Using data mining techniques to support breast cancer diagnosis

More than ever, there is an increase of the number of decision support methods and computer aided diagnostic systems applied to various areas of medicine. In breast cancer research, many works have been done in order to reduce false-positives when used as a double reading method. In this study, we aimed to present a set of data mining techniques that were applied to approach a decision support system in the area of breast cancer diagnosis. This method is geared to assist clinical practice in identifying mammographic findings such as microcalcifications, masses and even normal tissues, in order to avoid misdiagnosis. In this work a reliable database was used, with 410 images from about 115 patients, containing previous reviews performed by radiologists as microcalcifications, masses and also normal tissue findings. Throughout this work, two feature extraction techniques were used: the gray level co-occurrence matrix and the gray level run length matrix. For classification purposes, we considered various scenarios according to different distinct patterns of injuries and several classifiers in order to distinguish the best performance in each case described. The many classifiers used were Naïve Bayes, Support Vector Machines, k-nearest Neighbors and Decision Trees (J48 and Random Forests). The results in distinguishing mammographic findings revealed great percentages of PPV and very good accuracy values. Furthermore, it also presented other related results of classification of breast density and BI-RADS® scale. The best predictive method found for all tested groups was the Random Forest classifier, and the best performance has been achieved through the distinction of microcalcifications. The conclusions based on the several tested scenarios represent a new perspective in breast cancer diagnosis using data mining techniques.

Nova Técnica de Imagem no Diagnóstico da Patologia Mamária - Tomossíntese Mamária

O cancro da mama é uma das patologias mais frequentes nas mulheres, à qual está associada uma elevada taxa de mortalidade. Sabe-se que à detecção, diagnóstico e tratamento precoce desta patologia, está associada uma elevada taxa de sobrevivência. Estas premissas tornam a detecção e o diagnóstico desta patologia, de importância central. A mamografia é o exame “gold standard” para o rastreio e diagnóstico do cancro da mama. Os sistemas convencionais de mamografia já demonstraram a sua mais valia na detecção de cancro da mama e de outras patologias mamárias, no entanto têm vindo a ser substituídos por sistemas digitais. A utilização da mamografia digital, aumentou a exactidão diagnóstica, especialmente em mulheres que apresentam elevada densidade do parenquima mamário. Apesar deste avanço, a natureza bidimensional da mamografia traduz-se numa imagem sobreposta dos tecidos da mama, o que dificulta, não raras vezes, a visualização de patologia, criando sérios obstáculos à sua detecção e diagnóstico. A tomossíntese mamária surge como uma técnica inovadora que, pela aquisição de dados tridimensionais, elimina ou reduz a sobreposição dos tecidos, disponibilizando informação mais detalhada e aumentando a sensibilidade e especificidade da mamografia. Esta técnica tem sido alvo de múltiplos estudos, contudo, o seu papel para uma possível integração na prática clínica não está, ainda, perfeitamente esclarecido. Este trabalho pretende dar a conhecer o “estado da arte” da Tomossíntese Mamária e toda a tecnologia que lhe está subjacente, os benefícios clínicos que da mesma podem advir e ainda os desafios inerentes à sua implementação na prática clínica. No desenvolvimento deste trabalho, utilizou-se uma metodologia científica baseada na revisão bibliográfica de conceitos inerentes à Tomossíntese mamária, através da selecção de artigos científicos e livros de referência na área em estudo, e ainda à exposição ilustrativa de casos que fundamentam o potencial desta técnica.

Avanços da ressonância magnética mamária no diagnóstico do carcinoma da mama

A Ressonância Magnética Mamaria (RMM), ao longo da década, tem demonstrado um franco desenvolvimento no diagnóstico e caracterização do Carcinoma Mamário. O objectivo deste trabalho científico é demonstrar, através de uma revisão bibliográfica, os avanços desta modalidade na avaliação das lesões da mama, tendo em conta as características: elasticidade (Elastografia), bioquímicas (Espectroscopia), celularidade (Difusão) e vascularização (Perfusão). A avaliação destas em consonância com as morfológicas e cinéticas (RMM), permitem um aumento da especificidade da RMM, reduzindo assim o número de biopsias desnecessárias. Contudo estas evoluções técnicas devem estar em consonância com a inovação em questões de software de processamento de Imagem e hardware dos equipamentos de Ressonância Magnética.

Sistema didáctico de baixo custo com FPGA de alta densidade

O uso das Field-Programmable Gate Array tem crescido de forma exponencial. Com isto dito, é importante que os engenheiros electrotécnicos estejam familiarizados com este tipo de tecnologia. Foi com o intuído de passar estas valências para os alunos do ISEP, que surgiu a ideia de criar um sistema didáctico, que permitisse ao alunos aprender a trabalhar com estes dispositivos. O seguinte trabalho iniciou-se com base num estudo das características destes dispositivos e das suas potencialidades, seguido de uma avaliação do que o mercado tem para oferecer. Posteriormente, com base em toda a informação reunida, foi definida a arquitectura do sistema, que levou selecção de dispositivos a incluir no mesmo, e culminando na concepção do esquema eléctrico do sistema e da placa de circuito impresso correspondente ao protótipo do mesmo. As principais directivas para este projecto foram o uso de uma FPGA de alta densidade e a concepção da ferramenta com o custo de projecto o mais reduzido possível.

Maia Basket Clube

No âmbito da realização do Estágio Curricular do Curso de Mestrado em Fisioterapia no Desporto da Escola Superior de Tecnologias da Saúde do Porto, foi estabelecido um acordo com o Maia Basket Clube (Proliga), com intuito de acompanhar a equipa do escalão sénior de basquetebol, durante um período de três meses. Segundo Tavares et al. (2001), o Basquetebol é actualmente uma actividade altamente especializada quer do ponto de vista técnico quer do ponto de vista competitivo, sendo o jogo igualmente um meio de educação física e desportiva, matéria de ensino e um campo de aplicação da ciência. O jogo de basquetebol tem uma duração útil de 40 minutos, divididos em quatro tempos de 10 minutos com intervalos entre os tempos. No entanto, este trabalho pode prolongar-se até aos 90 minutos, se considerarmos os períodos de esforço e as interrupções permitidas pelo regulamento, possibilita a manutenção de um elevado nível de exigência e intensidade, constituindo um instrumento importante na recuperação dos estados de fadiga. O espaço em que o jogo se desenrola é bastante reduzido (28x15 metros), considerando o número elevado de jogadores (10 jogadores), o que origina uma elevada densidade de jogadores na superfície do terreno de jogo (FIBA 2010). Esta constatação, aliada à dualidade de interesses e intenções dos jogadores (Cooperação vs Oposição), requer exigências especiais ao nível da velocidade de reacção, destreza e até ao nível de certas qualidades de visão. Desta forma, os elementos técnicos, que já apresentam alguma complexidade na sua execução isolada, tornam-se ainda mais complexos quando realizados em situação de jogo, condicionados pela presença dos adversários e pelas posições e movimentações dos colegas de equipa. Observando as acções e movimentos realizados no jogo, constata-se que são na sua maioria acíclicos e que se repetem com frequências muito variáveis, tornando-se impossível prever quando se vai desencadear a sua execução. A intensidade de execução dessas acções é também variável, existindo uma alternância evidente entre esforço de grande intensidade e curta duração (sprints, saltos e deslizamentos defensivos), momentos de menor intensidade (momentos de ataque planeado, deslocamentos a passo ou em corrida lenta, algumas situações defensivas) e interrupções de actividade (lançamentos livres, violações, faltas pessoais, substituições, descontos de tempo, etc.). Com a intenção de aplicar alguns dos princípios teóricos e práticos apreendidos durante o 1º e 2º semestres do curso, este estágio teve uma vertente de avaliação médico-desportiva, orientação e aconselhamento nutricional (alimentação e suplementos), intervenção em lesões desportivas (ocorrências de origem curativa e de emergência) e prestação de assistência a competições nacionais. No que diz respeito à avaliação médico-desportiva, foi realizada a ficha clínica de cada atleta onde constam: 1. caracterização (idade, peso, altura, envergadura, lugar na equipa, etc.), 2. história médica, 3. avaliação da aptidão física (composição corporal, resistência cardio-respiratória, resistência muscular e flexibilidade), e 4. ocorrências de lesão. Após a recolha dos dados das avaliações dos diferentes componentes da aptidão física, estes foram apresentados e discutidos com o treinador e preparador físico, no sentido de serem desenvolvidos protocolos de treino com o objectivo de melhorar os níveis físicos dos atletas sob o ponto de vista do rendimento, mas também da prevenção de lesões e promoção da saúde. Quanto às ocorrências de lesão, do registo fez parte a avaliação subjectiva e objectiva, planeamento e intervenção, resultados e processo de raciocínio subjacente a cada etapa, devidamente fundamentados. No seguimento das ocorrências de lesão, numa vertente de investigação, foi também realizado um estudo de caso, definindo-se como objectivo geral avaliar a eficácia da intervenção e procedimentos efectuados, com uma abordagem cuidadosamente pensada e fundamentada.

Prevalência de Osteoporose numa amostra de mulheres Portuguesas

A osteoporose é uma doença crónica e progressiva. O diagnóstico baseia-se na avaliação de densidade mineral óssea (DMO), por absorciometria bifotónica por RX (DXA) e no conceito operacional da Organização Mundial de Saúde (OMS) indicando que a doença acontece para valores de DMO inferiores a 2,5 desvios-padrão do valor médio máximo para mulheres jovens, saudáveis de etnia caucasóide. Existe variabilidade nos valores de pico de massa óssea entre diferentes populações. Este estudo pretende avaliar a prevalência de osteoporose quando utilizada a base de referência do equipamento e quando utilizada a base de dados para score-T construída a partir da amostra.

Remoção hierárquica de geometria por oclusão em simulações em tempo real

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Estudo de esmalte estufa aquoso definitivo

Mestrado em Engenharia Química

Capela do Senhor da Pedra: diagonóstico e proposta de tratamento da pedra

Mestrado em Engenharia Geotécnica e Geoambiente

Identification of neuronal alterations induced by Shank3 mutations using iPS cells from Phelan-McDermid Patients' Fibroblasts

A família de proteínas Shank é o principal conjunto de proteinas de suporte e está localizada na densidade pós-sináptica das sinapses excitatórias. Existem 3 genes na família Shank, Shank1, Shank2 e Shank3 e são caracterizados por múltiplos domínios repetidos de anquirina próximo ao N-terminal seguido pelos domínios Src homologo 3 e PDZ, uma região longa rica em prolina e um domínio de motivo α estéril próximo ao C-terminal. Shank proteínas conectam duas subunidades de receptors glutamatérgicos, recetores NMDA e recetores metabotrópicos de glutamato do tipo-I (mGluRs). O domínio PDZ da Shank conecta-se ao C-terminal do GKAP e este, liga-se, ao complexo recetor PSD-95-NMDA. Por outro lado, a proteína Homer interage com o domínio rico em prolina para confirmar a associação entre a proteína Shank com o mGluR tipo-I. A proteína específica em estudo, Shank3, é haploinsuficiente em pacientes com sindrome Phelan-McDermid devido à deleções no braço comprido do cromossoma 22 levando à danos intelectuais, ausência ou atraso no discurso, comportamentos semelhantes ao autismo, hipotonia e características dismórficas. Neste trabalho, investigamos o papel da Shank3 na função sináptica para compreender a relação entre alterações nesta proteína e as características neurológicas presente em Pacientes com síndrome Phelan-McDermid. Foram utilizados dois modelos diferentes, ratinhos knockout Shank3 e hiPSC de pacientes com PMS. Ratinhos geneticamente modificados são ferramentas uteis no estudo de genes e na compreensão dos mecanismos que experiências in vitro não são capazes de reproduzir, mas de maneira a compreender melhor as patologias humanas, decidimos trabalhar também com células humanas. Os fibroblastos dos pacientes com síndrome Phelan-McDermid fora reprogramados em hiPS cells, diferenciados em neurónios e comparados com os neurónios obtidos a partir de doadores saudavéis e da mesma idade. A reprogramação em iPSC foi realizada por infecção de lentivirus com quatro genes de reprogramação OCT4, c-MYC, SOX2 e KFL4 para posteriormente serem diferenciados em neurónios, com cada passo sendo positivamente confirmado através de marcadores neuronais. Através dos neurónios diferenciados, analisamos a expressão de proteínas sinápticas. Pacientes com haploinsuficiencia na proteína Shank3 apresentam níveis elevados de proteína mGluR5 e decrescidos de proteína Homer sugerindo que a haploinsuficiencia leva a desregulação do complexo mGluR5-Homer-Shank3 conduzindo também, a defeitos na maturação sináptica. Assim, a expressão da proteína mGluR5 está alterada nos pacientes com PMS podendo estar relacionada com defeitos encontrados na diferenciação neuronal e maturação sináptica observados nos neurónios de pacientes. Conclusivamente, iPS cells representam um modelo fundamental no estudo da proteína Shank3 e a sua influência no sindrome de Phelan-McDermid.

Produção de biodiesel via catálise heterogénea básica

Mestrado em Engenharia Química. Ramo Tecnologias de Protecção Ambiental.

Cancro da mama: avaliação do gânglio sentinela em exame extemporâneo

A maximização do potencial da abordagem cirúrgica conservadora da axila para o cancro da mama, como um método minimamente invasivo para a avaliação de metastização axilar, visando diminuir a morbilidade associada ao esvaziamento axilar completo, requer um método preciso para avaliação patológica intraoperatória. Esse método não foi ainda estabelecido. Imprints e corte de congelação do gânglio sentinela são os procedimentos comummente utilizados, apesar de uma sensibilidade e especificidade inferior à desejada. Actualmente, novas técnicas estão a ser desenvolvidas, que apesar da sua optimização, ainda não ultrapassam os resultados das utilizadas. Um total de 138 mulheres com cancro da mama, submetidas a cirurgia mamária por abordagem conservadora da axila, cuja utilização de imprints e cortes de congelação foram os métodos de avaliação intraoperatória do gânglio sentinela. Os diagnósticos dados pela observação dos cortes dos fragmentos do exame extemporâneo foram comparados com os obtidos nos cortes histológicos definitivos dos fragmentos fixados em formol e incluídos em parafina. Os resultados obtidos da avaliação do exame extemporâneo demonstraram sensibilidade de 79,1%, especificidade de 96,9%, com uma precisão de 91,4%. Não se obteve correlação entre os resultados do extemporâneo e os parâmetros de caracterização do exame extemporâneo e tumores. Os métodos, imprints e cortes de congelação, actualmente utilizados na nossa instituição apresentam bons resultados, mas a adopção de apenas um ou outro necessita de uma análise mais aprofundada dos dados relativos à metodologia utilizada nos extemporâneos, de forma a verificar a especificidade e sensibilidade individualizadas dos imprints e dos cortes de congelação. Se os imprints se revelarem semelhantes aos cortes de congelação, a sua utilização é preferencial uma vez que acarreta menores custos e são menos morosos. A implementação de novas técnicas será uma metodologia adoptar, pelos benefícios acrescidos, porém mais estudos e a optimização

Metal deposition using Ionic liquids

There is an interest to create zinc/tin alloys to replace cadmium as a corrosion protective coating material. Existing aqueous electroplating systems for these alloys are commercially available but have several limitations. Dangerous and highly toxic complexing agents are uses e.g. cyanides. To overcome these problems, ionic liquids could provide a solution to obtain an alloy containing 20 to 30% of zinc. Ionic liquids (IL’s) often have wider electrochemical windows which allow the deposition of e.g. refractive metals that can not be deposited from aqueous solutions. In IL’s it is often not necessary to add complexing agents. The Zn/Sn alloy deposition from IL’s is therefore a promising application for the plating industry. Nevertheless, there are some issues with this alternative for aqueous systems. The degradation of the organic components, the control of the concentration of two metals and the risk of a two phase deposition instead of an alloy had to be overcome first. It is the main purpose of this thesis to obtain a Zn/Sn alloy with 20% zinc using IL’s as an electrolyte. First a separate study was performed on both the zinc and the tin deposition. Afterwards, an attempt to deposit a Zn/Sn alloy was made. An introduction to a study about the electrodeposition of refractive metals concludes this work. It initiated the research for oxygen-free IL’s to deposit molybdenum or tungsten. Several parameters (temperature, metal source and concentration, organic complexing agents,…) were optimized for both the zinc, tin and zinc/tin deposition. Experiments were performed both in a parallel plate cell and a Hull cell, so as to investigate the effect of current density as well. Ethaline200 was selected as electrolyte. As substrate, brass and iron were selected, while as anode a plate of the metal to deposit was chosen, tin for the alloy. The best efficiencies were always obtained on brass; however the iron substrate resulted in the best depositions. A concentration of 0.27M ZnCl2, 0.07M SnCl2 with 0.015M of K3-HEDTA as complexant resulted in a deposition containing the desired alloy with the amount of 20% zinc and 80% tin with good appearance. Refractory metals as molybdenum and tungsten cannot be electrodeposited from aqueous solutions without forming a co-deposition with Ni, Co or Fe. Here, IL’s could again provide a solution. A first requirement is the dissolution of a metal source. MoO3 could be suitable, however there are doubts about using oxides. Oxygen-free IL’s were sought for. A first attempt was the combination of ZnCl2 with chlormequat (CCC), which gave liquids below 150°C in molar ratios of 2 : 1 and 3 : 1. Unfortuna tely, MoO3 didn’t dissolve in these IL’s. Another route to design oxygen-free IL’s was the synthesis of quaternary ammonium salts. None of the methods used, proved viable as reaction time was long and resulted in very low yields. Therefore, no sufficient quantities were obtained to perform the possible electrochemical behavior of refractive metals.

Utilização de co-solventes na produção de biodiesel a partir de óleo residual e etanol por catálise enzimática

A constante e sistemática subida de preço dos combustíveis fósseis e as contínuas preocupações com o meio ambiente determinaram a procura de soluções ambientalmente sustentáveis. O biodiesel surge, então, como uma alternativa para essa problemática, bem como uma solução para resíduos líquidos e gordurosos produzidos pelo ser humano. A produção de biodiesel tem sido alvo de extensa atenção nos últimos anos, pois trata-se de um combustível biodegradável e não poluente. A produção de biodiesel pelo processo de transesterificação usando álcoois de cadeia curta e catalisadores químicos, nomeadamente alcalinos, tem sido aceite industrialmente devido à sua elevada conversão. Recentemente, a transesterificação enzimática tem ganho adeptos. No entanto, o custo da enzima permanece uma barreira para a sua aplicação em grande escala. O presente trabalho visa a produção de biodiesel por transesterificação enzimática a partir de óleo residual de origem vegetal. O álcool usado foi o etanol, em substituição do metanol usado convencionalmente na catálise homogénea, pois a atividade da enzima é inibida pela presença deste último. As maiores dificuldades apresentadas na etanólise residem na separação das fases (Glicerol e Biodiesel) após a reação bem como na menor velocidade de reação. Para ajudar a colmatar esta desvantagem foi estudada a influência de dois cosolventes: o hexano e o hexanol, na proporção de 20% (v/v). Após a escolha do co-solvente que permite obter melhor rendimento (o hexano), foi elaborado um planeamento fatorial no qual se estudou a influência de três variáveis na produção de biodiesel por catálise enzimática com etanol e co-solventes: a razão molar óleo/álcool (1:8, 1:6 e 1:4), a quantidade de co-solvente adicionado (30, 20 e 10%, v/v) e o tempo de reação (48, 36 e 24h). A avaliação do processo foi inicialmente seguida pelo rendimento da reação, a fim de identificar as melhores condições, sendo substituída posteriormente pela quantificação do teor de ésteres por cromatografia em fase gasosa. O biodiesel com teor de ésteres mais elevado foi produzido nas condições correspondentes a uma razão molar óleo:álcool de 1:4, com 5g de Lipozyme TL IM como catalisador, 10% co-solvente (hexano, v/v), à temperatura de 35 ºC durante 24h. O rendimento do biodiesel produzido sob estas condições foi de 73,3%, traduzido em 64,7% de teor de ésteres etílicos. Contudo o rendimento mais elevado que se obteve foi de 99,7%, para uma razão óleo/álcool de 1:8, 30% de co-solvente (hexano, v/v), reação durante 48h a 35 ºC, obtendo-se apenas 46,1% de ésteres. Por fim, a qualidade do biodiesel foi ainda avaliada, de acordo com as especificações da norma EN 14214, através das determinações de densidade, viscosidade, ponto de inflamação, teor de água, corrosão ao cobre, índice de acidez, índice de iodo, teor de sódio (Na+) e potássio (K+), CFPP e poder calorífico. Na Europa, os ésteres etílicos não têm, neste momento, norma que os regule quanto à classificação da qualidade de biodiesel. Contudo, o biodiesel produzido foi analisado de acordo com a norma europeia EN14214, norma esta que regula a qualidade dos ésteres metílicos, sendo possível concluir que nenhum dos parâmetros avaliados se encontra em conformidade com a mesma.

Indústria de curtumes: energia e desenvolvimento

Este trabalho, numa fase inicial, teve como pilar fundamental, a optimização energética de uma indústria de curtumes, mais concretamente da empresa Dias Ruivo. Pretendia-se avaliar todos os gastos de energia apresentados pela empresa, com o intuito de verificar se haveria possibilidade de diminuir a factura da electricidade e os custos associados, mantendo a qualidade dos produtos finais. Ainda se pretendia averiguar a viabilidade de reutilização de alguns desperdícios permitindo diminuir a quantidade de energia necessária para o aquecimento de algumas correntes de água. Por último, após os dados recolhidos, sugeriram-se medidas de melhoria, que possibilitariam que a empresa utilizasse os seus recursos de forma optimizada, não apresentando assim gastos desnecessários. Começando pela análise da factura de electricidade, verificou-se que nos anos de 2010 e 2011, a empresa apresentou um consumo de energia de 120 e 128 tep/ano, respectivamente. Determinaram-se igualmente os respectivos indicadores constatando-se que o valor médio para a intensidade carbónica foi de 900 e 1148 kg CO2/tep e para o consumo específico obteve-se 0,131 e 0,152 kgep/ft2, respectivamente. Numa segunda fase, tendo em conta a constante aposta da empresa na inovação de artigos em couro e o facto de estar envolvida num projecto mobilizador de ciência e tecnologia com esse fim, o trabalho incidiu no desenvolvimento de um produto inovador designado por floater que deve ser macio e mais leve que os produtos normais. Com base na aplicação de proteases apropriadas, desenvolveu-se um produto que, ainda na fase de ensaios de bancada e piloto, satisfaz no que respeita à macieza e leveza, sendo que se conseguiu um valor de 67 g/ft2 contra um valor de 75g/ft2 do padrão.