Fiber optic sensors for the biomechanical study of the intervertebral disc

O presente trabalho teve como objetivo principal estudar o comportamento mecânico do disco intervertebral recorrendo a sensores em fibra ótica. Na expetativa de efetuar o melhor enquadramento do tema foi efetuada uma revisão exaustiva das várias configurações de sensores em fibra ótica que têm vindo a ser utilizadas em aplicações biomédicas e biomecânicas, nomeadamente para medição de temperatura, deformação, força e pressão. Nesse âmbito, procurou-se destacar as potencialidades dos sensores em fibra ótica e apresentá-los como uma tecnologia alternativa ou até de substituição das tecnologias associadas a sensores convencionais. Tendo em vista a aplicação de sensores em fibra ótica no estudo do comportamento do disco intervertebral efetuou-se também uma revisão exaustiva da coluna vertebral e, particularmente, do conceito de unidade funcional. A par de uma descrição anatómica e funcional centrada no disco intervertebral, vértebras adjacentes e ligamentos espinais foram ainda destacadas as suas propriedades mecânicas e descritos os procedimentos mais usuais no estudo dessas propriedades. A componente experimental do presente trabalho descreve um conjunto de experiências efetuadas com unidades funcionais cadavéricas utilizando sensores convencionais e sensores em fibra ótica com vista à medição da deformação do disco intervertebral sob cargas compressivas uniaxiais. Inclui ainda a medição in vivo da pressão intradiscal num disco lombar de uma ovelha sob efeito de anestesia. Para esse efeito utilizou-se um sensor comercial em fibra ótica e desenvolveu-se a respetiva unidade de interrogação. Finalmente apresenta-se os resultados da investigação em curso que tem como objetivo propor e desenvolver protótipos de sensores em fibra ótica para aplicações biomédicas e biomecânicas. Nesse sentido, são apresentadas duas soluções de sensores interferométricos para medição da pressão em fluídos corporais.

Instrumentos Orff : unidade de aprendizagem baseada no modelo IMS-LD

O objectivo desta dissertação é a exploração da aplicabilidade do modelo IMS – Learning Design, e respectivas ferramentas de suporte, através da criação e desenvolvimento de uma unidade de aprendizagem sobre Instrumentos Orff, baseada neste modelo, para professores do 1º Ciclo do Ensino Básico. A metodologia utilizada foi o estudo de caso de índole exploratória. Foi efectuada uma revisão da literatura que incidiu essencialmente sobre o e-learning e o IMS – Learning Design, seguindo-se a criação das estratégias didácticas e da planificação de toda a Unidade de Aprendizagem sobre Instrumentos Orff. O passo seguinte foi a criação e desenvolvimento da Unidade de Aprendizagem, que culminou com a implementação dos pacotes IMS/SCORM finais do aluno e do professor. A avaliação dos materiais desenvolvidos foi efectuada através de questionários a que responderam um grupo de alunos e de professores. Como forma de conclusão deste trabalho de investigação, foi realizada uma reflexão sobre o modelo IMS – Learning Design e as actuais ferramentas de apoio à implementação. ABSTRACT: The purpose of this dissertation is the exploration of the model IMS – Learning Design and supporting tools applicability, through the creation and development of a learning unit on Orff Instruments based on the model for 1st Basic Teaching Cycle. Method used was an exploratory case study. A complete overview of relevant literature has been done, essentially on elearning and IMS – Learning Design, followed by the building of learning and planning strategies for the whole Learning Unit on Orff Instruments. The following step was the creation and the development of the Learning Unit, that leaded to the final version IMS/SCORM of student’s and teacher’s final package. The evaluation of the materials developed has been done through an inquest targeted to teachers and students. As a conclusion of this investigation, a complete reflection and overview of the IMS Model-Learning Design and its Current supporting tools to it implementation is presented.

Novos derivados porfirínicos: síntese e potenciais aplicações em PDT

O trabalho apresentado nesta dissertação descreve estudos desenvolvidos segundo três metodologias para a funcionalização de meso-tetra-arilporfirinas; uma delas baseada na funcionalização com diazo compostos, outra na reacção de Suzuki-Miyaura e a terceira na reacção de metátese. O presente documento é composto por quatro partes distintas. Na primeira parte são feitas considerações gerais sobre propriedades e aplicações de macrociclos porfirínicos. Na segunda parte é apresentado o trabalho realizado na funcionalização de porfirinas com diazo compostos através de reacções de inserção com um catalisador de ródio(II). Este estudo envolveu a preparação de duas porfirinas com grupos O-H e N-H nas posições para dum substituinte meso-fenilo. Os estudos iniciaram-se com a reacção de 5-(4-hidroxifenil)-10,15,20-trifenilporfirinatozinco(II) com diazoacetato de etilo na presença de Rh2(OAc)4. Obteve-se o produto esperado de inserção com bons rendimentos. A reacção de 5-(4-aminofenil)- 10,15,20-trifenilporfirinatozinco(II) com esse diazo composto na presença de Rh2(OAc)4 mostrou um perfil diferente do da reacção com o outro porfirinato. Foram obtidos três produtos, a saber: produto de bis-inserção e dois outros contendo o grupo funcional amida. Este capítulo descreve ainda a síntese de glicoporfirinas e de glicoclorinas através de reacções de inserção e de ciclopropanação envolvendo, respectivamente, os complexos 5-(4-hidroxifenil)- 10,15,20-trifenilporfirinatozinco(II) e 5,10,15,20- tetraquis(pentafluorofenil)porfirinatozinco(II) com α-diazoacetatos com substituintes sacarídicos. Foram usados, como catalisadores, Rh2(OAc)4 e CuCl, respectivamente, na reacção de inserção e na de ciclopropanação. Tendo em vista a sua aplicação em PDT, os novos produtos foram descomplexados e a unidade glicosídica foi desprotegida. Estudos de geração de oxigénio singuleto mostraram que os compostos obtidos são bons geradores dessa espécie citotóxica. Foram também realizados estudos de avaliação da actividade fotodinâmica em células humanas tumorais HeLa e em células humanas saudáveis HaCaT. Estudos de viabilidade celular, após tratamento fotodinâmico, mostraram que as glicoclorinas são mais eficazes na fotoinactivação das células tumorais. Apenas o derivado da clorina com a unidade de galactose mostrou selectividade para a linha celular tumoral, inibindo o crescimento desta e não causando efeito significativo na linha celular saudável. Este fotossensibilizador não foi tóxico na ausência de luz e depois do tratamento fotodinâmico e em condições sub-letais, provocou vacuolização citoplasmática e retracção pronunciada nas células tumorais, enquanto que nas células saudáveis os danos sofridos foram escassos. Nos estudos de localização celular este fotossensibilizador localizou-se na membrana citoplasmática e nos lisossomas tanto nas células HeLa como nas HaCaT. Na terceira parte deste trabalho são descritos os resultados obtidos nos estudos de funcionalização de porfirinas através da reacção de Suzuki-Miyaura. O complexo 2-(4,4,5,5,-tetrametil-1,3,2-dioxaborolan-2-il)-5,10,15,20- tetrafenilporfirinatozinco(II) foi o composto escolhido como reagente de partida. Usando a reacção de Suzuki foi possível sintetizar complexos β-bromoarilporfirínicos em bons rendimentos. Estes complexos foram sujeitos à reacção de Suzuki com pinacolborano, tendo sido possível obter os produtos de acoplamento esperados e ainda derivados diméricos de complexos porfirínicos ligados por unidades fenileno. Esta metodologia reacional, catalisada por paládio, permitiu ainda sintetizar novos derivados quinolona-porfirina através da reacção do complexo porfirínico β-borilado anteriormente referido com bromo-quinolonas Nsubstiuídas com grupos alquílicos e glicosídicos. Deste modo foram obtidos derivados quinolona-porfirina em bons rendimentos. Com vista a realizar estudos de potencial aplicação em PACT, foram hidrolisados os grupos éster da unidade de quinolona e clivados os grupos protectores das unidades glicosídicas desses derivados. No estudo por MS Tandem (MS/MS) foi possível verificar que os isómeros dos derivados quinolona-porfirina sofrem as mesmas vias de fragmentação, confirmando as suas estruturas análogas. Foi possível ainda distinguir os derivados em que a unidade de porfirina está ligada à quinolona através da posição C-6 da quinolona daqueles em que a unidade de porfirina está ligada à quinolona através da sua posição C-7. Os estudos de geração de oxigénio singuleto mostraram que as porfirinas β- substituídas com unidades de quinolona são melhores geradoras desta espécie citotóxica do que a tetrafenilporfirina e que a eficiência que têm em gerar essa espécie é afectada pela posição da ligação entre a porfirina e a quinolona, assim como com o tipo do N-substituinte da quinolona. As bases livres dos conjugados quinolona-porfirinatos foram testadas como fotossensibilizadores em PACT em células do parasita Leishmania Braziliensis, tendo-se observado que estes compostos têm capacidade para fotoinactivar este parasita. Na quarta parte deste trabalho são descritos os resultados dos estudos de funcionalização de porfirinas através da reacção de metátese com catalisador de Grubbs, visando a obtenção de novos macrociclos com grupos triazolilo. Verificouse que a eficiência da reacção de metátese cruzada entre 2-vinil-5,10,15,20- tetrafenilporfirinatozinco(II) e 4-vinil-1,2,3-triazóis N-substituídos dependia das condições reaccionais e do triazol usado em cada caso. Foi possível ainda concluir que o impedimento estéreo das espécies envolvidas é um dos responsáveis pelo ciclo catalítico prosseguir por uma via secundária, originando uma espécie de ruténio pouco eficiente como catalisador. Este estudo foi estendido à reacção dos 4-vinil-1,2,3-triazois seleccionados com 2-butadienil-5,10,15,20- tetrafenilporfirinatoniquel(II); em cada caso foi possível obter uma mistura de isómeros dos derivados triazol-porfirina, geralmente em maiores rendimentos globais do que na reacção com 2-vinil-5,10,15,20-tetrafenilporfirinatozinco(II). Este facto será indicativo de que a reacção de metátase com esse derivado porfirínico segue, predominantemente, a via mais eficiente.

Phylogenetic and functional diversity of estuarine bacterioneuston

A micro-camada superficial da água (SML) é caracterizada pela ocorrência de grandes quantidades de compostos orgânicos, pela acumulação de contaminantes antropogênicos e é submetida a uma intensa radiação solar, extrema mudança de temperatura e, no caso dos estuários, flutuação de salinidade. Estas propriedades físico-químicas estão, provavelmente, a modular a comunidade bacteriana (bacterioneuston) com propriedades filogenéticas e funcionais específicas. Neste estudo, as abordagens dependentes e independentes do cultivo foram aplicadas para avaliar a estrutura e dinâmica das comunidades bacterioneuston e bacterioplâncton em três localizações geográficas ao longo do estuário da Ria de Aveiro. Além disso, comparámos a diversidade filogenética de grupos específicos (Aeromonas, Pseudomonas e Psychrobacter) presentes em bacterioneuston e bacterioplâncton. Finalmente, as duas comunidades foram comparadas em termos de prevalência e diversidade de bactérias resistentes aos antibióticos e respetivos genes de resistência. Bactérias heterotróficas cultiváveis foram enriquecidas em SML. Eletroforese em gel de gradiente desnaturante (DGGE) permitiu a identificação de filotipos específicos em SML. Além disso, a análise de agrupamento dos perfis de DGGE de ambas as comunidades revelou uma ligeira tendência de agrupamento de acordo com a camada amostrada. As diferenças entre as duas comunidades variaram de acordo com factores espaciais e temporais. Em termos de diversidade filogenética de grupos específicos, não foram identificadas diferenças consistentes entre SML e UW com relação às comunidades de Aeromonas. Com relação ao género Pseudomonas, uma unidade operacional taxonómica cultivável foi consistentemente hiper-representada nas amostras de SML. Metodologias dependentes e independentes do cultivo revelaram a presença de populações de Psychrobacter complexas e muito estáveis em todos os sítios e datas de amostragens, com diferenças significativas entre as comunidades de Psychrobacter presentes em SML e UW. Estirpes representativas de prováveis novas espécies também foram cultivadas. Em termos de resistência aos antibióticos, a prevalência de bactérias resistentes em SML foi alta sugerindo selecção pelas condições presentes em SML. É preciso enfatizar que a resistência aos antibióticos foi incomum entre as bactérias estuarinas e os mecanismos de resistência foram, predominantemente, intrínsecos. Pela combinação de abordagens inovadoras dependentes e independentes do cultivo, este estudo forneceu novas e consistentes informações com relação às diferenças em ambas as comunidades bacterianas e em relação a alguns dos fatores que contribuem para a sua formação.

Avaliação do perfil de cuidado de enfermagem geriátrico em hospitais de Portugal

A transição demográfica e epidemiológica da população portuguesa tem e terá um enorme impacto na utilização dos recursos de saúde. Atualmente, as pessoas idosas representam um dos grupos etários com taxas de internamento hospitalar mais significativos. Contudo, os dados sobre a hospitalização destas pessoas têm demonstrado resultados de saúde negativos, nomeadamente, o declínio funcional e cognitivo e o risco elevado de eventos adversos. Os/as enfermeiros/as têm um papel crucial na mudança desta realidade. Deste modo, a associação entre o contexto no qual decorre o cuidado de enfermagem geriátrica e os resultados deste cuidado relativos a/os utentes, enfermeiros/as e organizações têm sido proficuamente documentados. Algumas estratégias para promover a qualidade do cuidado geriátrico e a segurança das pessoas idosas hospitalizadas consistem em avaliar e (re)criar o ambiente de trabalho geriátrico dos/as enfermeiros/as (AGTE) e capacitar e treinar estes/as profissionais no cuidado à pessoa idosa. Embora, internacionalmente, os dados demonstrem a associação entre as características de hospitais e/ou enfermeiros/as e o AGTE, não existem estudos em Portugal nesta área, bem como sobre o conhecimento e as atitudes destes profissionais no contexto hospitalar. Por conseguinte, este estudo teve como objetivos: 1) traduzir, adaptar culturalmente e validar as escalas que compõem o questionário Geriatric Institucional Assessment Proflie (GIAP) para a população portuguesa; 2) analisar o AGTE (fatores intrínsecos e extrínsecos) que apoiam ou dificultam a adoção das melhores práticas geriátricas em hospitais portugueses; 3) analisar as atitudes e conhecimento de enfermeiros/as acerca de quatro síndromes geriátricas (úlceras de pressão, distúrbio do sono, contenção física e incontinência), destacando as boas práticas e os problemas encontrados nos hospitais portugueses; 4) analisar a relação entre as variáveis demográficas, profissionais e as características dos hospitais e as escalas que compõem o GIAP – versão portuguesa; 5) conhecer as perceções de enfermeiros/as acerca do cuidado às pessoas idosas hospitalizadas e dos obstáculos enfrentados para desenvolver um cuidado de boa qualidade; e 6) analisar a relação entre a perceção de enfermeiros/as sobre o AGTE e o conhecimento e atitudes geriátricas destes profissionais em função da região e unidade de internamento. Este estudo foi desenvolvido com base num método quantitativo do tipo exploratório-descritivo, transversal, prospetivo e correlacional. A amostra foi constituída por 1.068 enfermeiros/as de cinco hospitais da região norte e centro do país. A recolha de dados foi desenvolvida através de autopreenchimento do GIAP – versão portuguesa. De entre os principais resultados destacam-se: 1) a obtenção de um instrumento válido e fiável para avaliar o AGTE e conhecimentos e atitudes geriátricas; 2) a perceção de enfermeiros/as sobre o cuidado às pessoas idosas como sendo predominantemente negativa; 3) a perceção de enfermeiros/as sobre o apoio insuficiente dos líderes hospitalares para promover um AGTE favorável; 4) o cuidado a pessoas idosas com comportamentos inadequados e o uso de recursos geriátricos como os principais fatores que influenciam a eficácia e a qualidade do cuidado geriátrico; 5) a lacuna de conhecimento e atitudes negativas de enfermeiros/as acerca das quatro síndromes geriátricas; 6) a conceptualização de um modelo sobre a associação das características de enfermeiros/as, dos hospitais do estudo e das perceções destes/as profissionais sobre o cuidado geriátrico com o AGTE e o conhecimento e atitudes geriátricos; 7) a falta de apoio familiar, a descontinuidade e a escassez de tempo para o cuidado como principais obstáculos no cuidado à pessoa idosa hospitalizada; e 8) o perfil de cuidado geriátrico nos hospitais da região norte e centro de Portugal como tendencialmente homogéneo. Os resultados deste estudo sustentam a necessidade de um maior investimento dos decisores políticos, administradores hospitalares e docentes de Enfermagem na capacitação dos/as enfermeiros/as para o cuidado geriátrico e na promoção de um AGTE mais favorável. Também oferece recomendações significativas nos domínios da decisão política, da gestão institucional e da prática profissional que devem ser alvo de uma discussão alargada entre os vários agentes com responsabilidade nestes domínios. Espera-se que este estudo possa contribuir para a promoção de um contexto favorável ao desenvolvimento de um cuidado de enfermagem geriátrica de boa qualidade às pessoas hospitalizadas.

Perception and software architecture for mobile robotics

When developing software for autonomous mobile robots, one has to inevitably tackle some kind of perception. Moreover, when dealing with agents that possess some level of reasoning for executing their actions, there is the need to model the environment and the robot internal state in a way that it represents the scenario in which the robot operates. Inserted in the ATRI group, part of the IEETA research unit at Aveiro University, this work uses two of the projects of the group as test bed, particularly in the scenario of robotic soccer with real robots. With the main objective of developing algorithms for sensor and information fusion that could be used e ectively on these teams, several state of the art approaches were studied, implemented and adapted to each of the robot types. Within the MSL RoboCup team CAMBADA, the main focus was the perception of ball and obstacles, with the creation of models capable of providing extended information so that the reasoning of the robot can be ever more e ective. To achieve it, several methodologies were analyzed, implemented, compared and improved. Concerning the ball, an analysis of ltering methodologies for stabilization of its position and estimation of its velocity was performed. Also, with the goal keeper in mind, work has been done to provide it with information of aerial balls. As for obstacles, a new de nition of the way they are perceived by the vision and the type of information provided was created, as well as a methodology for identifying which of the obstacles are team mates. Also, a tracking algorithm was developed, which ultimately assigned each of the obstacles a unique identi er. Associated with the improvement of the obstacles perception, a new algorithm of estimating reactive obstacle avoidance was created. In the context of the SPL RoboCup team Portuguese Team, besides the inevitable adaptation of many of the algorithms already developed for sensor and information fusion and considering that it was recently created, the objective was to create a sustainable software architecture that could be the base for future modular development. The software architecture created is based on a series of di erent processes and the means of communication among them. All processes were created or adapted for the new architecture and a base set of roles and behaviors was de ned during this work to achieve a base functional framework. In terms of perception, the main focus was to de ne a projection model and camera pose extraction that could provide information in metric coordinates. The second main objective was to adapt the CAMBADA localization algorithm to work on the NAO robots, considering all the limitations it presents when comparing to the MSL team, especially in terms of computational resources. A set of support tools were developed or improved in order to support the test and development in both teams. In general, the work developed during this thesis improved the performance of the teams during play and also the e ectiveness of the developers team when in development and test phases.