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A síncope refere-se à perda temporária de consciência, causada por uma redução da pressão arterial (BP) sistémica, responsável pela queda da perfusão cerebral global. A BP, por sua vez, depende do débito cardíaco e da resistência vascular sistémica, que são regulados pelo sistema nervoso autónomo (ANS). Devido a estas conexões, qualquer fator externo que afete esse equilíbrio pode originar síncope. Quando esse fator é neuronal, o episódio é classificado como síncope neuromediada (NMS) A síncope é, de facto, uma condição comum e dispendiosa, implicando um custo anual direto de $1.7 a $2 biliões para os serviços de saúde de todo o mundo. Assim sendo, é essencial encontrar formas de evitar custos tão elevados associados à síncope e a condições relacionadas – por exemplo, doenças cardiovasculares (CVD) e quedas –, a favor do investimento em soluções preventivas de p-health e m-health. A variabilidade da frequência cardíaca (HRV) é um marcador promissor de regulação autónoma, mas que requer a aquisição de eletrocardiograma (ECG) para calcular a frequência cardíaca (HR) de forma confiável. Este equipamento, contudo, não é confortável para soluções de p-health. Devido ao progresso no desenvolvimento de sensores óticos (mais convenientes e menos intrusivos), o fotopletismograma (PPG) torna-se numa alternativa interessante para medições de pulso cardíaco (PR) em vez de HR, levando ao interesse na avaliação de índices de HRV baseados na análise de PPG (variabilidade do pulso cardíaco – PRV). Na primeira parte desta tese, a hipótese de se utilizarem índices de PRV como substitutos para os índices de HRV é investigada em três contextos diferentes: sujeitos saudáveis em repouso, indivíduos saudáveis após exercício físico e sujeitos com CVD. Seis pontos característicos do PPG também foram avaliados, de forma a encontrar o mais adequado para análise de PRV nesses contextos. A análise é baseada na avaliação da correlação, erro e distribuição dos sinais. Os resultados obtidos sugerem que a PRV pode ser utilizada como alternativa à análise de HRV em indivíduos saudáveis, tendo produzido correlações acima de 82%, tanto para tempo como para frequência. Contrariamente, nos sujeitos em pós-exercício e com CVD, as características do domínio do tempo e, mais importante, da frequência, devem ser usadas com precaução (correlações médias variando de 68% a 88%). Vários algoritmos de monitorização da BP foram propostos para prever síncope iminente em tempo real. No entanto, ainda apresentam algumas desvantagens quanto ao seu uso em contextos de p-health: enquanto alguns usam BP adquirida com braçadeira, outros usam abordagens baseadas em ECG, sendo que ambos implicam o uso de hardware caro e desconfortável. Por outro lado, abordagens mais adequadas para usos pessoais, tais como algoritmos construídos unicamente com PPG, são menos confiáveis. O objetivo da segunda parte deste trabalho é acompanhar os esforços do grupo para preencher essa lacuna, fornecendo um algoritmo totalmente baseado em PPG para prever síncope iminente, com maior confiabilidade. Utilizou-se a métrica da distância de Minkowski (que se provou ser a melhor métrica testada), com expoente p=2-0.5. Diversos parâmetros foram avaliados para alimentar o algoritmo: PR, tempo de ejeção do ventrículo esquerdo (LVET), índice de rigidez (SI), índice de reflexão (RI), bem como vários índices relacionados com: o PRV, a segunda derivada do PPG, o crescimento sistólico da onda de pulso do PPG e a dinâmica de informação dos dados. A partir dos parâmetros mencionados, foram calculados vários atributos, resultando num conjunto de 94 índices diferentes avaliados. Os mais apropriados para prever síncope foram classificados usando um sistema de pontuação e selecionados de acordo com as suas pontuações. Com estes, diferentes configurações do algoritmo foram avaliadas e os resultados mais relevantes foram discutidos. A configuração destacada, utilizada na terceira parte do trabalho, foi testada com F-measure de 86%, 100% de sensibilidade, 85% de especificidade, uma taxa de falsos positivos por hora de 1.9h-1, bem como 242.3±226.9 segundos de tempo de previsão, incorporando índices derivados de SI, PR, LVET e RI. A terceira e última etapa do projeto diz respeito ao desenvolvimento de um sistema de previsão de síncope em tempo real, utilizando dispositivos comerciais (biosignalsplux® com um sensor PPG e um PC com Windows®). O back-end do sistema consiste na configuração do algoritmo apresentado acima, escrito em MATLAB®. O front-end do sistema é escrito em Java® e executa três tarefas: é wrapper do back-end MATLAB®, suporta a comunicação Bluetooth® em tempo real entre os terminais e interage com o utilizador através de uma interface. Uma vez que depende de um PC, trata-se de um sistema de p-health algo limitado, mas já é uma prova de conceito satisfatória que fornece, além de uma ferramenta de pesquisa válida, uma solução útil para meios hospitalares, idosos, motoristas e operadores de maquinaria pesada

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.

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

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

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

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

stress é um processo fisiológico que pode ser, em caso de perigo, o responsável pela alerta e a fuga. Contudo, nas últimas décadas, esta vertente positiva do stress tem sido esquecida devido ao aumento do número de esgotamentos relacionados com a atividade profissional, provocados pelo acumular de stress. Para combater isso, hoje em dia, graças ao desenvolvimento de diversas áreas de estudo, é possível criar dispositivos que permitem entender o funcionamento no nosso próprio corpo. Neste sentido, o objetivo deste projeto é desenvolver um sistema capaz de adquirir, armazenar, processar e analisar sinais biométricos para a deteção de episódios de stress. Para isso, foi necessário estudar uma base de dados específica, o desenvolvimento de um algoritmo de deteção destes eventos e um sistema de aquisição de sinais de eletromiografia, condutividade elétrica da mão, respiração e ritmo cardíaco que, neste caso, foi o sistema e-Health Sensor Platform Complete Kit V2.0, desenvolvido pela Cooking Hacks. Apesar de, no sistema final, apenas se considerar em eventos de stress e nãostress, foram analisadas, ao longo do projeto, a abordagem binária mas também a multiclasse (’baixo stress’, ’médio stress’ e ’alto stress’). Relativamente aos resultados, estes sugerem que o algoritmo, aplicado na análise dos sinais, tem a capacidade de discriminar a existência ou não de stress, no sistema de aquisição final. Por último, este sistema, desenvolvido a partir deste tipo de kit de baixo custo, é uma inovação devido ao facto de não existir, até à data e tanto quanto ao nosso conhecimento, nenhum sistema com esta característica para a deteção de stress em tempo real. Keywords: monitorização, detecção de stress, sinais fisiológicos, tempo real, Arduino, sensores.

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 Carcinoma Epidermoide da Cabeça e Pescoço (CECP) é uma neoplasia que surge nas regiões do trato aerodigestivo superior, incluindo a cavidade oral, orofaringe, laringe, hipofaringe e língua e é o sexto tumor mais comum em todo o mundo. O desenvolvimento deste carcinoma resulta da acumulação gradual de alterações e instabilidade genética e epigenética que levam à carcinogénese e progressão tumoral. Têm sido efetuados alguns estudos com vista a identificar alterações genómicas possíveis de serem utilizadas na classificação, diagnóstico e prognóstico, incluindo a previsão da eficácia do tratamento. Apesar dos avanços efetuados nas tecnologias de diagnóstico e modalidades de tratamento, estes tumores continuam a ser diagnosticados em estádios avançados sem significativas melhorias nas taxas de sobrevivência. O objetivo deste trabalho é testar a seguinte hipótese: será que as diferentes taxas de sobrevivência dos doentes de CECP estão associadas à presença de tumores com diferentes assinaturas genómicas? Recorrendo a resultados provenientes da técnica de Hibridização Genómica Comparativa em array (aCGH) referentes à variação do número de cópias (CNV) de material genético, conjuntamente com a informação clínicopatológica dos doentes com diagnóstico de CECP, foram analisados 104 doentes com recurso às plataformas de software Matlab R2014a, R3.1.2 e SPSS. Desta forma, como resultados deste projeto foi verificada a associação das variáveis dependentes estádio do tumor, localização do tumor e presença de metástases relativamente aos dados de aCGH e foram identificadas as regiões mínimas comuns alteradas mais frequentes nos cromossomas. Foi também possível avaliar a eficácia dos dois classificadores, Random Forest e SVM, para classificar dados e foram testadas as variáveis dependentes, onde apenas a condição metástases/recidiva mostrou mais significância em classificar novos dados. Similarmente foi quantificada a importância das variáveis para a classificação em relação às regiões obtidas pelo processo de redução de variáveis, e foram obtidas 11 regiões cromossómicas clinicamente relevantes, sendo que amplificações das regiões 11q13.5-q14.1, 22q11.22-q11.23, 3p14.3-p14.2 e 11p14.1-p13 e deleções das regiões 22q11.22-q11.23, 6q16.1-q16.3, 17q21.31-q21.32, 3p14.3-p14.2 e 3q26.31-q26.33 apresentaram pior prognóstico e um tempo de sobrevida menor; e amplificações das regiões 17q21.31-q21.32 e 1q21.1-q21.2 apresentaram melhor prognóstico e uma sobrevivência maior. Por fim, identificaram-se potenciais biomarcadores/preditores para o CECP: APPL1, contido na região 3p14.3-p14.2 quando amplificada, tem um maior Perfil Genómico do Carcinoma da Cabeça e Pescoço: Existem RESUMO Preditores para as Diferentes Taxas de Sobrevivência? xii Joana Margarida Morgado Menoita risco de metástases; e os genes BCR e SMARCB1, contidos na região 22q11.22-q11.23 quer quando deletada ou amplificada, apresentam um pior prognóstico. Em conclusão, respondendo à questão fundamental deste projeto, os doentes de CECP dependendo das suas assinaturas genómicas têm diferentes taxas de sobrevivência e, consequentemente, melhor ou pior prognóstico. A descoberta de biomarcadores com aplicabilidade na prática clínica auxiliará na antecipação do aparecimento e/ou progressão da doença. Palavras-chave: carcinoma epidermoide da cabeça e pescoço; alterações genéticas; metástases/recidiva; biomarcadores/preditores.

As doenças cardiovasculares são a principal causa de morte em todo o mundo, representando um grande problema em relação à saúde humana. Os intervalos de tempo sistólicos (STI) representam uma possível solução para gerir este tipo de doenças. Sendo correlacionados com a função cardíaca, os STI representam um recurso valioso no prognóstico e diagnóstico sobre condição do coração, e são uma ferramenta promissora para implementar soluções de gestão de doenças cardiovasculares num acompanhamento a longo prazo. Os sons cardíacos já demonstraram ser uma abordagem útil para a avaliação dos STI [1]. Nesta tese propomos novos modelos que visam a extração automática do período de pré-ejeção (PEP) com base no som do coração (PCG), eletrocardiograma (ECG) e fotopletismograma (PPG). O valor de PEP é estimado com uma abordagem Bayesiana, onde o modelo proposto por Paiva et al. [1] é adaptado. O processamento de som do coração é um desafio pois os locais ideias para a auscultação variam de indivíduo para indivíduo. Propomos também novos modelos para extrair o PEP partindo de um abordagem multi-canal, onde usamos a informação de dois locais de aquisição diferentes, com o intuito de explorar a redundância do sinal. Os modelos de multi-canal são baseados na abordagem Bayesiana reportada por Paiva et al. [2], onde realizamos uma adaptação com o objectivo de melhorar os resultados já obtidos, utilizando uma maior quantidade de informação para estimar o PEP. A abordagem realizada para um canal único foi avaliada num grupo de 16 aquisições de sinal, referentes a quartro voluntários saúdavéis do sexo masculino. Por outro lado, os modelos de multi-canal foram aplicados a sinais adquirides de 8 indivíduos do sexo masculino, também saudáveis. Os resultados referentes à abordagem de canal único sugerem que a inclusão de propriedades fisiológicas extraídos a partir de PPG no modelo relatado de Paiva et al. [1] é um bom procedimento e que a nova abordagem pode ser aplicada para avaliar os STI. Por outro lado, os modelos de multi-canal propostos não melhoram os resultados anteriores. De acordo com Paiva et al. [2], a abordagem multi-canal deve ser aplicada para avaliar STI e os nossos resultados sugerem que é melhor usar as informações apenas a partir do canal com o melhor desempenho.

O presente trabalho tem em vista a síntese de nanocompósitos à base de zircónia, utilizando como estabilizante a ítria, e como reforço para inibição do envelhecimento, a alumina. Os nanocompósitos sintetizados têm como finalidade, a aplicação em odontologia. As nanopartículas foram sintetizadas por via química sol-gel, onde foram testadas diferentes concentrações molares de ítria para a estabilização da fase tetragonal da zircónia. As nanopartículas resultantes foram secas numa estufa a 100ºC/3h, moídas e depois calcinadas a 700ºC e 1200ºC, a fim de se obter a fase tetragonal da zircónia e α-alumina, respetivamente. As amostras foram submetidas a técnicas de análise químca e estrutural: análise térmica simultânea (DSC-TG), difração de raios-X (DRX), análise elemental (AE), espetroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e microscopia eletrónica de varrimento (MEV/SDE). A partir dos resultados obtidos por estas técnicas, escolheu-se a zircónia estabilizada com 3,4%mol de ítria (3,4YSZ), como sendo a mais adequada para a adição de alumina. Testaram-se diferentes concentrações de alumina e pela caracterização das amostras selecionou-se a amostra de zircónia estabilizada com 3,4 %mol de ítria e reforçada com 10 % em massa de alumina (3,4YSZ_10A) para a continuação do trabalho. As amostras de zircónia não estabilizada (Z), 3,4YSZ e 3,4YSZ_10A foram compactadas e sinterizadas a 1200ºC/6h e 1500ºC/3h. Posteriormente foram submetidas a testes de microdureza de Vickers e envelhecimento acelerado em saliva artificial. Ao longo de todo este processo foi possível concluir que: i) A temperatura de calcinação mais adequada para a obtenção da fase tetragonal da zircónia é 700ºC; ii) A presença de ítria inibe o crescimento de grão das partículas de zircónia; iii) O aumento da temperatura de sinterização provoca o crescimento dos grãos; iv) A ítria distribui-se uniformemente na matriz da zircónia, enquanto que a alumina é pouco solúvel na zircónia; v) Das amostras sinterizadas a 1200ºC, o material com maior dureza foi a amostra 3,4YSZ (5,26 GPa) e o mais susceptível ao envelhecimento foi a amostra 3,4YSZ_10A. A 1500ºC foi atingida maior dureza (10,63GPa) com a amostra IV 3,4YSZ_10A e o material com mais danos causados pelo envelhecimento foi a zircónia não estabilizada. Os objetivos traçados para este projeto foram alcançados, na medida em que se conseguiu estabilizar a zircónia na fase pretendida, a tetragonal. Quando utilizada a temperatura de sinterização adequada (1500ºC), a adição de alumina permite aumentar a dureza dos materiais e os compósitos de zircónia-ítria e zircónia-ítria-alumina não mostraram sinais de envelhecimento através do processo utilizado. Pôde, então, concluiu-se que os materiais desenvolvidos se apresentam muito promissores para à aplicação pretendida, isto é, á aplicação odontológica.

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.

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.

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.

A terapia génica é reconhecida como um dos grandes avanços da medicina, ao permitir o tratamento de doenças a nível genético, mudando o atual paradigma da terapêutica. A terapia génica tem como objetivo a inserção de material genético nas células e tecidos alvo de um indivíduo, de forma a curar doenças do foro genético, como, por exemplo, o cancro. Neste sentido, o desenvolvimento de vetores de entrega de material genético seguros e eficientes surge como o grande desafio para a sua aplicação clínica. Das duas classes de vetores existentes, os de natureza viral são os mais eficientes. No entanto, a sua utilização é potencialmente perigosa, provocando, entre outros danos, reações imunitárias e inflamatórias graves, razão pela qual existe um interesse crescente sobre os vetores não-virais, onde se incluem os de base polimérica. Os vetores não virais oferecem como vantagens a sua segurança e reduzida resposta por parte do sistema imunitário, assim como flexibilidade de construção e facilidade de fabrico. Neste campo, a engenharia de polímeros possibilita a afinação das propriedades químicas e físicas dos polímeros, adaptando-os, de forma a conseguir polímeros com características ótimas para a entrega de material genético. O objetivo deste trabalho foi assim investigar o potencial de um novo sistema de base polimérica para a entrega de material genético, constituído por diferentes combinações entre três polímeros catiónicos: poli(etileno glicol)-bloco-poli[2-(dimetilamino)etil metacrilato] (PEG-b-PDMAEMA), poli[2-(dimetilamino)etil metacrilato] (PDMAEMA) e poli(β-amino éster) (PβAE), sendo ainda de especial relevância o estudo da influência do PEG sobre o sistema. Foram sintetizados três copolímeros de bloco PEG-b-PDMAEMA, com segmentos de PEG com pesos moleculares entre os 400 e os 2000 g.mol-1 e um homopolímero de PDMAEMA. A síntese realizou-se com recurso a técnicas de polimerização radicalar por transferência de átomo (ATRP), o que permitiu obter polímeros com massas molares e dispersividades controladas. Foi sintetizado um quinto polímero, o PβAE, por uma reação de adição de Michael. Por limites temporais, apenas três destes polímeros foram testados in vitro como vetores de entrega de material genético: os dois homopolímeros e o copolímero PEG1000-b-PDMAEMA. x A atividade de transfeção in vitro foi avaliada em células COS-7 através de ensaios de luminescência. Paralelamente, outros parâmetros como a citotoxicidade, o grau de condensação do DNA e o tamanho e a carga superficial das nanopartículas foram também estimados. Os resultados obtidos indicaram que os poliplexos baseados na combinação de polímeros proposta são bons candidatos para a entrega de material genético, devido à sua grande capacidade de transfeção, principalmente quando comparada com o gold standard dos vetores poliméricos, a polietilenimina ramificada (bPEI). De acordo com o presente estudo, a introdução de PEG não teve influência sobre a atividade de transfeção do sistema, já que as variações na quantidade de polímero PEG1000-b-PDMAEMA não se traduziram em alterações significativas na atividade biológica das diferentes formulações. Todas as outras análises efetuadas indicaram que os poliplexos produzidos têm propriedades físico-químicas adequadas à sua aplicação, nomeadamente, carga superficial positiva, diâmetro médio abaixo dos 150 nm e uma excelente condensação do DNA. Palavras-chave: RDRP, ATRP, copolímeros de bloco, polímeros catiónicos, terapia génica.

As doenças cardiovasculares são há muitos anos a principal causa de morte em Portugal. Esse fator, juntamente com o aumento da esperança média de vida veri- ficada na sociedade atual e com as limitações das infraestruturas de saúde, levam ao crescimento de soluções baseadas em Ambient Assisted Living (AAL). O uso de dispositivos móveis facilita bastante a monitorização e diagnóstico de diversos índices orgânicos. Estes fatores originaram este projeto, que passa pelo desenvol- vimento de um dispositivo portátil de eletrocardiograma (ECG) com comunicação sem-fios para monitorização em tempo-real do paciente ou para realização de exa- mes Holter de 3 canais. Esta dissertação descreve detalhadamente as fases percorridas para o desenvolvi- mento do produto acima referido, incluindo o estudo do Estado de Arte, a elabo- ração de toda a eletrónica, a sua programação e por fim os testes realizados ao sistema. Recorreu-se, neste projeto, a um circuito integrado da Texas Instruments, o ADS1293, que possui 3 conversores Analógico-digitais (ADC), permitindo assim a recolha de pelo menos 3 derivações em simultâneo recorrendo a 5 elétrodos. A placa é composta por um leitor de cartões de memória (micro SD) para guardar os dados do Holter, um microcontrolador Atxmega128A3U para o processamen- to/reencaminhamento dos dados recolhidos e um módulo Bluetooth Low Energy da Microchip (RN4020) que permite o envio dos dados para um dispositivo móvel para visualização em tempo-real. As características fundamentais do produto são a portabilidade, a comunicação sem-fios e a autonomia. Desenvolveu-se uma aplicação para Android que permite a visualização dos dados em tempo-real, assim como um software em Matlab que permite a visualização dos dados gravados no cartão micro SD. Palavras-Chave: Eletrocardiograma (ECG), Dispositivos Médicos, Ambient As- sisted Living (AAL), ADS1293, Printed Circuit Board (PCB), ATXmega 128, Hardware, microSD, Bluetooth Low Energy, Altium Designer, Firmware, Lingua- gem C, Aquisicao de Sinal, Serial Peripheral Interface (SPI), Linguagem C#, Android, iOS, Arritmias.

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. Os sistemas de libertação localizada de fármaco são uma necessidade atual. A condução de nanopartículas de óxido de ferro até ao seu alvo através de um campo magnético aplicado é o princípio do desenvolvimento de nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro (SPIONs) como novos veículos de libertação de fármaco. O principal objetivo deste trabalho foi desenvolver um nanofluido magnético biodegradável para libertação de fármacos no cérebro. Um sistema de libertação de fármaco alia a versatilidade associada ao superparamagnetismo das nanopartículas de óxido de ferro, com a sua capacidade de aumentar a adsorção de proteínas terapêuticas. O método de síntese – decomposição térmica, que cria estes SPIONs foi estudado e, diferentes procedimentos a partir deste método foram testados, de modo a melhorar o produto da reação e a aumentar a eficácia do sistema de libertação localizada de fármaco. Estes novos procedimentos avaliaram o efeito: da alteração do rácio inicial de oleilamina/éter benzílico (A, B e C), do tempo de crescimento dos nanocristais (A*, B* e C*), da adição de sementes no processo de síntese (A+A, B+B e C+C) e da quantidade de precursor (A(2x) e C(2x)) usado; nas características das nanopartículas obtidas. A estabilidade das suspensões de SPIONs e a sua capacidade de adsorver proteínas (BSA e α-caseína) foi também testado, assim como a citoxicidade dos SPIONs produzidos. O procedimento C(2x) revelou-se o mais promissor na síntese de SPIONs de altaqualidade e de tamanho controlado. Como era desejado, os testes de DLS, XRD e TEM exibiram um aumento nos tamanhos das partículas (~10 nm) para amostras obtidas por este procedimento. Apesar das análises recorrendo a espectroscopia de Mössbauer e XRD indicarem uma mistura de magnetite e maghemite, o conteúdo de magnetite foi também aumentado. Os resultados obtidos por VSM mostraram uma saturação de magnetização melhorada (68 emu/g a 300 K e 78 emu/g a 2 K) com os SPIONs obtidos pelo procedimento C(2x). Os testes de adsorção proteica nos SPIONs provaram que esta pode ser aprimorada, quando a relação de dependência entre a solução dispersiva e a proteína a ser adsorvida foi considerada. Os resultados obtidos na caracterização das várias amostras, parecem promissores na obtenção de um nanofluido magnético biodegradável de óxido de ferro para libertação de fármaco no cérebro. Contudo, estudos adicionais são ainda necessários de modo a melhorar o sistema de libertação de fármaco e avaliar a cinética de libertação do mesmo. Palavras-chave: SPIONs; libertação de fármaco; superparamagnetismo; adsorção proteica; nanofluido magnético biodegradável, TEM, XRD, espectroscopia de Mössbauer. Nowadays, there is a great seek of a targeted drug delivery system. Guiding magnetic iron oxide nanoparticles to its target with the help of an external magnetic field is the principle behind the development of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) as novelty drug delivery vehicles. The main purpose of this work is to develop an improved biodegradable magnetic nanofluid for drug delivery in the brain. The drug delivery system allies the superparamagnetic versatility of iron oxide nanoparticles with their capacity to increase the therapeutic protein adsorption. The synthesis method that creates the SPIONs – thermal decomposition, was studied, and different procedures were tested in order to improve the reaction product and to increase the accuracy of the drug delivery targeting. These new procedures evaluated the effect of: changing the initial ratio of oleylamine/benzyl ether (A, B and C), the time for nanocrystals growth (A*, B* and C*), the addition of seeds in the synthesis process (A+A, B+B and C+C) and the amount of the precursor (A(2x) and C(2x)) used on the characteristics of the obtained nanoparticles. The stability of the SPIONs suspensions and their capacity to adsorb proteins (BSA and α-casein) were also tested, as well as the cytotoxicity of the produced SPIONs. Procedure C(2x) revealed itself the most promising to synthesize high quality, size controlled SPIONS. As desired, DLS, XRD and TEM tests showed an increase of particle sizes (~10 nm) for the samples prepared by this procedure. Although XRD and Mössbauer analysis indicate a mixture between magnetite and maghemite in the particles, the content of magnetite was also increased. VSM results also showed improved magnetization saturation (68 emu/g at 300 K and 78 emu/g at 2 K) with the SPIONs obtained from procedure C(2x). The protein adsorption tests on these SPIONs proved that the adsorption can be enhanced when the dependence relation between the dispersive solution and the protein to be adsorbed was considered. The obtained results on the characterization performed on the various samples seem promising towards a biodegradable magnetic iron oxide nanofluid for drug delivery in the brain. However, further studies are required in order to improve this drug delivery system and to evaluate the drug releasing kinetics.

Com o envelhecimento populacional o setor dos dispositivos médicos tem vindo a desenvolver soluções capazes de responder às novas necessidades e desafios evidenciados por esta população. São cada vez mais o número de soluções portáteis capazes de monitorizarem diversos sinais vitais de forma a prevenirem situações de emergência médica, estando o setor relativo ao Ambient Assisted Living( AAL), nos últimos anos, a apresentar um aumento na variedade de dispositivos médicos portáteis produzidos. A presente dissertação baseia-se no desenvolvimento de um dispositivo protótipo que consiste num oxímetro de pulso com comunicação das suas leituras via bluetooth. Os principais objetivos deste trabalho passam pelo estudo e especificação dos principais requisitos técnicos, a conceção e desenvolvimento de hardware e o desenvolvimento de uma interface gráfica para recolha dos dados via bluetooth. Ao longo deste documento são detalhados os diversos processos envolvidos no desenvolvimento do protótipo. Entre esses processos, estão incluídos o estudo dos conceitos teóricos, a elaboração dos circuitos eletrónicos e a conceção de uma placa de circuito impresso. São incluídas ainda as razões da seleção de diversos componentes utilizados como o Arduino Mega2560 e a placa de desenvolvimento da Texas Instruments CC2540. Os principais fatores tidos em conta na conceção do dispositivo foram: o custo final, capacidade de ser portável, o consumo energético, qualidade de transmissão dos dados via bluetooth e a precisão dos mesmos. De forma a aferir sobre o desempenho do oxímetro e a validade da comunicação via bluetooth foram inicialmente realizados diversos testes ao nível de hardware, tendo, posteriormente, realizado um estudo recorrendo a diversos sujeitos utilizando a interface gráfica desenvolvida para o equipamento. Palavras-chave: Oximetria de Pulso, Ambient Assisted Living (AAL), Hardware, ArduinoMega2560, CC2540, Bluetooth

Dissertação de Mestrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra. Este trabalho de mestrado tem como tema Bio-scaffolds poliméricos para construção de estruturas celulares e como objetivo a síntese de poli(éster amidas) (PEAs) de base α-aminoácido (AA), potencialmente aplicáveis em engenharia de tecidos (ET), e o estabelecimento das relações estrutura/propriedades. As PEAs foram preparadas por polimerização interfacial, um método de síntese simples, rápido e que ocorre à temperatura ambiente. Para além disso, permite obter polímero após poucas horas de reação (p.e., 2h). Os monómeros utilizados na síntese foram diaminas de base AA, dicloretos de ácido derivados de oligómeros de L-ácido lático (L-LA) ou de oligómeros ɛ-caprolactona (ɛ-CL) e o cloreto de sebacoílo. As diaminas foram preparadas a partir da reação entre os AA (glicina ou L-leucina) e dietileno glicol (DEG) na presença de ácido p-tolueno sulfónico (p-TSA). Os dicloretos de ácido foram sintetizados pela reação entre oligómeros de L-LA ou oligómeros de ɛ-CL com grupos hidroxilo terminais e o cloreto de sebacoílo. Os AA, glicina e L-leucina, foram escolhidos por apresentarem estruturas químicas bastante distintas, passíveis de conferir diferentes propriedades às PEAs. O trabalho consistiu na síntese de 3 tipos de PEAs de base glicina e 3 tipos de PEAs de base L-leucina: com cloreto de sebacoílo (PEA-SebCl-gly e PEA-SebCl-leu), com dicloreto de ácido de base ɛ-CL (PEA-PCL-gly e PEA-PCL-leu) e com dicloreto de ácido de base L-LA (PEA-PLA-gly e PEA-PLA-leu), com o objetivo de estabelecer as relações entre a estrutura das PEAs e as propriedades físico-químicas e de degradação. As estruturas químicas das PEAs foram avaliadas por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e espectroscopia de ressonância magnética nuclear de protão (1H RMN), tendo confirmado o sucesso da reação de síntese. Bio Scaffolds poliméricos para construção de estruturas celulares VI A análise termogravimétrica (TGA) revelou que as PEAs de base glicina são termicamente mais estáveis do que as de base L-leucina e que a incorporação de segmentos de L-LA e ɛ-CL não afeta a estabilidade térmica, sendo que as que contêm oligómeros ɛ-CL apresentam melhor estabilidade térmica do que aquelas em que foram introduzidos segmentos de L-LA. A análise por calorimetria diferencial de varrimento (DSC) mostrou que as PEAs de base glicina têm uma natureza semi-cristalina, ao passo que as de L-leucina têm uma natureza amorfa. A temperatura de transição vítrea (Tg) foi determinada por análise dinâmica termomecânica (DMTA) e verificou-se que as PEAs de base glicina têm uma Tg mais alta que as de base L-leucina. Verificou-se ainda que a introdução dos segmentos oligoméricos de L-LA e ɛ-CL levou a uma diminuição da Tg, o que poderá indicar um efeito plastificante destes materiais nas PEAs. Os perfis de degradação hidrolítica das PEAs, em meio fisiológico simulado (pH=7.4, 37 ˚C), indicam que a introdução de oligómeros de base poliéster na estrutura das PEAs altera o comportamento de degradação das PEAs. A incorporação de segmentos de L-LA aumenta a percentagem de perda de massa ao longo do teste, enquanto os oligómeros de ε-CL introduzidos diminuem a percentagem de perda de massa das PEAs, muito provavelmente devido a um aumento da hidrofobicidade do polímero. No que concerne à degradação enzimática, a introdução de oligómeros de base oligoéster nas PEAs diminui a sensibilidade à ação das enzimas, sendo que as PEAs sintetizadas com cloreto de sebacoílo apresentam valores significativamente superiores de perda de massa comparativamente às restantes, degradando quase ou mesmo totalmente ao fim das 144 horas de teste.

Na doença de Parkinson, a perda progressiva de neurónios produtores de dopamina da substantia nigra pars compacta conduz a desequilíbrios neuroquímicos da gânglia basal e, consequentemente, ao surgimento de sintomas como bradicinesia, rigidez das extremidades e tremor. Sintomas reminiscentes destas disfunções motoras, assim como sinais não motores de doença de Parkinson, foram revelados num modelo transgénico de murganho, modelo este que expressa apenas 5% da proteína transportadora vesicular monoaminérgica (VMAT2-deficient). A doença de Parkinson é tipicamente tratada com o fármaco L-DOPA, um percursor da dopamina. Dado que a degradação da molécula de L-DOPA pela enzima catecol-O-metiltransferase (COMT) leva ao aumento dos níveis de homocisteína, um fator de risco cardiovascular e demência, a reposição terapêutica prolongada de dopamina poderá acelerar a disfunção neuronal e a neurodegeneração. Para além do uso de L-DOPA, tentativas anteriores para restaurar os níveis de dopamina e simultaneamente promoverem neuroprotecção não foram bem-sucedidas. Este estudo investigará os efeitos do inibidor enzimático da enzima COMT, Tolcapone, nas funções motoras, nas performances olfactiva e cognitiva, e mais tarde, na evolução dos marcadores bioquímicos de neurodegeneração e dos níveis sanguíneos de homocisteína em murganhos VMAT2-deficient. Propõe-se que o fármaco Tolcapone possa não só reduzir a degradação de L-DOPA mas adicionalmente favorecer o tratamento da doença de Parkinson aumentando e estabilizando os níveis de dopamina. Além disso, sugere-se ainda que a inibição farmacológica da enzima COMT oferece benefícios significativos a longo-prazo no contexto da doença de Parkinson: reduz o risco de episódios cardiovasculares, atrasa o aparecimento de declínio cognitivo, e sobretudo, oferece significativos efeitos neuroprotetores. Palavras-chave: doença de Parkinson, inibição de COMT, neurofarmacologia, modelo animal de PD, comportamento.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra. In current surgical procedures, an incidence of approximately 0.2% of intraoperative awareness incidents, due to inadequate anesthesia, have been reported. A considerable amount of these reports result in psychiatric disorders. On the other hand, excessive anesthesia has been proven to increase postoperative recovery times and complications. One of the main challenges that Medicine has faced is the correct monitoring of depth of anesthesia. Several monitoring methods have been presented through the years, the majority of them based on visual evaluations and lacking on objectivity. More recently a more reliable set of monitors have been developed based on the recording of several biological signals. Since it has been shown that brain activity alters during general anesthesia, the most studied monitors are based on the monitoring of the brain’s electrical activity through electroencephalogram (EEG). In this thesis we developed from scratch a methodology that uses a usual telecommunications systems’ technology to track frequency variations in EEG signals of patients under general anesthesia. The technology is based on a phase-locked loop (PLL) circuit incorporating a preprocessing subcircuit that helps remove interferences and prepares the EEG signal to comply with the requirements. This devices allows for a real-time estimation of frequency components, without requiring signal windowing. This has great advantages from a spectral analysis point-of-view since it minimizes the risk of frequency leakage. It was found that the designed circuit, for single frequency signals, presented a hold range of 55Hz enough to cover the desired frequency range of an EEG and could track abrupt frequency variations of 20Hz. However, it was also found, with the Simulink model, that for mixed signals (several frequency components) the circuit locks into different components depending on the VCO’s initial frequency. The same conclusions could not be observed in analog implementation, due to lack of time. However, we believe that the results of the Simulink model would be reproduced by the implemented physical circuit. Atualmente, cerca de 0.2% das cirugias realizadas registam casos de pacientes com consicência intraoperativa devido a uma dosagem inadequada de anestesia. Grande parte destes casos resultam em transtornos psicológicos. Por outro lado, doses excessivas de anestesia resultam num aumento de tempo de recuperação e de complicações no período pós-operatório. O desenvolvimento de métodos fiáveis para uma correta monitorização da profundidade de anestesia tem sido um dos maiores desafios da Medicina. Ao longo dos anos, vários métodos têm sido utilizados, a maioria deles baseados em avaliações visuais, resultando numa falta de objetividade. Recentemente tem sido desenvolvido um conjunto de dispositivos para monitorização baseados na análise de sinais biológicos. Uma vez que tem sido provado que a atividade cerebral é afetada pela administração de certos fármacos durante o procedimento de anestesia geral, a grande maioria destes novos monitores baseia-se na monitorização a atividade elétrica cerebral por meio de eletroencefalogramas (EEG). Neste tese desenvolveu-se de raíz uma metodologia baseada em tecnologias de sistemas de telecomunicações para detetar variações de frequência em sinais de EEG recolhidos de pacientes sob anestesia geral. A tecnologia baseia-se num circuito de captura de fase (do inglês Phase-Locked Loop (PLL)). Este sistema permite uma estimativa, em tempo-real, das componentes de frequência do sinal. Esta propriedade permite que não seja necessário recorrer a janelamento do sinal, durante o seu processamento, representando grandes vantages a nível da análise espetral. Deste forma, é evitado o espalhamento espetral. Verificou-se que o circuito consegue detetar variações de frequência numa gama de 55Hz (Hold range), para sinais com uma única frequência, congruente com a largura de banda dos sinais de EEG. O circuito consegue ainda seguir variações bruscas de frequência de 20Hz (Pull-out range). Contudo, para sinais com várias componentes de frequência, foi observado, com o modelo Simulink, que a sincronização pelo PLL depende fortemente da frequência inicial do VCO. Devido a dificuldades de tempo não houve possibilidade de o comprovar, mas dadas as concordâncias nos restantes resultados, é de esperar que o circuito implementado consiga reproduzir os mesmos resultados do modelo Simulink.

Este trabalho tem como objectivo o desenvolvimento de membranas nanofibrosas de base polimérica capazes de actuar como um sistema de libertação controlada e localizada do antibiótico sulfato de gentamicina (GS). Pretende-se que estes sistemas possam ser implantados aquando de uma cirurgia ortopédica, de forma a prevenir ou tratar o desenvolvimento de uma eventual infecção óssea no período pós-cirurgico. A libertação controlada e localizada de fármacos tem como objectivo desenvolver sistemas de entrega de fármacos que possuam a capacidade de controlar, temporal e espacialmente, a concentração de fármaco disponível no organismo. A maioria dos sistemas de libertação controlada (SLC) desenvolvidos é de base polimérica, isto é devido à variedade de propriedades químicas, físicas e biológicas exibidas por este tipo de materiais e à facilidade do seu processamento. Um método de processamento de polímeros considerado bastante atraente para a preparação de SLC é a electrofiação, uma técnica que permite produzir fibras de base polimérica com diâmetros desde alguns micrómetros até algumas centenas de nanómetros. Estas estruturas apresentam uma elevada relação de área superficial por volume, o que é favorável à incorporação e libertação de fármacos. Por outro lado esta característica também favorece uma libertação inicial muito rápida e extensa do fármaco incorporado, o que pode não ser desejável para alguns tipos de terapia. Este problema é mais acentuado quando o fármaco que se pretende encapsular é hidrofílico, como é o caso do antibiótico sulfato de gentamicina. Uma possível solução para este problema vem na forma de nanopartículas de sílica mesoporosa (MSN’s), um material muito investigado para a imobilização e libertação de fármacos. Assim, e numa tentativa de obter membranas nanofibrosas com uma libertação de GS de forma mais controlada e por intervalo de tempo relativamente longo, neste trabalho imobilizou-se GS em nanopartículas de silíca mesoporosa. Estas partículas foram então dispersas numa solução polimérica que posteriormente foi sujeita a electrofiação, obtendo-se dessa forma a incorporação das MSN’s carregadas com a GS nas nanofibras produzidas. Como material poliméricos utilizou-se os polímeros poli(ácido láctico) PLA e poli(ácido láctico-co-glicólico) PLGA, misturados em diferentes proporções. Para comparação, preparam-se também membranas onde o antibiótico foi directamente disperso na solução polimérica, e membranas em que metade da GS incorporada se encontrava imobilizada nas MSN e a outra metade na forma livre. As MSN’s- antes e depois do carregamento com GS- foram caracterizadas do ponto de vista físico através de medidas de adsorção/desorção de azoto, o que permitiu a determinação da área específica, volume de poro e tamanho médio de poro das partículas. Adicionalmente, a quantificação da GS imobilizada nas nanopartículas foi determinada por meio de análises termogravimétricas, tendo-se obtido uma percentagem de carregamento de 30% (p/p). As membranas nanofibrosas produzidas foram caracterizadas por SEM, determinação de ângulos de contacto com a água, testes de libertação in vitro e testes microbiológicos. xii Os resultados dos testes de libertação in vitro demonstraram que as membranas nanofibrosas com a GS imobilizada nas MSN apresentavam uma libertação mais controlada e prolongada do antibiótico, em comparação com as membranas onde a GS se encontrava na forma livre. Também se verificou que a composição polimérica da membrana afecta a cinética de libertação do antibiótico, especialmente nas membranas com MSN. Adicionalmente os testes microbiológicos provaram que a GS manteve a sua capacidade antibacteriana mesmo após ter sido sujeita a vários processos como a encapsulação em MSN’s e posteriormente a electrospinning.

A técnica de Microarray de Hibridização Genómica Comparativa (arrayCGH) permitiu um avanço significativo no diagnóstico de doenças de desenvolvimento incompreensíveis através da deteção de variações do número de cópia genómicas (CNVs) que antes eram indetetáveis por outros tipos de tecnologias citogenéticas. Através desta técnica são detetadas síndromes genéticas já identificadas mas também novos distúrbios e novas doenças genómicas causadas por CNVs. A avaliação da patogenicidade das CNVs detetadas por arrayCGH está direta ou indiretamente relacionada com a consulta de CNVs previamente classificadas e arquivadas. Quando é detetada uma CNV anteriormente não observada, os clínicos tem de interpretar uma variação de significado clínico incerto (VOUS) o que pode ser muito complicado para eles. No entanto, a partilha de CNVs classificadas entre laboratórios pode ajudar quando uma variação destas aparece, de modo a poder classificá-la como benigna ou patogénica. Guardar, consultar e partilhar informação sobre CNVs de uma forma fácil é muito importante para os clínicos e para os laboratórios de modo a que estes possam fazer um diagnóstico correto dos seus pacientes. Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de uma base de dados, usando a tecnologia LAMP (Linux, Apache, MySQL e PHP), para guardar registos de arrayCGH e para dar aos clínicos laboratoriais uma interface para consultar e gerir CNVs.

Dissertação de Mestrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra The term transcranial magnetic stimulation (TMS) refers to the capability of inducing neurocurrents in the brain by the application of transient magnetic fields, properly generated and delivered through a stimulating coil. Since its introduction, about 30 years ago, this non-invasive technique has been widely used both for neuroscience research and, more recently, in the handling of refractory depression and migraine. However, many other clinical applications such as Alzheimer disease, Parkinson disease, schizophrenia or autism, may potentially benefit from the ability of TMS systems to neuromodulate deeply located brain regions with sufficient intensity, which remains inaccessible to standard TMS coils. The present dissertation describes the optimisation work that allowed the proposal of a new TMS system, comprised of five large coils, termed orthogonal configuration, specifically designed to induce an electric field at the centre of the brain with unprecedented magnitude (60 % of the magnitude of the field induced at the superficial cortex). By immersing the whole system in a conducting liquid it was demonstrated, via COMSOL Multiphysics® AC/DC simulations, that such penetration capability clearly surpasses state of the art TMS devices. For the first time, the safety of the patient and of the system operator was guaranteed, through the implementation of a metal shielding structure, surrounding the 5-coil system and the patient head, able to reduce the current density induced in the patient(operator) torso by, at least, two(four) orders of magnitude. In addition, a pioneer simulation study proved the importance of having conductive tissues around the brain, including the skull. The orthogonal configuration induces brain currents via TMS only. Nevertheless, we have found that, with the conductive liquid surrounding the patient brain, a strong component of the induced brain current arises by means of currents existing in all head interfaces, with the skull being the limiting medium. Finally, a new power electronics system was designed and simulated, under PSpice®, towards the development of a high-frequency magnetic stimulator capable of delivering TMS pulses up to 10 Hz, thus allowing the 5-coil system to apply excitatory TMS protocols. A estimula¸c˜ao magn´etica transcraniana (TMS) ´e uma t´ecnica n˜ao invasiva capaz de induzir correntes el´etricas no tecido cerebral, atrav´es da aplica¸c˜ao de campos magn´eticos transientes, gerados e aplicados a partir de uma bobina. Desde o seu aparecimento, em 1985, a TMS tem sido bastante utilizada quer em investiga¸c˜ao acad´emica quer na pr´atica cl´ınica, tendo sido recentemente aprovada para o tratamento da depress˜ao refrat´aria e enxaqueca. No entanto, doen¸cas como esquizofrenia, doen¸ca de Alzheimer ou autismo poderiam beneficiar bastante se os sistemas atuais de TMS tivessem a capacidade de estimular regi˜oes profundas do c´erebro com a intensidade necess´aria `a ativa¸c˜ao neuronal. A presente disserta¸c˜ao descreve todo o processo de otimiza¸c˜ao que serviu de base ao desenvolvimento, atrav´es do software COMSOL Multiphysics® AC/DC, de um novo sistema TMS, designado por configura¸c˜ao ortogonal, cujas cinco bobinas foram especificamente projetadas para induzir no centro do c´erebro um campo el´etrico com uma intensidade sem precedentes (60 % da intensidade do campo induzido `a superf´ıcie do c´ortex), ultrapassando o estado da arte dos dispositivos de TMS. Para al´em deste resultado e pela primeira vez, conseguiu-se ainda garantir a seguran¸ca tanto do doente como do operador do sistema atrav´es da implementa¸c˜ao de uma estrutura met´alica em redor das 5 bobinas e da cabe¸ca do paciente, que permitiu reduzir a valores negligenci´aveis a densidade de corrente induzida no cora¸c˜ao do doente/operador. Atrav´es deste trabalho foi ainda poss´ıvel provar a importˆancia de existirem tecidos condutores em torno do c´erebro, incluindo o crˆanio, que influenciam fortemente a distribui¸c˜ao de correntes induzidas no c´erebro. E verdade que a ´ indu¸c˜ao de correntes provocada pela configura¸c˜ao ortogonal se baseia apenas na TMS. No entanto, a existˆencia de l´ıquido condutor envolvendo a cabe¸ca do paciente possibilita a existˆencia de uma corrente el´etrica no crˆanio que influencia fortemente a distribui¸c˜ao de corrente obtida no c´erebro. Finalmente, projetou-se um circuito de eletr´onica de potˆencia, atrav´es do PSpice®, capaz de alimentar o sistema proposto de 5 bobinas de tal forma a que seja poss´ıvel aplicar pulsos TMS a uma taxa de 10 Hz, um protocolo respons´avel por induzir respostas neuronais excitat´orias.

Dissertação de Mestrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra. Estudos mostram que a adesão dos pacientes à medicação é ainda um grande desafio para a indústria farmacêutica, sendo que 50-60% dos pacientes crónicos nos EUA admite não cumprir devidamente a terapêutica prescrita. Desta forma, as empresas farmacêuticas têm direcionado a sua investigação para novas formas farmacêuticas centradas no paciente. Uma das tecnologias mais promissoras neste campo é os Oral Thin Films (OTFs). Os OTFs são uma forma farmacêutica sólida para libertação rápida ou controlada do medicamento na cavidade oral. Atualmente há já cerca de 10 produtos no mercado, sendo que esta nova forma farmacêutica tem sido bem recebida pela população, devido sobretudo às suas vantagens únicas. São fáceis de engolir e não há necessidade de beber água, têm sabor agradável e podem melhorar a segurança do medicamento, ao reduzir os seus efeitos secundários. Devido a estas vantagens, os OTFs são particularmente adequados para administração em pacientes com dificuldades em engolir, como idosos, crianças e pessoas com doenças neuro-motoras. Nesta dissertação é explorado o processo de fabricação de OTFs, com o objetivo de identificar os requisitos necessários para a implementação de uma nova unidade de fabrico para o desenvolvimento e produção comercial de OTFs. Assim, uma parte específica deste trabalho foi tentar perceber qual o tipo de equipamento necessário, como funciona e quais são os modelos disponíveis no mercado. Através de uma intensa pesquisa e procura de mercado, foi possível analisar 39 equipamentos de vários tipos, estudar os seus aspetos críticos e estimar as suas capacidades. Por fim foi possível determinar o investimento necessário, esboçar o desenho da nova unidade e traçar um road-map para a sua implementação.

Dissertação de Mestrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra. O estudo do endotélio corneano constitui uma importante plataforma para a evolução do tratamento das endoteliopatias oculares. As disfunções do endotélio corneano são a principal indicação para o transplante de córnea. O número reduzido de córneas disponíveis para transplante, bem como as dificuldades inerentes à quantidade de células e às suas condições de preservação em banco de olhos dificultam o processo de tratamento de doentes com perda de acuidade visual de origem corneana. Apesar dos largos anos de estudo do endotélio corneano, os avanços na compreensão deste tecido e das suas células são ainda restritos, acentuando a importância do seu estudo. Estes assuntos são detalhados no capítulo I no qual é realizada a contextualização teórica deste trabalho. No capítulo II, são descritos os objetivos do estudo exposto nesta dissertação sendo o objetivo primordial a expansão ex vivo das células de endotélio corneano, que se sabe, não apresentarem capacidade proliferativa, in vivo. Deste modo e com base na literatura, os trabalhos precedentes à presente dissertação passaram, inicialmente, pela otimização das condições de cultura celular até se obter um protocolo de cultura reprodutível, seguida de estudos de imunocitoquímica para análise das células das culturas obtidas. Considerando a natureza deste trabalho e com o propósito de facilitar a sistematização e a compreensão optou-se por descrever no capítulo IV as metodologias adotadas para o estabelecimento das culturas primárias e os respetivos resultados obtidos para cada procedimento. No capítulo V são descritos os estudos de imunocitoquímica que foram realizados com vista a caracterizar as culturas primárias obtidas, apresentando métodos e respetivos resultados. Este trabalho permitiu o estabelecimento de um protocolo reprodutível de obtenção de culturas primárias de células de endotélio corneano, sendo no capítulo 6 discutidos os aspetos mais relevantes e no capítulo VII enumeradas as principais conclusões. No futuro, perspetiva-se que este trabalho possa contribuir para a realização de estudos morfológicos e fisiológicos que poderão garantir melhor conhecimento das características das células de endotélio corneano, das suas funções enquanto tecido e potencial de aplicação em medicina regenerativa.

Dissertação de Mestrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra. A atual fase de tratamentos de radiocirurgia estereotáxica começou no IPOCFG em 2008, depois da modernização do serviço de radioterapia. Até ao momento, já foram tratadas mais de 400 lesões cerebrais, sendo a maioria metástases. A radiocirurgia estereotáxica é uma modalidade terapêutica em que altas doses de radiação ionizante são administradas numa única fração, a lesões intracranianas de pequenas dimensões e com limites bem definidos. Desta forma consegue-se atingir o volume a tratar, poupando os tecidos cerebrais sãos envolventes. No IPOCFG, a radiocirurgia é realizada usando um micro-colimador multifolhas da Brainlab (m3 mMLC), com completa integração num acelerador linear, em modo de fotões de 6 MV. A técnica de irradiação baseia-se na distribuição de dose por 6 a 7 arcos não coplanares convergentes no centro de massa da lesão (isocentro). Este tratamento é feito num único dia, integrando um conjunto de passos, levados a cabo por uma equipa multidisciplinar. O meu projeto de mestrado centrou-se na fase de planeamento do tratamento. Os objetivos foram: 1) configurar os parâmetros de tratamento de acordo com o tipo de tumor e a sua localização, no sentido de constituir planos-modelo para agilizar e optimizar o processo de planeamento; e 2) face à casuística de lesões tratadas no IPOCFG avaliar se a aquisição de um MLC de 160 folhas com 5 mm de largura (MLC-160) permitiria dispensar o uso do m3 mMLC sem comprometer significativamente a qualidade dos planos clínicos. Durante a fase de planeamento do tratamento, a qualidade da distribuição de dose avalia-se através índices de dose-volume. Estes índices são uma ferramenta muito poderosa que facilita a tomada de decisões durante a comparação dosimétrica de vários planos. Por isso, começou por ser feita uma revisão bibliográfica e uma análise crítica dos índices de qualidade descritos na literatura. Subsequentemente, foram desenvolvidos planos-modelo específicos para o tratamento de casos clínicos de neurinoma do acústico e metástases cerebrais e avaliada a qualidade dos planos. A aplicação destes modelos e o ajuste da forma das folhas do m3 em 2 ou 3 arcos dos 6 a 7 usados no tratamento permitiu uma redução do tempo de planeamento em cerca de 1/2 - 1/3. Adicionalmente, foi feita uma análise da casuística de lesões metastáticas tratadas no IPOCFG, e avaliado o resultado do tratamento em termos de sobrevivência e controlo tumoral local. Entre Março de 2008 e Dezembro de 2014, foram tratados 168 viii doentes com um total de 250 metástases cerebrais. O tempo de sobrevida mediano estimado foi de 9 meses após a data de tratamento. A idade do doente e a localização do tumor primário foram identificados como fatores que afetam a sobrevivência. Quanto ao controlo local, 85.2% das metástases cerebrais avaliadas foram controladas ou desapareceram, sendo que não foram encontrados fatores associados com a progressão local do tumor. Por último, foi estudado em que medida é que a eventual substituição do m3 pelo MLC-160, contribuiria ou não para a degradação da qualidade dos planos de tratamento. Foi demonstrado que a dispensa do m3 não representa uma boa opção. Os principais problemas associados a essa mudança residiriam na diminuição da conformidade da distribuição dose, bem como numa proteção menos efetiva das estruturas críticas, principalmente quando se consideram lesões irregulares ou próximas de órgãos de risco. Palavras-chave: Radiocirurgia estereotáxica, planeamento do tratamento, qualidade dos planos, índices dose-volume, colimador multifolhas, largura das folhas

A Doen ca de Parkinson (DP) est a associada a uma perda de neur onios produtores de dopamina no sistema nigroestriatal. Por consequ^encia, a organiza c~ao temporal da actividade motora cortical durante a contrac c~ao muscular e planeamento e execu c~ao de movimento vai ser afectada. Dist urbios no sistema dopamin ergico podem levar a manifesta c~ao de sintomas motores tais como movimentos oscilat orios involunt arios (tremor), bradicinesia, rigidez muscular e instabilidade postural e tamb em d e ces cognitivos. O tremor na DP pode ocorrer numa posi c~ao de repouso ou de postura, ou em ambas as situa c~oes. Os tremores de repouso e postural podem sobrep^or-se na frequ^encia. V arios estudos t^em evidenciado que o tremor de repouso se manisfesta no intervalo de 4 a 6 Hz. Por outro lado, o tremor postural revelase tipicamente na gama de 5 a 12 Hz, o que torna dif cil distinguir ambos os tipos de tremor em termos da distribui c~ao de frequ^encias. Este estudo apresenta uma an alise comportamental quantitativa dos tremores de repouso e postural na DP associada a um estudo de imagem por resson^ancia magn etica functional (fMRI em ingl^es). O objectivo e implementar algoritmos que consigam caracterizar a frequ^encia e amplitude do tremor na DP manifestado quando e realizada uma tarefa em que a posi c~ao do bra co do participante alterna entre o repouso e a postura. Para avaliar e quanti car o tremor durante a realiza c~ao da tarefa foram adquiridos simultaneamente sinais de acelerometria e electromiogra a de superf cie (sEMG). Estas duas t ecnicas t^em sido frequentemente utilizadas para detectar e quanti car o tremor na DP. A tarefa foi realizada seis vezes em cada sess~ao sendo que em tr^es delas foi adicionado um peso a cada pulso do participante. Este estudo preliminar incluiu tr^es doentes parkins onicos idiop aticos. Na an alise o -line, os sinais de acelerometria e sEMG foram ltrados removendo assim os artefactos introduzidos pelo pulso de radiofrequ^encias e pelos gradientes de campo magn etico aplicados durante a acquisi c~ao das imagens funcionais. De seguida, procedeu-se a inspec c~ao do espectro de frequ^encias por forma a avaliar as altera c~oes a n vel de amplitude e frequ^encia ao longo da realiza c~ao da tarefa. Foram calculados par^ametros tais como picos de pot^encia e xiii frequ^encia correspondente e pot^encia total do espectro para cada um dos segmentos da tarefa (em repouso e na postura). O envelope do sinal foi tamb em avaliado e a area abaixo do envelope foi determinada para cada segmento da tarefa. Foram tamb em determinados os intervalos em que h a tremor para cada sinal, sendo essa informa c~ao utilizada numa an alise multi-estudos que aplica o Modelo Linear Geral (GLM, em ingl^es). Foi ainda realizada uma an alise adicional com o objectivo de perceber quais as bandas de frequ^encia que mais contribuem para a pot^encia do sinal. As gamas de frequ^encia podem tamb em ser correlacionadas com as altera c~oes observadas no sinal BOLD (Blood Oxygen Level Dependent). Os resultados con rmaram que a manuten c~ao dos bra cos numa posi c~ao postural origina um aumento consider avel da amplitude do tremor, comparando com a posi c~ao de repouso. Os gr a cos da frequ^encia em fun c~ao da amplitude mostraram picos distintos no intervalo de frequ^encias de 5 a 12 Hz. Nomeadamente, num dos doentes foram identi cados picos de pot^encia pr oximos de 5 Hz nos segmentos de postura. Foram ainda identi cados segundos picos perto de 10 Hz. Estes ultimos est~ao ausentes nos gr a cos dos segmentos de postura para os outros dois doentes. O estudo de uma popula c~ao maior e homog enea vai esclarecer que tipo de tremor, postural ou reemergente, d a origem aos picos identi cados, sendo que ambos os tremores podem co-existir na mesma gama de frequ^encias. Aumentar o n umero de participantes vai permitir estudar o efeito da introdu c~ao de um peso durante a tarefa, o que se veri cou que n~ao resultar em altera c~oes consider aveis na amplitude do tremor. A metodologia de processamento de sinal desenvolvida ao longo desta tese teve como objectivo analisar sinais de acelerometria e electromiogra a de superf cie adquiridos dentro de um scanner de resson^ancia magn etica. Foram ainda calculados par^ametros que possibilitam a distin c~ao dos tremores de repouso e postural. Adicionalmente, a obten c~ao simult^anea de imagens funcionais pode revelar informa c~ao acerca das regi~oes do c erebro que s~ao activadas quando diferentes tarefas concebidas para modular o tremor s~ao executadas. Combinar a informa c~ao fornecida pelas tr^es t ecnicas, acelerometria, sEMG e fMRI pode ser determinante na caracteriza c~ao e separa c~ao dos tremores da DP e tamb em na identi ca c~ao dos circuitos cerebrais que os desencadeiam. Palavras-chave: Doen ca de Parkinson, Tremor, Acelerometria, Electromiogra a de Superf cie, Imagem por Resson^ancia Magn etica Funcional

Dissertação de Mestrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra. Arterial Spin Labeling (ASL) é uma técnica de MRI (Magnetic Resonance Imaging) que permite a quantificação de perfusão de forma não-invasiva, usando a água do sangue arterial marcada magneticamente como um traçador endógeno. Desde o seu desenvolvimento em 1992 por Williams et al. tem vindo a ser aperfeiçoada, sendo atualmente uma técnica muito promissora. No entanto, um dos seus problemas quando comparada com outras modalidades de imagem é o baixo rácio sinal-ruído aquando medições em matéria branca, maioritariamente devido à baixa perfusão intrínseca do tecido e também ao seu maior tempo de trânsito, quando comparado com a matéria cinzenta. Através da combinação de ASL pulsado com localização espectroscópica single-voxel – numa sequência denominada FAIRPRESS – já foram previamente obtidas medições de perfusão altamente sensíveis. O primeiro passo deste projeto foi otimizar esta sequência para quantificação de perfusão na matéria branca de voluntários saudáveis. A medição da ativação em matéria branca usando BOLD (Blood Oxygen Level Dependent) fMRI (MRI funcional) é bastante difícil e algo controversa, mas ainda assim o número de estudos que reportam ativação neste tecido aumentou recentemente, maioritariamente no corpo caloso e usando tarefas interhemisféricas. A nova abordagem proposta neste projeto foi utilizar fMRI de perfusão, que já demonstrou algumas vantagens relativamente a BOLD em estudos funcionais, mas focando-se na matéria branca. O sinal BOLD foi simultaneamente adquirido durante estas experiências. A reconstrução e os estímulos usados foram melhorados ao longo do projeto, e a força do campo magnético utilizado foi também aumentado dos 3T usados na prática clínica para o campo ultra-elevado de 9.4T, utilizado apenas em investigação. Os resultados demonstraram bons valores quantitativos de perfusão usando a sequência otimizada no cérebro em repouso, tanto na matéria branca como cinzenta. As experiências de ativação mostraram-se promissoras na medição de alterações na perfusão e em BOLD relacionadas com a ativação na matéria cinzenta. Contudo, não foi possível observar ativação significativa na matéria branca, o que poderá indicar que não existem diferenças entre os estados de repouso e ativação neste tecido, e que a ativação neuronal é puramente restrita à matéria cinzenta. Por outro lado, alguns dados mostraram uma tendência para terem maiores valores de perfusão aquando a ativação, o que poderá indicar que melhorando o posicionamento do voxel x na região ativa do corpo caloso, poderiam ser feitas medições de ativação significativas. No futuro, pretende-se combinar esta técnica com tractografia DTI (Diffusion Tensor Imaging), para auxiliar ao posicionamento do voxel nas áreas ativas do corpo caloso, para medições mais precisas de perfusão em matéria branca durante a ativação.

Dissertação de Mestrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra. Arterial Spin Labeling (ASL) é uma técnica de Ressonância Magnética que fornece medidas quantitativas de fluxo sanguíneo cerebral (FSC) regional, de forma não invasiva, utilizando a água presente no sangue arterial como um marcador endógeno. Anormalidades ou perturbações no processo de perfusão podem ter efeitos marcantes, especialmente no cérebro, que é um órgão muito perfundido. De facto, várias condições patológicas (nomeadamente acidentes vasculares cerebrais agudos, tumores cerebrais, doenças neurodegenerativas e epilepsia) estão associadas a valores anormais de FSC. Portanto, ASL tem um valor fundamental no diagnóstico e acompanhamento do tratamento de doenças do cérebro. Pseudo-continuous ASL (pCASL) é o método de implementação recomendado para estudos ASL, uma vez que combina as vantagens de métodos anteriores, uma elevada relação sinal-ruído (S/N) e eficiência de inversão. O objetivo deste trabalho consiste na otimização e implementação de uma sequência pCASL desenvolvida in-house. Foram realizados quatro estudos para avaliar o desempenho dos parâmetros da sequência para medir perfusão na matéria cinzenta e o impacto na qualidade da imagem usando dois head coils diferentes: i) determinação da largura de banda e flip angle ótimos dos pulsos de inversão, ii) implementação de supressão do sinal do tecido estático completa e incompleta, iii) comparação de balanced/ unbalanced pCASL e sequências de aquisição nomeadamente Echo Planar Imging (EPI) e True Fast Imaging with Steady-state free Precession (TrueFISP) e iv) comparação da qualidade das imagens de perfusão obtidas com dois head coils diferentes. As imagens de perfusão foram adquiridas através de medições experimentais em voluntários saudáveis, para cada estudo. A análise dos dados foi realizada com o software MATLAB, usando scripts programados in-house e SPM8, e o impacto dos diferentes parâmetros no S/N e no FSC resultantes foi avaliado. Considerando os parâmetros testados, a análise dos resultados sugere o uso de pulsos de inversão Gauss, flip angle igual a 24º ou 28º e supressão completa do sinal estático, a fim de maximizar o S/N das imagens resultantes. Os resultados estão de acordo com publicações anteriores sobre a influência da supressão do sinal do tecido estático e flip angle no S/N. A maior contribuição deste trabalho consistiu no desenvolvimento de uma sequência de confiança adequada para futuras investigações experimentais de perfusão XII cerebral. No futuro seria interessante testar a capacidade da sequência para detetar alterações de perfusão em estudos funcionais. Palavras-Chave: Ressonância Magnética; Arterial Spin Labeling; Pseudo-Continuous Arterial Spin Labeling; Otimização Experimental; Sequência

Dissertação de Mestrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra. Current musculoskeletal foot-ankle models have a limited complexity and therefore they are not able to capture the full functionality of the foot-ankle complex. However, in the context of the Aladyn project, which aims at developing custom insoles with dynamic structures through 3D printing, there is need to model this complexity for extending the level of scientific evidenced-based insole design using multi-body dynamic simulations. In this work, an extended musculoskeletal foot model is developed in OpenSim, incorporating the foot anatomical structures, intrinsic muscles and ligaments. A five-segment foot model is developed including a talus, calcaneus, midfoot, forefoot and toes segment. Five joints interconnect these segments and connect them with the lower leg segment: ankle (tibia-talus), subtalar (talus-calcaneus), chopart (calcaneusmidfoot), tarsometatarsal (midfoot-forefoot) and metatarsophalangeal (forefoot-toes). Two foot models were constructed with di↵erent number of degrees-of-freedom (DOF): an eight DOF and a fifteen DOF. Based on the number of foot segments spanned, thirty intrinsic muscles and thirty-six ligaments are included. The characteristic parameters of these anatomical structures are retrieved from literature. Experimental motion capture data, including marker trajectories, force and plantar pressure data of five healthy subjects is used to perform the scaling, inverse kinematics and inverse dynamics analysis. Both the kinematic and dynamic results, are very consistent with literature. The eight DOF model proved to be more suitable to serve the purpose of this project. It presented less inter-subject variability when compared to the fifteen DOF model. The presence of ligaments in the model is found to contribute to the generation of joint moment and power. However, further work on the refinement of the parameters that characterize the intrinsic muscles and ligaments is necessary before proceeding to forward simulation analysis, and as such that it can be used in clinical practice. Actualmente, os modelos tridimensionais musculoesquel´eticos do complexo p´e-tornozelo n˜ao s˜ao representativos de toda a funcionalidade e complexidade do p´e humano. Neste trabalho, inserido no projeto Aladyn (cujo objetivo ´e desenvolver palmilhas personalisadas com estruturas dinˆamicas atrav´es da impress˜ao 3D), h´a necessidade de criar um modelo mais representativo desta complexidade para elevar o n´ıvel cient´ıfico do design de palmilhas atrav´es de simula¸c˜oes dinˆamicas de corpos m´ultiplos. Assim, ´e desenvolvido um modelo musculoesquel´etico do p´e-tornozelo em OpenSim, incorporando estruturas anat´omicas ao n´ıvel do p´e: m´usculos intr´ınsecos e ligamentos. O modelo cont´em cinco segmentos: calcˆaneo, t´alus, m´edio-p´e, ante-p´e e dedos. Os segmentos s˜ao interligados por quatro articula¸c˜oes: subtalar (t´alus - calcˆaneo), chopart (calcˆaneo - m´edio-p´e), tarsometatarsal (m´edio-p´e - ante-p´e) e metatarsofalangeana (ante-p´e - dedos); e por sua vez, estes s˜ao ligados `a parte inferior da perna atrav´es da articula¸c˜ao do tornozelo (tibia - t´alus). Tendo em conta o n´umero de articula¸c˜oes, s˜ao constru´ıdos dois modelos com diferentes graus de liberdade: um deles com oito e o outro com quinze graus de liberdade. De acordo com o n´umero de segmentos do p´e, s˜ao inclu´ıdos trinta m´usculos intr´ınsecos e trinta e seis ligamentos. Dados experimentais de captura de movimentos humanos motion capture, for¸ca e press˜ao plantar de 5 sujeitos saud´aveis s˜ao usados para realizar o dimensionamento do modelo, bem como an´alises de cinem´atica inversa e dinˆamica inversa. Os resultados obtidos, tanto cinem´aticos como cin´eticos est˜ao de acordo com a literatura. O modelo de oito graus de liberdade revela ser mais adequado para o prop´osito deste projeto, pois apresenta menos variabilidade inter-sujeito quando comparado com o modelo de 15 graus de liberdade. A incorpora¸c˜ao de ligamentos no modelo demonstra contribuir para a gera¸c˜ao de momento e energia, principalmente ao n´ıvel das articula¸c˜oes do m´edio-p´e e ante-p´e. E necess´ario trabalho futuro no ´ sentido de ajustar os parˆametros que caracterizam os m´usculos e os ligamentos, antes de se avan¸car para aplica¸c˜oes em dinˆamica direta, tal que o modelo possa ser utilizado em pr´aticas cl´ınicas.