Desenvolvimento de Ferramentas para Pesquisas em Tecnologias Assistivas Baseadas em Sinais Biológicos

Novas ferramentas de Tecnologias Assistivas (TAs) têm aparecido ultimamente. Um exemplo são os Ambientes Virtuais (AVs), os quais são importantes para o desenvolvimento de novas TAs, que podem ser direcionadas para promoverem uma melhor qualidade de vida de pessoas com mobilidade reduzida permanente ou promover a reabilitação de pessoas com deficiência motora temporária. Outras ferramentas, que surgiram há algumas décadas com o desenvolvimento dos computadores, também ajudam no tratamento de pessoas com deficiência motora, que são as Interfaces Humano-Máquina (IHM). Utilizando em conjunto com equipamentos que capturam sinais biológicos, como equipamentos de Eletromiografia (EMG) e Eletroencefalografia (EEG), essas ferramentas se configuram como canais de comunicações entre o ser humano e os computadores, diferentemente das comumente utilizadas. Isso abre uma gama de possibilidades para sua utilização no tratamento e na assistência de pessoas com deficiência motora, onde sinais EMG podem ser utilizados para controlar próteses robóticas; e sinais EEG, quando capturados da região do córtex motor, podem ser utilizados em neuroreabilitação. Por outro lado, quando capturados na região occipital, os sinais de EEG podem ser utilizados para gerar comandos e outras finalidades. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de novas ferramentas para auxiliar em pesquisas de TAs envolvendo sinais biológicos. Três diferentes AVs foram desenvolvidos para auxiliar nesse tipo de pesquisa. Além deles, um equipamento EEG comercial foi adaptado para ser utilizado com uma IHM, o qual utiliza dois desses três AVs desenvolvidos. Como resultados, temos a utilização bem sucedida do equipamento EEG obtido com sua utilização com SSVEP e Imaginação motora, além da implementação com sucesso dos três AVs desenvolvidos, que estão disponíveis para download gratuito, e que podem ser utilizados em demais pesquisas envolvendo TAs.

Piezoresistive sensors for force mapping of hip-prostheses

The success of artificial prosthetic replacements depends on the fixation of the artificial prosthetic component after being implanted in the thighbone. The materials for fixation are subject to mechanical stresses, which originate permanent deformations, incipient cracks and even fatigue fractures. This work shows the possibility of monitoring the mechanical stress over time in prosthesis. In this way, highly sensitive silicon thin-film piezoresistive sensors were developed attached to prosthesis and their results compared with commercial strain gauge sensors. Mechanical stress-strain experiments were performed in compressive mode, during 10,000 cycles. Experimental data was acquired at mechanical vibration frequencies of 0.5 Hz, 1 Hz and 5 Hz, and sent to a computer by means of a wireless link. The results show that there is a decrease in sensitivity of the thin-film silicon piezoresistive sensors when they are attached to the prosthesis, but this decrease does not compromise its monitoring performance. The sensitivity, compared to that of commercial strain gauges, is much larger due to their higher gauge factors (-23.5), when compared to the GFs of commercial sensors (2).

Evaluation of polymethylmethacrylate as ocular implant in rabbits subjected to evisceration

Spheres of different types of material are used for the replacement of lost volume after removal of the eye bulb or its content to prevent contraction of the orbital cavity. The aim of this study was to evaluate the scope of polymethylmethacrylate (PMMA) used as intraocular implant in eviscerated rabbit eye. Twelve New Zealand rabbits underwent unilateral evisceration of the left eye, with subsequent implantation of PMMA sphere 12 mm in diameter. Clinical evaluation was performed daily during the first 15 days after surgery and every 15 days until the end of the study period (180 days). For the histopathological analysis, three animals per trial underwent enucleation at 15, 45, 90 and 180 days after evisceration. There was no wound dehiscence, signs of infection or implant extrusion in any animal throughout the study period. Histological examination revealed the formation of fibrovascular tissue around the implants. The PMMA behaved as inert and non-integrable.

An Electromagnetic Tracker System for the design of a dental superstructure

Nowadays, different techniques are available for manufacturing full-arch implant-supported prosthesis, many of them based on an impression procedure. Nevertheless, the long-term success of the prosthesis is highly influenced by the accuracy during such process, being affected by factors such as the impression material, implant position, angulation and depth. This paper investigates the feasibility of a 3D electromagnetic motion tracking system as an acquisition method for modeling such prosthesis. To this extent, we propose an implant acquisition method at the patient mouth, using a specific prototyped tool coupled with a tracker sensor, and a set of calibration procedures (for distortion correction and tool calibration), that ultimately obtains combined measurements of the implant’s position and angulation, and eliminating the use of any impression material. However, in the particular case of the evaluated tracking system, the order of magnitude of the obtained errors invalidates its use for this specific application.

Electromagnetic tracker feasibility in the design of a dental superstructure for edentulous patients

The success of the osseointegration concept and the Brånemark protocol is highly associated to the accuracy in the production of an implant-supported prosthesis. One of most critical steps for long-term success of these prosthesis is the accuracy obtained during the impression procedure, which is affected by factors such as the impression material, implant position, angulation and depth. This paper investigates the feasibility of 3D electromagnetic motion tracking systems as an acquisition method for modeling full-arch implant-supported prosthesis. To this extent, we propose an implant acquisition method at the patient mouth and a calibration procedure, based on a 3D electromagnetic tracker that obtains combined measurements of implant’s position and angulation, eliminating the use of any impression material. Three calibration algorithms (namely linear interpolation, higher-order polynomial and Hardy multiquadric) were tested to compensate for the electromagnetic tracker distortions introduced by the presence of nearby metals. Moreover, implants from different suppliers were also tested to study its impact on tracking accuracy. The calibration methodology and the algorithms employed proved to implement a suitable strategy for the evaluation of novel dental impression techniques. However, in the particular case of the evaluated electromagnetic tracking system, the order of magnitude of the obtained errors invalidates its use for the full-arch modeling of implant-supported prosthesis.

Accuracy Comparison of Implant Impression Techniques: A Systematic Review

Background: Several studies link the seamless fit of implant-supported prosthesis with the accuracy of the dental impression technique obtained during acquisition. In addition, factors such as implant angulation and coping shape contribute to implant misfit. Purpose: The aim of this study was to identify the most accurate impression technique and factors affecting the impression accuracy. Material and Methods: A systematic review of peer-reviewed literature was conducted analyzing articles published between 2009 and 2013. The following search terms were used: implant impression, impression accuracy, and implant misfit.A total of 417 articles were identified; 32 were selected for review. Results: All 32 selected studies refer to in vitro studies. Fourteen articles compare open and closed impression technique, 8 advocate the open technique, and 6 report similar results. Other 14 articles evaluate splinted and non-splinted techniques; all advocating the splinted technique. Polyether material usage was reported in nine; six studies tested vinyl polysiloxane and one study used irreversible hydrocolloid. Eight studies evaluated different copings designs. Intraoral optical devices were compared in four studies. Conclusions: The most accurate results were achieved with two configurations: (1) the optical intraoral system with powder and (2) the open technique with splinted squared transfer copings, using polyether as impression material.

Voxel-based registration of simulated and real patient CBCT data for accurate dental implant pose estimation

The success of dental implant-supported prosthesis is directly linked to the accuracy obtained during implant’s pose estimation (position and orientation). Although traditional impression techniques and recent digital acquisition methods are acceptably accurate, a simultaneously fast, accurate and operator-independent methodology is still lacking. Hereto, an image-based framework is proposed to estimate the patient-specific implant’s pose using cone-beam computed tomography (CBCT) and prior knowledge of implanted model. The pose estimation is accomplished in a threestep approach: (1) a region-of-interest is extracted from the CBCT data using 2 operator-defined points at the implant’s main axis; (2) a simulated CBCT volume of the known implanted model is generated through Feldkamp-Davis-Kress reconstruction and coarsely aligned to the defined axis; and (3) a voxel-based rigid registration is performed to optimally align both patient and simulated CBCT data, extracting the implant’s pose from the optimal transformation. Three experiments were performed to evaluate the framework: (1) an in silico study using 48 implants distributed through 12 tridimensional synthetic mandibular models; (2) an in vitro study using an artificial mandible with 2 dental implants acquired with an i-CAT system; and (3) two clinical case studies. The results shown positional errors of 67±34μm and 108μm, and angular misfits of 0.15±0.08º and 1.4º, for experiment 1 and 2, respectively. Moreover, in experiment 3, visual assessment of clinical data results shown a coherent alignment of the reference implant. Overall, a novel image-based framework for implants’ pose estimation from CBCT data was proposed, showing accurate results in agreement with dental prosthesis modelling requirements.

Consumo energético e eficiência da marcha com dois modelos de joelhos protésicos: estudo de caso

Introdução – Os componentes protésicos têm um papel fundamental na eficiência energética da marcha dos indivíduos amputados. Esta é uma área de conhecimento ainda em desenvolvimento, onde a investigação desempenha um papel central. Objectivos – Comparar e analisar o efeito de dois joelhos protésicos, 3R34, monocêntrico modular, de fricção constante, com auxiliar de extensão incorporado (A) e 3R92, monocêntrico modular, com travão de fricção e controlo pneumático da fase de balanço (B) no consumo energético e eficiência da marcha. Metodologia – Um indivíduo do sexo masculino de 27 anos, com amputação transfemural longa, foi sujeito a um protocolo submáximo de avaliação da resposta ao exercício em passadeira rolante (H/P/Cosmos(R) Mercury), através de um sistema de análise de gases breath‑by‑breath (Cosmed Quark PFT Ergo). Foi efetuado o mesmo protocolo com intervalo de dois dias, primeiro utilizando o joelho A e depois o B. As variáveis analisadas foram o consumo de O2 (VO2), o equivalente metabólico (MET) e a eficiência energética da marcha (Quociente de VO2 esperado de um individuo saudável e o VO2 do individuo em estudo). O esforço percecionado foi medido com a escala RPE de Borg. Resultados – O consumo energético com o joelho A (24,2 ml O2/kg/min; 6,9 MET) foi inferior ao obtido com o joelho B (28,68 ml O2/kg/min; 8,2 MET). A eficiência energética da marcha foi mais elevada para o joelho A (43%) do que para o joelho B (39%). Conclusão – A utilização do joelho A na prótese do indivíduo em estudo resulta numa marcha de menor consumo energético e maior eficiência. No entanto, este valor poderá estar influenciado pelo curto período de adaptação ao joelho B, sendo necessários mais estudos para confirmar os resultados do estudo e a influência deste fator. ABSTRACT - Background – Prosthetic components have a crucial role in the energy efficiency of amputee’s gait. This is an area of knowledge still in development, where research plays a central role. Objective – The purpose of this case study is to compare the impact in energy consumption of two prosthetic knees, titanium single‑axis constant friction knee joint with internal extension assist, 3R34 (A) and a single‑axis pneumatic swing phase control, 3R92 (B). Methodology – The participant was a transtibial amputee, male, with 27 years old, with no other clinical or functional impairments. To measure the energy expenditure a submaximal treadmill (H/P/Cosmos(R) Mercury) exercise stress test combined with a breath‑by‑breath analysis system (Cosmed Quark PFT Ergo) was used. The same test was applied to both knees, separated by two days. The analyzed variables were O2 consumption (VO2), metabolic equivalent (MET) and gait efficiency (VO2 ratio expected from a healthy individual and the studied individual). A rate of perceived exertion (Borg’s Scale) was used. Results – The results were favorable to knee A (24.2 ml O2/kg/min; 6.9 MET, 43% efficiency) compared with knee B (28.68 ml O2/kg/min; 8.2 MET, 39% efficiency). Conclusion – In this case, a less energy consumption gait corresponds to the prosthesis with knee A. These values may be influenced by the short adaptation period with knee B, so it’s necessary to perform more studies to confirm the previous results and to understand the truly impact of correct adaptation factor to the best prosthetics components for different patients.

Wells turbine: fiberglass flanges

A introdução desta tese começa por realizar um enquadramento do projecto em mão, apresentando a central de energia das ondas em que se encontram os componentes em fibra de vidro a projectar. Esta central usa o princípio de variação de coluna de água, e encontra-se localizada na ilha do Pico, Açores. São de seguida apresentados os objectivos deste trabalho, que consistem na selecção de materiais de fabrico dos componentes, desenvolvimento de uma metodologia para projectar juntas aparafusadas em materiais compósitos, dimensionamento e comparação de duas juntas concorrentes em materiais compósitos: junta solicitada à tracção e junta solicitada ao corte, validação da análise e estudo das causas dos vários tipos de falha destas juntas. A parte I deste trabalho é o resultado da pesquisa bibliográfica efectuada para levar a cabo os objectivos definidos. Assim, começa por se fazer uma descrição dos materiais e processos de fabrico que mais se adequam ao presente projecto, nomeadamente fibra de vidro, resinas, tecidos, impregnação manual, RTM e infusão por vácuo. Daqui resultou que os materiais mais adequados para esta aplicação são fibra de vidro do tipo E e resina polyester devido ao seu baixo custo e larga utilização em aplicações estruturais marinhas. O processo de fabrico mais eficiente é a infusão por vácuo devido á sua vocação para pequenas séries de produção, a poupança que permite em termos de mão-de-obra, a complacência com normas de emissão de voláteis e as boas propriedades das partes produzidas. No capítulo II da parte I são discutidos os tópicos relacionados com juntas em materiais compósitos. Da pesquisa levada a cabo conclui-se que as grandes vantagens das juntas aparafusadas são a sua facilidade de montagem e desmontagem, facilidade de inspecção e capacidade de ligar quaisquer tipos de materiais. Quanto à furação de compósitos é importante referir a necessidade de utilizar ferramentas resistentes e parâmetros de maquinação que minimizem o dano infligido aos laminados. Isto é possível através da selecção de ferramentas com passos baixos que reduzam igualmente a dimensão do seu centro estático responsável pela força axial exercida sobre o laminado - principal factor causador de dano. Devem-se igualmente utilizar baixas velocidades de avanço e elevadas velocidades de rotação. É importante salientar a importância da realização de pré-furação, de utilização de um prato de suporte na superfície de saída do laminado e a existência de ferramentas especialmente concebidas para a furação de compósitos. Para detectar e quantificar o dano existente num furo destacam-se os métodos de inspecção ultrasónica e a radiografia. Quanto aos parâmetros que influenciaram o comportamento de juntas aparafusadas destacam-se os rácios largura/diâmetro, distância ao bordo/diâmetro, espessura/diâmetro, pré-tensão, fricção, sequência de empilhamento e respectivas proporções, dimensão das anilhas e folga entre o parafuso e o furo. A pesquisa efectuada visando metodologias de projecto fiáveis ditou a necessidade de utilizar métodos que permitiram determinar o parafuso mais carregado de uma junta, efectuar o cálculo de tensões no mesmo, e ainda métodos que permitam determinar a primeira falha que ocorre no laminado bem como a falha final no mesmo. O capítulo III da primeira parte descreve os métodos de análise de tensões necessários para as metodologias de projecto utilizadas. Aqui é apresentada a teoria clássica da laminação, um método para determinação do parafuso mais carregado, um método analítico baseado na teoria da elasticidade anisotrópica de um corpo e o método dos elementos finitos. O método para determinar o parafuso mais carregado - análise global - consiste num modelo bidimensional de elementos finitos em que 2 laminados coincidentes são modelados com elementos lineares de casca com 4 nós, sendo a extremidade de um laminado restringida em todos os graus de liberdade e a extremidade oposta do segundo laminado carregada com a carga pretendida. Os laminados são ligados através de elementos mola que simulam os parafusos, sendo a sua constante de rigidez previamente calculada para este fim. O método analítico modela o contacto assumindo uma distribuição de pressão cosinoidal ao longo de metade do furo, e é válido para laminados simétricos e quasi-isotrópicos. O método dos elementos finitos é o que mais factores permite ter em conta, sendo os modelos tridimensionais com um elemento por camada os que melhor modelam o estado de tensões experienciado por uma junta aparafusada em materiais compósitos. O tópico de análise de falha é abordado no capítulo 4 da primeira parte. Aqui são apresentados os resultados do world wide failure exercice que compara vários critérios de falha existentes até 2004, fazendo-se referência a desenvolvimentos recentes que têm ocorrido nesta área. O critério de Puck surge como aquele que permite previsões de falha mais exactas. O critério de falha de Hashin 3D foi o escolhido para o presente trabalho, devido à sua facilidade de implementação num modelo de elementos finitos, à sua capacidade para detectar modos de falha subcríticos e à sua utilização em trabalhos anteriores que apresentaram previsões de falha muito próximas dos dados experimentais. Também neste capítulo se apresentaram os vários tipos de falha de uma junta aparafusada em materiais compósitos, apresentando as causas de cada uma. Por fim, na última secção, apresenta-se o método de dano progressivo que se desenvolveu para prever a primeira falha final do laminado. Este é muito interessante tendo permitido previsões de falha muito próximas dos resultados experimentais em trabalhos anteriores. Este método é iterativo e encontra-se dividido em 3 passos: Análise de tensões, análise de falha utilizando o critério de Hashin 3D e degradação de propriedades, de acordo com o tipo de falha detectada. Para além dos passos referidos, existe ainda um quarto responsável pelo fim da análise que consiste na aferição da existência ou não de falha final e respectivo tipo de falha (por pressão de contacto, por tensão ou por esforços de corte). No capítulo V da primeira parte é apresentado o resultado de uma pesquisa das normas de teste necessárias para obter as propriedades dos materiais requeridas para a aplicação dos métodos descritos neste trabalho. A parte II deste trabalho consiste na aplicação dos métodos apresentados na parte I ao caso concreto em estudo. Os softwares Microsoft Excel, Matlab e ANSYS foram utilizados para este fim. A junta começa por ser dimensionada estimando a espessura necessária do componente e o número e características dos parafusos. De seguida foi feita uma análise global à flange em estudo determinando a força suportada pelo parafuso mais carregado. Após esta análise desenvolveu-se um modelo tridimensional de elementos finitos da zona em que se encontra o parafuso mais carregado, utilizando elementos sólidos lineares e isoparamétricos de 8 nós e uma malha gerada pelo método directo. Aplicou-se a este modelo o algoritmo de dano progressivo descrito na primeira parte. Começou por se incluir explicitamente o parafuso, anilhas, pré-tensão e a modelação dos vários contactos com fricção posteriormente simplificado o modelo restringindo radialmente os nós da porção carregada do furo, excluindo os factores mencionados inicialmente. Procurou-se validar o modelo utilizando o método de cálculo de tensões descrito na primeira parte, desenvolvendo um programa em Matlab para o efeito. Tal não foi possível tendo-se incluído a tentativa realizada em anexo. Para efeitos de dimensionamento, desenvolveu-se um modelo de elementos finitos de duas dimensões da junta em causa, utilizando elementos de casca lineares de quatro nós isoparamétricos com uma espessura unitária. Através da análise de tensões efectuada com este modelo, e utilizando um método combinado programado em linguagem paramétrica, foi possível dimensionar as duas juntas concorrentes pretendidas. Este método combinado consistiu no cálculo de tensões em pontos localizados sobre uma curva característica e utilização de um critério de falha quadrático para cálculo da espessura necessária para a junta. O dimensionamento ditou que a junta solicitada à tensão necessita de pelo menos 127% das camadas e do custo de uma junta solicitada ao corte equivalente.

Avaliação do perfil hemodinâmico de válvulas aórticas percutâneas: análise comparativa entre os dois dispositivos disponíveis no mercado - válvula auto-expansível e válvula expansível por balão

Mestrado em Tecnologia de Diagnóstico e Intervenção Cardiovascular. Área de especialização: Intervenção Cardiovascular.

Study and comparison of physiological response with Harmony® suspension system and suspension with pin

The purpose of this study is a cross-qualitative and quantitative gait analysis in 3 traumatic unilateral amputees using prosthesis with pin suspension compared to the use of prosthesis with a high vacuum suspension, the Harmony® system. In Portugal, there aren’t many studies made in the field of orthotic and prosthetic and knowledge about the number of amputees in the country. The only know is that the major cause of lower limb amputation is diabetes mellitus, being the most affected population the older age groups. The combination of technological developments with daily needs of the amputees is becoming more and more important for they better quality of life. This work was done during the curricular unit “Investigation in Prosthetics and Orthotics” class, in the 4th year of Health Technology School of Lisbon, in Portugal. This study analyzes if the change of suspension in transtibial prosthesis will influence some physiological response in amputees.

Perfil ecocardiográfico do doente com estenose aórtica degenerativa

Mestrado em Tecnologia de Diagnóstico e Intervenção Cardiovascular - Área de especialização: Ultrassonografia Cardiovascular.

Caracterização da exposição e eventuais efeitos para a saúde da exposição profissional ao estireno nos ortoprotésicos

Mestrado em Segurança e Higiene do Trabalho.

Avaliação da integridade estrutural de uma prótese cimentada por emissão acústica

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Estudo de esmalte estufa aquoso definitivo

Mestrado em Engenharia Química