceridemia. The gold standard for the diagnosis and staging of NAFLD is liver biopsy, which is highly invasive and is associated with high morbidity and inherent sampling error. Intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging (IVIM-DWI) is able to distinguish between true molecular diffusion and the pseudo-random motion of water molecules inside micro vessels. IVIM-DWI has emerged in the recent years as a possible alternative to probe tissue changes in NAFLD. However few studies have addressed the problem of the dependence of IVIM-DWI parameters on pulse sequence parameters. In order to study this dependence, two studies were carried-out: 1) A simulation study, where we studied the influence of acquisition parameters on the error and bias associated with IVIM-DWI parameters; 2) In-vivo study in order to test the performance of the b-value sequences derived from the simulation studies. Results showed that the parameter which is more affected by the acquisition parameters is D*. Furthermore, it was also shown that the higher the number of b-values used to sample the data, the better the estimation of IVIM-DWI parameters is. However, after a certain number of points and for low SNRs, the effect of noise in extra b-values counteracts the effect of having more data points. It was also shown that the b-value sequence that is used to sample the data greatly influences IVIM-DWI estimations. We concluded that the conventionally used b-value sequence does not provide optimum IVIM-DWI estimations. Furthermore, results show that different weights should be attributed to each IVIM-DWI parameter in order to obtain a better performance of the optimized b-value sequence. Also, it was seen that the influence of T2 relation effects should be accounted for in the IVIM-DWI model. Lastly, our study showed that in the presence of steatosis, the value D* significantly decreased while D only slightly decreased. However, the differences between patients with steatosis and healthy controls were extremely influenced by the number of b-values used, leading to different diagnosis depending on the number of b-values used in the acquisition.

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica A presente dissertação de mestrado, tem como objectivo o processamento de imagens Blood Oxygen Level Dependent (BOLD), dos músculos da perna, quando submetidos a exercício intenso até ser atingida a fadiga muscular, recorrendo à técnica de processamento Independent Component Analysis (ICA). A ICA é um método estatístico utilizado para descobrir factores escondidos, procura decompor os dados em mapas espaciais independentes e em gráficos da variação no tempo, nos quais idealmente cada um representaria diferentes artefactos ou padrões de activação. Esta técnica foi aplicada com carácter exploratório no presente estudo, pretendendo-se encontrar dados relevantes, que de outro modo não seriam possíveis. As imagens BOLD utilizadas neste estudo foram adquiridas durante a realização de uma dissertação anterior a esta, realizada por Ana Rita Pereira com o tema: "Processamento de Imagens BOLD de Ressonância Magnética do Músculo". O paradigma utilizado foi o salto unipedal, executado em posição ortostática, permitindo atingir a fadiga muscular em poucos minutos. O pré-processamento das imagens foi feito com o software OsiriX e FMRIB Software Library (FSL) e o processamento foi feito com o software FSL. Os resultados permitiram verificar que a análise efectuada não permitiu separar cada componente em diferentes mapas espaciais. Verificou-se que as variáveis (músculos e fluxo sanguíneo nos vasos sanguíneos) não são independentes. Desta forma, não foi possível verificar isoladamente activação nos diferentes músculos a analisar, o gastrocnémio e trícipete sural para cada voluntário. Verificou-se uma elevada activação nos músculos flexores e extensores dos dedos dos pés e uma elevada activação decorrente do fluxo sanguíneo nos vasos sanguíneos.

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Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica A presente dissertação foi desenvolvida com a colaboração da Clínica de Ressonância Magnética de Caselas e com a Faculdade de Motricidade Humana da Universidade Técnica de Lisboa (FMH-UTL) O objectivo primordial desta tese é avaliar as alterações fisiológicas de vários músculos da perna, através da análise do parâmetro T2 de IRM. Este estudo baseia-se na medição do parâmetro T2 em diferentes estágios do exercício físico, de forma a concluir quais os músculos mais recrutados durante a realização do mesmo. No final, pretende-se ainda realizar uma análise comparativa entre os resultados obtidos e as conclusões resultantes de outros estudos, elaborados em paralelo, com duas técnicas diferentes de RM: BOLD e DTI. No estudo realizado, participaram sete voluntários saudáveis e atletas. Foram adquiridas imagens ponderadas em DP e em T2 nas fases pré e pós-exercício. O exercício consistiu na realização de saltos unipedais em posição ortostática até à exaustão e à fadiga muscular. A marcação dos ROIs nos músculos de interesse (tibial anterior, solear, gémeo interno e externo) foi executada no programa OsiriX. Através da informação fornecida pelos ROIs é possível calcular o valor de T2 dos músculos, utilizando uma cápsula de óleo de fígado de bacalhau para referência de calibração. Após a análise e tratamento dos dados, observou-se, em geral, um aumento percentual de T2, da fase pré para a fase pós-exercício. Verificou-se um ganho de 6,3±3,3% no gémeo externo, de 3,6±2,5% no gémeo interno e de 4,7±2,6% no solear, em oposição ao tibial anterior que sofreu uma diminuição de 0,1±2,0%. Apesar de ser necessário um estudo mais minucioso, os resultados obtidos parecem indicar uma participação activa dos gémeos, interno e externo, e solear na realização do exercício em questão, sendo a contribuição do tibial anterior pouco evidente. Os resultados obtidos nas técnicas BOLD e DTI corroboram estas conclusões.

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica Since mercury thermometers were banned due to environmental concerns, hospitals started to use electronic thermometers for measuring body temperature. Body temperature can be measured from different body parts, although the least invasive and quickest is preferred and therefore eardrum measurements are frequently taken. However, lately the staff feels that the taken measurements are not accurate. A new purchasing agreement for the purchase of these devices renders a good opportunity to study further the use of these devices at the wards of the university hospital, study their maintenance process, identify what performance is essential for the clinical usage, the parameters that are essential to measure and also identify ear thermometers in the market that can be used for comparative study. Temperature measurements were taken with the help of an infrared ear thermometer, Covidien Genius2, in its calibration blackbody device at the R&D department of the Huddinge Hospital in order to verify accuracy claims. This data were compared against other studies and measurements of other infrared ear thermometers devices, the Braun ThermoScan Pro 4000 and also a digital contact thermometer, Welch Allyn Suretemp Plus, applied to different body sites. Informal meetings also took place in order to get more information about the devices and to know where they were used and repaired. It was found that Genius2 measured temperature accurately when compared with a blackbody radiator. Regarding the Braun, it showed an accurate estimate of core temperature in comparison to invasive pulmonary artery catheter thermometry. Electronic tympanic thermometers proved to be a good replacement for conventional methods of thermometry. However, preventive maintenance should occur more often, since the devices are very fragile. Tympanic thermometers are generally very accurate instruments. Most likely, problems are not related to the thermometers themselves, they are possibly the result of an inadequate understanding of the limitations of ear thermometry.

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica A associação de técnicas de imagem, para obter resultados mais fiáveis e reais, tem sido uma constante. Uma das associações com maior utilização e sucesso é EEG/IfRM, em especial na epilepsia. A aquisição simultânea EEG/IfRM na actividade epileptiforme interictal alia a elevada resolução temporal do EEG à grande resolução espacial da IfRM, permitindo obter a localização do foco epiléptico, necessária para o planeamento cirúrgico. Neste trabalho pretende-se apresentar a Análise por Componentes Independentes (ICA), como um método de análise de dados de EEG/IfRM, capaz de extrair a topografia das descargas epileptiformes. Os objectivos passam pela análise da ocorrência de activações no sinal BOLD, relativas às descargas epilépticas, e da relação entre as sequências funcionais de cada indivíduo, segundo duas abordagens: (1) referente à localização das zonas de activação, com o modelo GLM, através dos dados de EEG e IfRM, e (2) recorrendo à ICA para obter as zonas de activação detectadas pela primeira abordagem. Os resultados permitem sugerir a ICA como um método complementar com elevado potencial, possibilitando a obtenção das zonas de descarga epiléptica esperadas, bem como outras activações, apresentando algumas limitações que constituem objecto de estudo.

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica. A presente dissertação foi desenvolvida com a colaboração da clínica de Ressonância Magnética de Caselas. Entre as mais variadas doenças neurológicas estudadas pela Ressonância Magnética, existe uma,em particular, com grande interesse – a doença de Alzheimer. Devido ao aumento da longevidade da população, esta doença tem despertado uma grande atenção por parte dos especialistas devido à sua complexidade e ao número galopante de casos que têm surgido nos últimos anos. Através da imagem de Ressonância Magnética, as variações de volume do hipocampo têm sido cada vez mais apontadas como um possível marcador na elaboração de um diagnóstico precoce da doença de Alzheimer. Na maior parte dos casos essas modificações do volume do hipocampo são estudadas através de uma segmentação manual. Como este método é muito moroso surge a necessidade de haver uma segmentação automática. Assim, nesta dissertação de mestrado propõe-se a comparação de medições volumétricas obtidas manualmente pelos médicos da Clínica de Caselas com as medições volumétricas obtidas por segmentação automática das imagens adquiridas por Ressonância Magnética,através de um módulo de processamento existente no software FSL e Freesurfer. Este estudo tinha como objectivo validar a automatização da medida do volume do hipocampo para que no futuro fosse possível adoptá-lo como um método auxiliar de pré-diagnóstico mais rápido e eficaz. No entanto, através das comparações efectuadas, verifica-se uma sobrestimação dos valores medidos automaticamente face aos manuais. Por isso, não é completamente fiável a utilização da segmentação automática.

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica Recentemente, a tecnologia em Ultra-sons (US) tem sofrido grandes avanços tecnológicos e, como resultado, novas técnicas e aplicações clínicas são introduzidas frequentemente. Estas técnicas inovadoras apresentam o potencial de assistir os médicos na caracterização de entidades clínicas e de melhorar a qualidade do diagnóstico clínico. No entanto, a implementação destas técnicas requer uma avaliação objectiva das suas potencialidade e limitações, assim como da sua performance clínica para permitir a sua adopção na prática clínica. Este projecto aborda duas patologias particulares: a Cardiomiopatia Cirrótica (CC) e lesões oncológicas mamárias. Considerando a primeira, é aplicada a tecnologia disponível, em especial a Aplicação Clínica VVI de modo a detectar anormalidades que possam não ser visíveis com recurso à ecocardiografia convencional, com o objectivo de definir critérios de diagnóstico precisos. Para a segunda, pretende-se efectuar uma avaliação da performance clínica de um novo método de quantificação em Elastografia - o Strain Ratio (SR) - que analisa a rigidez das lesões mamárias, permitindo assim um diagnóstico clínico mais completo e rigoroso. Para atingir estes objectivos, é efectuada uma análise extensiva, utilizando testes estatísticos como a One-Way ANOVA, permitindo que diferenças estatisticamente relevantes sejam encontradas nos parâmetros considerados. Outros testes foram usados em cada estudo clínico, tendo em conta as suas características específicas – a análise ROC é utilizada para quantificar o acréscimo que o SR poderá potencialmente trazer em relação às técnicas convencionais. Embora não tenha sido possível reunir todas as condições necessárias para validar a contribuição dos US para o diagnóstico da CC, foi possível encontrar evidências que corroboram tratar-se uma patologia clinicamente latente. Os resultados do segundo estudo evidenciam que o SR poderá ser introduzido nos workflows clínicos a curto prazo, tendo no entanto em consideração que este produz resultados mais fidedignos quando utilizado como ferramenta complementar de apoio à decisão clínica do que como um método de quantificação absoluta.

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica A Cardiologia de Intervenção é uma área da medicina, na qual a execução de procedimentos diagnósticos e terapêuticos implica a utilização de fluoroscopia para obtenção de imagens clínicas. Devido à sua complexidade, estes exames envolvem a aquisição de um elevado número de imagens, resultando em longos períodos de exposição aos raios X e altas taxas de dose de radiação ionizante. Justifica-se assim que seja atribuída particular atenção para com as medidas de exposição à radiação e protecção radiológica dos profissionais de saúde e dos pacientes envolvidos nestas intervenções. Este trabalho tem como objectivo avaliar não só as doses ocupacionais dos profissionais expostos durante a execução dos procedimentos de Cardiologia de Intervenção, mas também as doses de radiação recebidas pelos pacientes. Para determinar a dose efectiva e as doses equivalentes recebidas pelos profissionais nas extremidades e no cristalino, utilizaram-se dosímetros termoluminescentes. Os valores de dose dos pacientes foram obtidos a partir da análise dos protocolos do respectivo exame. Para os profissionais, verificou-se que as doses recebidas, embora se encontrem abaixo dos limites estipulados na legislação nacional, são relativamente elevadas. Tal poderá dever-se à necessidade que estes profissionais têm, durante a execução dos procedimentos, em se posicionarem próximo da fonte de radiação e do paciente, sendo estes últimos os responsáveis pelo campo de radiação dispersa a que os profissionais estão sujeitos. Nos pacientes, as doses determinadas para os procedimentos de diagnóstico são semelhantes aos resultados publicados na literatura pesquisada. No entanto, as doses relativas aos procedimentos terapêuticos revelaram-se superiores aos da literatura revista. Conclui-se que os procedimentos de Cardiologia de Intervenção devem ser sujeitos a monitorização e optimização constantes. Assim, todas as acções que sejam tomadas para diminuir a dose no paciente também permitem minimizar a dose ocupacional do profissional, devendo igualmente este adoptar medidas de protecção radiológica no decorrer das intervenções.

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica A presente dissertação foi desenvolvida com a colaboração da clínica Ressonância Magnética – Caselas A presente dissertação de mestrado tem como principal objectivo a comparação dos valores do coeficiente de difusão aparente (ADC) e da anisotropia fraccional (FA) de certas estruturas cerebrais entre os pacientes saudáveis e aqueles que têm vindo a desenvolver a Doença de Alzheimer (DA). A imagem por tensor de difusão (DTI) é uma técnica inovadora e vanguardista que explora o movimento microscópico das moléculas de água no cérebro (magnitude e direcção). Nas situações em que a difusão é anisotrópica (movimento preferencialmente numa direcção), esta técnica permite a obtenção dos valores de ADC e FA e, por sua vez, a construção dos feixes de substância branca no interior do cérebro. Foram recrutados 44 sujeitos entre os quais 18 Controlos, 12 Pré-MCI e 14 MCI. As medições de FA e ADC foram efectuadas em 29 regiões do cérebro com o método da selecção das regiões de interesse (ROIs), utilizando dois softwares diferentes. O software Explore DTI foi utilizado na Faculdade de Ciências e Tecnologia e o software FuncTool na Clínica de Ressonância Magnética de Caselas. Para os pacientes com Mild Cognitive Impairment (MCI) verificou-se que os valores de FA foram especialmente reduzidos para as regiões do lobo occipital, lobo parietal, esplénio do corpo caloso, lobo temporal, feixe longitudinal superior e inferior, membro posterior e anterior da cápsula interna, joelho do corpo caloso e cíngulo anterior quando comparados com os valores obtidos pelo grupo de Controlo. Quanto aos valores de ADC, estes foram particularmente elevados no grupo MCI para as regiões do hipocampo, o lobo temporal, tálamo e membro anterior da cápsula interna face aos valores do grupo de Controlo. Dado o aumento da esperança média de vida, as doenças neurodegenerativas, principalmente a DA, têm vindo a ser extensivamente estudadas. Com este estudo pretende-se contribuir com um método adicional de diagnóstico que, em conjunto com os testes neuropsicológicos, auxilie os clínicos na detecção precoce da doença. Considera-se assim que a DTI é um bom instrumento na identificação de lesões e alterações precoces nas estruturas cerebrais na doença de Alzheimer (DA).

Dissertation to Obtain the Degree of Master in Biomedical Engineering Magnetic Resonance Imaging (MRI) has been a major investigation and research focus among scientific and medical communities. So, new hardware with superior magnetic fields and faster sequences has been developed. However, these improvements result in intensity and spatial distortions, particularly in fast sequences, as Echo Plana Imaging (EPI), used in functional and diffusion-weighed MRI (fMRI and DW-MRI). Therefore, correction of spatial distortion is useful to obtain a higher quality in this kind of images. This project contains two major parts. The first part consists in simulating MRI data required for assessing the performance of Registration methods and optimizing parameters. To assess the methods five evaluation metrics were calculated between the corrected data and an undistorted EPI, namely: Root Mean Square (RMS); Normalized Mutual Information (NMI), Squared Correlation Coefficient(SCC); Euclidean Distance of Centres of Mass (CM) and Dice Coefficient of segmented images. In brief, this part validates the applied Registration correction method. The project’s second part includes correction of real images, obtained at a Clinical Partner. Real images are diffusion weighted MRI data with different b-values (gradient strength coefficient), allowing performance assessment of different methods on images with increasing b-values and decreasing SNR. The methods tested on real data were Registration, Field Map correction and a new proposed pipeline, which consists in performing a Field Map correction after a registration process. To assess the accuracy of these methods on real data, we used the same evaluation metrics, as for simulated data, except RMS and Dice Coefficient. At the end, it was concluded that Registration-based methods are better than Field Map, and that the new proposed pipeline produces some improvements in the registration. Regarding the influence of b-value on the correction, it is important to say that the methods performed using images with higher b’s showed more improvements in regarding metric values, but the behaviour is similar for all b-values.

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Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Doutor no Ramo da Engenharia Biomédica,Especialidade Biomecânica O principal objectivo da presente tese foi responder a um conjunto de interrogações acerca do impacto da gravidez na biomecânica da coluna vertebral. Para colmatar lacunas ao nível da análise integrada deste tipo de alterações, procedeu-se à construção, teste e validação de um equipamento não-invasivo - Métrica Vertebral – que avalia a coluna vertebral de forma global e quantitativa. Através da sua aplicação é possível identificar a posição 3D do vértice das apófises espinhosas e assim obter uma imagem sistematizada das características biomecânicas da coluna vertebral. Para analisar os dados recolhidos por este dispositivo inovador, foi desenvolvido e validado um modelo matemático, capaz de estimar a amplitude dos ângulos da lordose cervical,cifose dorsal e lordose lombar, numa amostra de 49 mulheres ao longo de 4 momentos da gravidez Para identificar variáveis eventualmente responsáveis pelas alterações dos ângulos e daposição x, y e z do vértice das apófises espinhosas, aplicou-se um conjunto de instrumentos de avaliação dos quais destacamos o questionário de medição do desempenho ocupacional NIH Activity Record que foi traduzido e adaptado para a população portuguesa no âmbito do presente trabalho. Os resultados alcançados com o Métrica Vertebral não se limitam a confirmar as hipóteses formuladas no inicio da investigação como revelam perspectivas inovadoras sobre alguns conceitos predefinidos. Desta forma, abre caminho para futuras abordagens numa óptica de prevenção em saúde pública. Apresenta-se como um instrumento com diferentes aplicações sobretudo nas áreas da ortopedia, neurocirurgia, pediatria e reabilitação. Foi feito o pedido de Registo Nacional (PT 103990) e Internacional (PCT/IB2009/005018) bem como a publicação no European Patent Bulletin de 22-12-2010 - 2010/51, sob o nº. 2263531, como medida de protecção da patente. Fundação para a Ciência e Tecnologia - SFRH/BD/44042/2008

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Biomédica As malformações arteriovenosas (MAV’s) cerebrais são conjuntos anormais de vasos sanguíneos, onde o sangue pode passar directamente das artérias nutrientes para as veias de drenagem sem passar pelos comuns capilares. Esta é uma das lesões no cérebro reconhecidas como origem de hemorragias e causa de morbilidade. Uma das técnicas de tratamento das MAV’s é a embolização, que consiste na obstrução de alguns, ou todos os vasos que alimentam as MAV’s, pela colocação de uma gota de cola intravascular. Para determinar quais dos vasos nutrientes devem ser embolizados pode-se medir a pressão sanguínea através de cateteres, de modo a ter uma ideia do fluxo sanguíneo local. No entanto, com a sequência Phase Contrast (PC) de Angiografia por Ressonância Magnética (ARM), poderá ser possível utilizar uma forma menos invasiva de medir o fluxo e a velocidade do fluído sanguíneo das várias artérias e saber assim quais destes vasos das MAV’s apresentam maiores riscos de hemorragia. Na técnica corrente de PC, a velocidade medida depende do ângulo que o vaso faz com o plano de aquisição da imagem. Onde o valor correcto é dado com um plano definido perpendicularmente ao vaso de estudo. Com esta sequência, nos casos em que se pretende medir mais do que um vaso, como nas artérias nutrientes das MAV’s cerebrais, o procedimento pode torna-se muito moroso. Contudo, poderá ser possível, numa única aquisição, medir as várias velocidades se forem conhecidos os ângulos correctos de todos os vasos das MAV’s relativamente ao plano de aquisição. Para o efeito, deduziu-se uma equação geométrica que, baseada nos ângulos medidos em duas imagens, coronal e sagital, reconstruídas de uma sequência 3D vascular, nos permite deduzir o ângulo correcto que cada vaso de interesse faz com o plano de aquisição PC e assim poder corrigir o valor do fluxo medido pela sequência PC para o seu valor real. Esta equação foi testada através de várias medições do fluxo na artéria basilar de um mesmo indivíduo, na qual é possível determinar facilmente a sua orientação e o seu fluxo, fazendo variar a inclinação dos vários planos de aquisição. Os resultados obtidos produziram velocidades e fluxos consistentes que demonstraram a validade da equação, mostrando assim que pode ser possível aplicar esta sequência na medição dos fluxos nas várias artérias nutrientes de uma MAV numa única sequência de aquisição.

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Biomédica A presente tese de dissertação tem como objectivo a concepção de um instrumento de medição não invasivo, que quantifique as curvaturas e desvios laterais da coluna vertebral de mulheres ao longo do período gestacional. Mais concretamente, o objectivo do instrumento é a medição da posição tridimensional de pontos marcados na superfície posterior do tronco de mulheres grávidas sem provocar qualquer interacção com o interior do seu corpo. Estes pontos correspondem à posição mais posterior da estrutura mais posterior de cada vértebra da coluna vertebral, nomeadamente, a apófise espinhosa. A sua marcação é previamente efectuada por palpação, realizada por um profissional de saúde especializado. São marcados vinte e cinco pontos, correspondendo às apófises espinhosas de 25 vértebras, desde a primeira vértebra sagrada até à primeira vértebra cervical. O projecto de concepção de um instrumento de medição baseia-se em técnicas de medição de coordenadas, nomeadamente coordenadas cartesianas. O instrumento é composto por uma estrutura vertical apoiada numa plataforma horizontal, na qual a mulher grávida se posiciona. Na região superior da estrutura vertical existem 25 estruturas denominadas de unidades de medição. Cada unidade de contacto determina a posição de um ponto marcado, através de uma sonda de que contacta este último. A sonda desloca-se translaccionalmente em cada um dos três eixos do sistema cartesiano. Ao longo do projecto de concepção são desenvolvidos todos os mecanismos e elementos associados ao instrumento. Posteriormente, é construído um protótipo físico, o qual é avaliado, através de um processo de validação. Este consiste na comparação entre as coordenadas de pontos com posições pré-definidas e as coordenadas desses mesmos pontos medidas pelo protótipo em questão.

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica A Volumetria por imagens de ressonância magnética (IRM) é um dos métodos utilizados para medição de estruturas cerebrais. A avaliação do volume do hipocampo é feita em casos de patologias do sistema nervoso, tais como a Epilepsia do Lobo Temporal (TLE), com o intuito de verificar a existência de uma atrofia por esclerose mesial. Este estudo pretende validar um novo método de avaliação e tratamento volumétrico do hipocampo, através da análise da distribuição espacial do volume ao longo desta estrutura cerebral. Neste trabalho comparámos a distribuição média espacial optimizada (com valores corrigidos) de um grupo de controlo de 22 voluntários com as distribuições de 32 doentes com TLE, de modo a relacionar a localização da atrofia com cada uma das três partes da estrutura do hipocampo. Também analisámos medições realizadas por diferentes médicos nos mesmos sujeitos e comparámos essas variações espaciais do volume. Após a optimização do tratamento volumétrico e realizadas as comparações, concluímos que a análise da variação de volume corte a corte dá informações importantes que o valor absoluto do volume total não dá. É um método adequado na comparação de medições feitas entre diferentes médicos, permitindo verificar onde ocorrem as diferenças. Dá a conhecer a parte do hipocampo onde ocorre a atrofia, caso esta exista. Foi realizada uma aplicação em Matlab que calcula automaticamente o valor do volume total do hipocampo com valores corrigidos e compara graficamente a distribuição do sujeito a analisar com a curva média optimizada obtida, permitindo uma aplicabilidade rápida e mais precisa do tratamento volumétrico do hipocampo.

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica A circulação do líquido cefaloraquidiano (LCR) é de extrema importância para a compreensão de patologias importantes como a Hidrocefalia de Pressão Normal(HPN), que é causada por um desequilíbrio entre a produção e a absorção do LCR. É portanto fundamental o desenvolvimento de um modelo que abranja todo o sistema do LCR de maneira a melhorar o conhecimento do sistema e permitir tratamentos mais eficazes. A quantificação de parâmetros de fluxo de LCR medidos no aqueduto de Sylvius tem sido utilizada para indicar se o paciente sofre de HPN. Há quem defenda que valores de fluxo total (FT) superiores a 18 ml/min indicam HPN, há quem defenda que valores de volume bidireccional médio (VBM) superiores a 42 μl justificam a terapia por derivação ventricular, levando a potenciais diagnósticos contraditórios. Neste estudo pretendemos contribuir para um modelo de circulação do LCR acrescentando dados obtidos na charneira da base do crânio, para estudarmos a dinâmica de circulação no interior da caixa craniana. Como se assume que o LCR seja produzido principalmente no plexo coroideu dos ventrículos laterais e absorvido nas granulações aracnoideias, podemos verificar a quantidade de LCR que flui dentro do cérebro entre o terceiro e quarto ventrículos, no aqueduto de Sylvius, e a quantidade de LCR que flui para o espaço subaracnoideu craniano e raquidiano na charneira da base do crânio, verificando o comportamento dinâmico dos parâmetros de circulação e da onda de propagação de fluxo, controlada pelo fluxo sanguíneo que entra no crânio. Estes exames quantitativos foram obtidos com a técnica de contraste de fase, PC-MRI por Ressonância Magnética que permite uma quantificação do fluxo durante um ciclo cardíaco in vivo e sem perturbação do sistema. Verificamos que tanto o VBM como o FT diminuem com o aumento do ritmo cardíaco, diminuindo mais drasticamente o VBM do que o FT e que o pico da sistole e da diástole se aproximam com esse aumento cardíaco. Foram feitas duas medições em regiões de interesse diferentes para a charneira da base do crânio devido à dificuldade de rodear o espaço subaracnoideu exteriormente e interiormente. O resultado para a medição em redor do espaço subaracnoideu mostrou-se mais concordante com os valores adquiridos no aqueduto de Sylvius. Verificamos também que os parâmetros de circulação estão correlacionados com a área do aqueduto de Sylvius, necessitando esta relação de ser mais aprofundada em estudos futuros.

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica A Imagem por Ressonância Magnética é uma das técnicas de imagiologia mais requeridas a nível clínico. Neste trabalho foram associadas duas técnicas: Imagem de Tensor de Difusão por RM (DTI) e Imagem Funcional por RM (IfRM), no âmbito da epilepsia focal. A Técnica de Tractografia por DTI permite a caracterização e uma visão pormenorizada dos percursos das fibras da substância branca cerebral, fornecendo também a direcção dos feixes. A IfRM é um método promissor na localização dos focos associados às crises epilépticas. A união das duas técnicas permite determinar o possível suporte anatómico para as anomalias funcionais associadas às epilepsias. Desta forma, a complementaridade das duas técnicas, utilizadas no planeamento cirurgico, promete importantes contribuições na caracterização das epilepsias focais. O objectivo inicial deste trabalho era fazer a ligação entre as zonas de activação IfRM e as fibras de DTI, de modo a fazer passar por cada zona activada as fibras correspondentes. Contudo foram encontradas grandes dificuldades na concretização deste objectivo, havendo necessidade de investigar em mais detalhe as razões que poderiam justificar os resultados obtidos. Para tal, foi estudada a influência de vários parâmetros na aquisição das imagens e foram testados vários programas. A fim de contribuir para a optimização da sequência de Tensor de Difusão no equipamento de de Ressonância Magnética da Clínica de Caselas, foram variados alguns parâmetros de aquisição, e analisadas as imagens resultantes. Foram propostos ajustes em vários parâmetros, como a dimensão e forma dos voxeis utilizados, bem como a direcção de aquisição dos dados, de acordo com as estruturas e a localização das zonas que se pretendem observar. Concluiu-se ser sempre necessária uma posição crítica perante os resultados obtidos, não acreditando cegamente nas capacidades dos softwares de processamento, pois tal comportamento poderá ter repercussões gravíssimas na saúde dos pacientes.

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica A Imagem de Tensor de Difusão tem sido uma das grandes novidades em IRM. É uma técnica que tem vindo a obter bastante sucesso no estudo de doenças neurodegenerativas, pois permite caracterizar a estrutura dos feixes de substância branca, a partir da determinação da magnitude e direcção da difusão das moléculas de água. Esta técnica permite obter valores do ADC1 (Coeficiente de Difusão Aparente) e da FA2 (Anisotropia Fraccional). O presente trabalho, consistiu na análise desses valores obtidos em localizações específicas do cérebro com o método das regiões de interesse (ROI´s) e posterior comparação entre os diferentes grupos de doentes com alterações de memória. Após a realização deste projecto, foi possível verificar-se que no grupo de MCI3 os valores de FA diminuíam significativamente na cápsula interna e no lobo temporal. Os valores do ADC eram significativamente mais elevados nas áreas pericalosas e no girus cingulato posterior. Pode-se então concluir, que a Imagem de Tensor de difusão é uma técnica promissora no estudo de doenças neurodegenerativas, e que os valores de FA e ADC permitem a detecção de alterações na substância branca na progressão da Doença de Alzheimer.

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção de Grau de Mestre em Engenharia Biomédica A presente dissertação foi desenvolvida com a colaboração da Faculdade de Motricidade Humana (FMH/UTL) e a Clínica de Ressonância Magnética de Caselas. A presente dissertação de mestrado pretende avaliar as alterações fisiológicas de vários músculos da perna quando submetidos a exercício físico intenso, através da técnica de ressonância magnética funcional BOLD (Blood Oxygen Level Dependent). As diferentes propriedades magnéticas da oxi-hemoglobina (diamagnética) e da desoxihemoglobina(paramagnética), associadas aos factores hemodinâmicos, geram contraste nas imagens de ressonância magnética, durante a activação muscular, possibilitando a visualização dos músculos recrutados com a realização do exercício. Sete jovens atletas saudáveis participaram neste estudo. As imagens BOLD foram adquiridas antes e imediatamente após o exercício-físico. O paradigma de exercício usado foi o salto unipedal, executado em posição ortostática, permitindo atingir a fadiga muscular em poucos minutos. A análise das imagens dos músculos Tibial Anterior, Gémeo interno, Gémeo Externo e Solear foi feita com o programa OsiriX®, através da marcação de ROIs circulares sobre cortes axiais. Todos os voluntários exibiram padrões semelhantes de variação de intensidade de sinal BOLD induzido pelo exercício. A fase de repouso caracteriza-se pela intensidade de sinal BOLD constante para todos os músculos. Após o exercício verificou-se um aumento percentual de intensidade de sinal, que foi máximo para os músculos Gémeo Externo, Gémeo Interno e Solear, e comparativamente menor para o Tibial Anterior. Os resultados estão de acordo com o esperado para o tipo de exercício realizado e são concordantes com os obtidos por outras técnicas, como DTI e T2. Conclui-se que a análise das alterações fisiológicas dos músculos pela técnica BOLD poderá ser útil para a avaliação não-invasiva da actividade muscular, constituindo-se como uma alternativa ou complemento válido aos métodos superficiais ou invasivos. Podem antecipar-se futuras aplicações desta técnica a estudos de fisiopatologia do músculo.

Esta dissertação tem como objectivo principal avaliar por IRM as alterações arquitectónicas e funcionais dos músculos mais importantes da perna quando submetidos a um protocolo de exercício intenso. Para esse fim, foram utilizadas técnicas avançadas de imagem específicas tais como o DTI, o BOLD e a relaxometria T2. Estas técnicas forneceram-nos de forma não-invasiva diversas informações in vivo e em tempo real sobre os tecidos musculares. Para além destas, também foram utilizadas sequências ponderadas em DP que serviram de referência anatómica e das quais também foram retirados dados arquitectónicos. Participaram neste estudo seis jovens atletas saudáveis do sexo feminino. Os músculos analisados foram o tibial anterior, os gastrocnémios (medial e lateral) e o solear. As diversas sequências de imagem foram adquiridas em duas fases distintas: pré e pós-exercício. O protocolo de exercício constou numa série de saltos unipedais realizados até à exaustão. Depois de adquiridas, as imagens foram processadas e tratadas com scripts dedicados e/ou software especializado. Os valores obtidos através da delimitação de ROIs, manipulação das imagens em 3D e execução de tractografias permitiram-nos apreciar as alterações ocorridas nos músculos exercitados. Após tratamento estatístico, verificou-se um comportamento semelhante entre os músculos nas várias técnicas de imagem. O ADC, o sinal BOLD e o valor de T2 variaram de forma equivalente nos músculos gastrocnémios e solear (agonistas no exercício praticado), enquanto que no tibial anterior estas variações foram menores ou inclusivamente negativas. Quanto aos dados arquitectónicos registados de forma directa na imagem ou obtidos através do DTI, não verificamos alterações estatisticamente significativas na maior parte das variáveis, à excepção do comprimento médio das fibras, do CSA e do ângulo de penação de alguns músculos. A IRM consegue assim avaliar a estrutura e função do músculo, complementando ou substituindo cada vez mais outras técnicas mais invasivas ou ineficazes.