Medição e cálculo, utilizando simulações Monte Carlo, das doses em exames de tomografia computorizada

Tese Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica

Desenvolvimento de um sistema de medição de distâncias por focagem óptica

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Validação da antropometria e ultrassonografia do braço, para medição dos respectivos compartimentos, em lactentes nascidos pré-termo : contributo para a avaliação corporal do recem-nascido e do lactente

RESUMO: Contexto: Indicadores fidedignos da composição corporal são importantes na orientação das estratégias nutricionais de recém-nascidos e pequenos lactentes submetidos a cuidados intensivos. O braço é uma região acessível para avaliar a composição corporal regional, pela medida dos seus compartimentos. A antropometria e a ultrassonografia (US) são métodos não invasivos, relativamente económicos, que podem ser usados à cabeceira do paciente na medição desses compartimentos, embora esses métodos não tenham ainda sido validados neste subgrupo etário. A ressonância magnética (RM) pode ser usada como método de referência na validação da medição dos compartimentos do braço. Objectivo: Validar em lactentes pré-termo, as medidas do braço por antropometria e por US. Métodos: Foi estudada uma coorte de recém-nascidos admitidos consecutivamente na unidade de cuidados intensivos neonatais, com  33 semanas de idade de gestação e peso adequado para a mesma, sem anomalias congénitas major e não submetidas a diuréticos ou oxigenoterapia no momento da avaliação. Nas vésperas da alta, foram efectuadas medições do braço, com ocultação, pelos métodos antropométrico, ultrassonográfico e RM. As medidas antropométricas directas foram: peso (P), comprimento (C), perímetro cefálico (PC), perímetro braquial (PB) e prega cutânea tricipital (PT). As área braquial total, área muscular (AM) e área adiposa foram calculadas pelos métodos de Jeliffee & Jeliffee e de Rolland-Cachera. Utilizando uma sonda PSH-7DLT de 7 Hz no ecógrafo Toshiba SSH 140A foram medidos os perímetros braquial e muscular e calculadas automaticamente as áreas braquial e muscular, sendo a área adiposa obtida por subtracção. Como método de referência foi utilizada a RM – Philips Gyroscan ACS-NT, Power-Track 1000 ®, 1.5 Tesla com uma antena de quadratura do joelho. Na análise estatística foram utilizados os métodos paramétricos e não paramétricos, conforme adequado. Resultados: Foram incluídas 30 crianças, nascidas com ( ±DP) 30.7 ±1.9 semanas de gestação, pesando 1380 ±325g, as quais foram avaliadas às 35.4 ±1.1 semanas de idade corrigida, quando pesavam 1786 ±93g. Nenhuma das medidas antropométricas, individualmente, constitui um indicador aceitável (r2 <0.5) das medições por RM. A melhor e mais simples equação alternativa encontrada é a que estima a AM (r2 = 0.56), derivada dos resultados da análise de regressão múltipla: AMRM = (P x 0.17) + (PB x 5.2) – (C x 6) – 150, sendo o P expresso em g, o C e o PB em cm. Nenhuma das medidas ultrassonográficas constitui um indicador aceitável (r2 <0.4) das medições por RM. Conclusões: A antropometria e as medidas ultrassonográficas do braço não são indicadores fidedignos da composição corporal regional em lactentes pré-termo, adequados para a idade de gestação.----------ABSTRACT: Background: Accurate predictors for body composition are valuable tools guiding nutritional strategies in infants needing intensive care. The upper-arm is a part of the body that is easily accessible and convenient for assessing the regional body composition, throughout the assessment of their compartments. Anthropometry and by ultrasonography (US) are noninvasive and relatively nonexpensive methods for bedside assessment of the upper-arm compartments. However, these methods have not yet been validated in infants. Magnetic resonance imaging (MRI) may be used as gold standard to validate the measurements of the upper-arm compartments. Objective: To validate the upper-arm measurements by anthropometry and by US in preterm infants. Methods: A cohort of neonates consecutively admitted at the neonatal intensive care unit, appropriate for gestational age, with  33 weeks, without major congenital abnormalities and not subjected to diuretics or oxygen therapy, was assessed. Before the discharge, the upper-arm was blindly measured by anthropometry, US and MRI. The direct anthropometric parameters measured were: weight (W), length (L), head circumference (HC), mid-arm circumference (MAC), and tricipital skinfold thickness. The arm area (AA), arm muscle area (AMA) and arm fat area were calculated applying the methods proposed by Jeliffee & Jeliffee and by Rolland-Cachera. Using the sonolayer Toshiba SSH 140A and the probe PSH-7DLT 7Hz, the arm and muscle perimeters were measured by US, the arm and muscle areas included were automatically calculated, and the fat area was calculated by subtraction. The MR images were acquired on a 1.5-T Philips Gyroscan ACS-NT, Power-Track 1000 scanner, and a knee coil was chosen for the upper-arm measurements. For statistical analysis parametric and nonparametric methods were used as appropriate. Results: Thirty infants born with ( ±SD) 30.7 ±1.9 weeks of gestational age and weighing 1380 ±325g were included in the study; they were assessed at 35.4 ±1.1 weeks of corrected age, weighing 1786 ±93g. None of the anthropometric measurements are individually acceptable (r2 <0.5) for prediction of the measurements obtained by MRI. The best and simple alternative equation found is the equation for prediction of the AMA (r2 = 0.56), derived from the results of multiple regression analysis: AMARM = (W x 0.17) + (MAC x 5.2) – (L x 6) – 150, being the W expressed in g, and L and MAC in cm. None of the ultrasonographic measurements are acceptable (r2 <0.5) predictors for the measurements obtained by MRI. Conclusions: The measurements of the upper-arm by anthropometry and by US are not accurate predictors for the regional body composition in preterm appropriate for gestational age infants.

Concepção de um aparelho de medição 3D da coluna vertebral: Desenvolvimento de um software de detecção de apófises espinhosas e cálculo da distância ântero-posterior

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

Projecto e concepção de um dispositivo experimental para medição e caracterização dos esforços aplicados no finca-pés de um caiaque de pista: Investigação, desenho e desenvolvimento

Após o enquadramento da canoagem, como modalidade Olímpica, verificou-se um aumento significativo de estudos e pesquisas acerca da biomecânica da modalidade, o que contribuiu para uma diminuição dos tempos na competição. Contudo poucos foram os que se focaram nas forças desenvolvidas e aplicadas ao caiaque através do finca-pés, criado assim oportunidade de desenvolvimento de dispositivos para a medição das mesmas. Assim, o objectivo primordial é desenvolver um sistema experimental capaz de quantificar as forças geradas em cada um dos lados do finca-pés (esquerdo e direito). Este, deverá não só ser passível de se utilizar em caiaque ergómetro como também num caiaque de pista, permitido avaliar as forças aplicadas durante o ciclo de pagaiada, tanto em compressão como em tracção. A sua concepção baseou-se num modelo de finca-pés já existente, tornando-o compatível com os caiaques de competição mais comercializados, e permitindo que no futuro se possa utilizar na água, bastando para isso apenas possuir um caiaque e embarcar o sistema de medição. Este sistema experimental foi testado em caiaque ergómetro por 7 (sete) sujeitos com níveis distintos: seis homens (um atleta olímpico medalhado e cinco de nível nacional) e uma mulher (de nível de selecção Portuguesa) que, entre outros, realizaram um plano definido por 60s a uma frequência de 75 pagaiadas por minuto, seguido de uma intensa mudança de ritmo e força (Sprint). Após análise dos dados obtidos em cada um dos diferentes sujeitos, conseguimos identificar algumas das suas características, tais como: esforço assimétrico dos membros inferiores; utilização de forma heterogénea da fita do finca-pés; diferença de forças máximas aplicadas entre atletas (Ex.: para um atleta olímpico as forças medidas (Min; Max): Pé Esquerdo (- 444; 1087) N e Pé Direito (- 476; 1068) N); etc. Os resultados não só são bastante promissores como também são motivantes e congruentes com estudos anteriores, nomeadamente Begon et al. 2008 e Sturm 2010 e 2012. Finalmente, consegue-se afirmar, com segurança, que foram alcançados os objectivos propostos com a concepção deste dispositivo de medição de forças. Este permite caracterizar os esforços desenvolvidos no finca-pés por cada membro inferior, com ou sem a fita de suporte, possibilitando aos treinadores e atletas uma visão, para muitos desconhecida, das forças transmitidas e das suas assimetrias. No final, este conhecimento permitirá aos atletas melhorar o seu desempenho desportivo bem como facilitar a gestão desportiva, com base nos principais princípios mecânicos inerentes ao movimento dos atletas desde desporto Olímpico.

Desenvolvimento de um oxímetro de pulso e de um sensor de medição de pressão arterial

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Audimetria: problemas qualitativos na medição de comportamentos de consumo

Com o presente trabalho pretendemos divulgar e desenvolver as potencialidades que os sistemas audiométricos oferecem na medição dos comportamentos de consumo dos indivíduos. Sendo um dado inquestionável que o conhecimento dos padrões de consumo é essencial para a definição das estratégias de abordagem dos mercados, não deixa de ser igualmente verídico que, em Portugal, a exploração da audimetria começou por ser uma realidade explorada pelos operadores televisivos.

SMART PANEL: medição, controlo e monitorização num clique

Na sociedade atual, a preocupação com o ambiente, por um lado, e com o conforto e a segurança, por outro, faz com que a sustentabilidade energética se assuma como uma forma de intervenção adequada às exigências de qualidade de vida e à eficiência no âmbito da economia. Nesta conformidade, é incontornável a mais-valia do Smart Panel, um quadro elétrico inteligente criado pela Schneider-Electric com vista à consecução daqueles desideratos. Iremos abordar, neste artigo, a gama de produtos que perfazem esta tecnologia, fazendo uma breve descrição de cada um deles, expondo de seguida um exemplo de aplicação desta tecnologia. Numa fase posterior apresentaremos as vantagens do Smart Panel face à tecnologia tradicional (até hoje a mais comum) no que respeita ao controlo de um quadro elétrico, Sistema de Gestão Técnica Centralizada.

Medição do coeficiente de difusão aparente (ADC) e da anisotropia fraccional (FA) em doentes de Alzheimer

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

Aquisição por Visão Artificial e Medição Automática de Micro Dureza Vickers

O ensaio de dureza, e mais concretamente o ensaio de micro dureza Vickers, é no universo dos ensaios mecânicos um dos mais utilizados quer seja na indústria, no ensino ou na investigação e desenvolvimento de produto no âmbito das ciências dos materiais. Na grande maioria dos casos, a utilização deste ensaio tem como principal aplicação a caracterização ou controlo da qualidade de fabrico de materiais metálicos. Sendo um ensaio de relativa simplicidade de execução, rapidez e com resultados comparáveis e relacionáveis a outras grandezas físicas das propriedades dos materiais. Contudo, e tratando-se de um método de ensaio cuja intervenção humana é importante, na medição da indentação gerada por penetração mecânica através de um sistema ótico, não deixa de exibir algumas debilidades que daí advêm, como sendo o treino dos técnicos e respetivas acuidades visuais, fenómenos de fadiga visual que afetam os resultados ao longo de um turno de trabalho; ora estes fenómenos afetam a repetibilidade e reprodutibilidade dos resultados obtidos no ensaio. O CINFU possui um micro durómetro Vickers, cuja realização dos ensaios depende de um técnico treinado para a execução do mesmo, apresentando todas as debilidades já mencionadas e que o tornou elegível para o estudo e aplicação de uma solução alternativa. Assim, esta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma solução alternativa ao método ótico convencional na medição de micro dureza Vickers. Utilizando programação em LabVIEW da National Instruments, juntamente com as ferramentas de visão computacional (NI Vision), o programa começa por solicitar ao técnico a seleção da câmara para aquisição da imagem digital acoplada ao micro durómetro, seleção do método de ensaio (Força de ensaio); posteriormente o programa efetua o tratamento da imagem (aplicação de filtros para eliminação do ruído de fundo da imagem original), segue-se, por indicação do operador, a zona de interesse (ROI) e por sua vez são identificadas automaticamente os vértices da calote e respetivas distâncias das diagonais geradas concluindo, após aceitação das mesmas, com o respetivo cálculo de micro dureza resultante. Para validação dos resultados foram utilizados blocos-padrão de dureza certificada (CRM), cujos resultados foram satisfatórios, tendo-se obtido um elevado nível de exatidão nas medições efetuadas. Por fim, desenvolveu-se uma folha de cálculo em Excel com a determinação da incerteza associada às medições de micro dureza Vickers. Foram então comparados os resultados nas duas metodologias possíveis, pelo método ótico convencional e pela utilização das ferramentas de visão computacional, tendo-se obtido bons resultados com a solução proposta.

Desenvolvimento de sistemas de medição interferométrica para a calibração de distanciómetros

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

Automatização de sistema de medição múltiplo de ensaio de manómetros analógicos

A dissertação em apreço resultou da necessidade em otimizar os recursos técnicos, mas sobretudo humanos, afetos às verificações de instrumentos de medição, no âmbito do Controlo Metrológico Legal. Estas verificações, realizadas nos termos do cumprimento das competências outrora atribuídas à Direção de Serviços da Qualidade da então Direção Regional da Economia do Norte, eram operacionalizadas pela Divisão da Qualidade e Licenciamento, na altura dirigida pelo subscritor da presente tese, nomeadamente no que respeita aos ensaios efetuados, em laboratório, a manómetros analógicos. O objetivo principal do trabalho foi alcançado mediante o desenvolvimento de um automatismo, materializado pela construção de um protótipo, cuja aplicação ao comparador de pressão múltiplo, dantes em utilização, permitiria realizar a leitura da indicação de cada manómetro analógico através de técnicas de processamento de imagem, função esta tradicionalmente efetuada manualmente por um operador especializado. As metodologias de comando, controlo e medição desse automatismo foram realizadas através de um algoritmo implementado no software LabVIEW® da National Intruments, particularmente no que respeita ao referido processamento das imagens adquiridas por uma câmara de vídeo USB. A interface com o hardware foi concretizada recorrendo a um módulo de Aquisição de Dados Multifuncional (DAQ) USB-6212, do mesmo fabricante. Para o posicionamento horizontal e vertical da câmara de vídeo USB, recorreu-se a guias lineares acionadas por motores de passo, sendo que estes dispositivos foram igualmente empregues no acionamento do comparador de pressão. Por último, procedeu-se à aquisição digital da leitura do padrão, recorrendo à respetiva virtualização, bem como a uma aplicação desenvolvida neste projeto, designada appMAN, destinada à gestão global do referido automatismo, nomeadamente no que se refere ao cálculo do resultado da medição, erro e incerteza associada, e emissão dos respetivos documentos comprovativos.

Utilização de sensores de baixo custo na medição de monóxido de carbono no ar ambiente

Nos últimos anos tem-se assistido à introdução de novos dispositivos de medição da poluição do ar baseados na utilização de sensores de baixo custo. A utilização menos complexa destes sistemas, possibilita a obtenção de dados com elevada resolução temporal e espacial, abrindo novas oportunidades para diferentes metodologias de estudos de monitorização da poluição do ar. Apesar de apresentarem capacidades analíticas distantes dos métodos de referência, a utilização destes sensores tem sido sugerida e incentivada pela União Europeia no âmbito das medições indicativas previstas na Diretiva 2008/50/CE, com uma incerteza expandida máxima de 25%. O trabalho desenvolvido no âmbito da disciplina de Projeto consistiu na escolha, caracterização e utilização em medições reais de um sensor de qualidade do ar, integrado num equipamento protótipo desenvolvido com esse fim, visando obtenção uma estimativa da incerteza de medição associada à utilização deste dispositivo através da aplicação da metodologia de demonstração de equivalência de métodos de medição de qualidade do ar definida pela União Europeia. A pesquisa bibliográfica realizada permitiu constatar que o monóxido de carbono é neste momento o parâmetro de qualidade do ar que permite ser medido de forma mais exata através da utilização de sensores, nomeadamente o sensor eletroquímico da marca Alphasense, modelo COB4, amplamente utilizado em projetos de desenvolvimento neste cotexto de monitorização ambiental. O sensor foi integrado num sistema de medição com o objetivo de poder ser utlizado em condições de autonomia de fornecimento de energia elétrica, aquisição interna dos dados, tendo em consideração ser o mais pequeno possível e de baixo custo. Foi utlizado um sistema baseado na placa Arduino Uno com gravação de dados em cartão de memória SD, baterias e painel solar, permitindo para além do registo das tensões elétricas do sensor, a obtenção dos valores de temperatura, humidade relativa e pressão atmosférica, com um custo global a rondar os 300 euros. Numa primeira fase foram executados um conjunto de testes laboratoriais que permitiram a determinação de várias características de desempenho em dois sensores iguais: tempo de resposta, a equação modelo do sensor, avaliação da repetibilidade, desvio de curto e longo termo, interferência da temperatura e histerese. Os resultados demonstraram um comportamento dos sensores muito linear, com um tempo de resposta inferior a um minuto e com uma equação modelo do sensor dependente da variação da temperatura. A estimativa da incerteza expandida laboratorial ficou, para ambos os sensores, abaixo dos 10%. Após a realização de duas campanhas reais de medição de CO em que os valores foram muito baixos, foi realizada uma campanha de quinze dias num parque de estacionamento subterrâneo que permitiu a obtenção de concentrações suficientemente elevadas e a comparação dos resultados dos sensores com o método de referência em toda a gama de medição (0 a 12 mol.mol-1). Os valores de concentração obtidos pelos dois sensores demonstraram uma excelente correlação com o método de referência (r2≥0,998), obtendo-se resultados para a estimativa da incerteza expandida de campo inferiores aos obtidos para a incerteza laboratorial, cumprindo o objetivo de qualidade de dados definido para as medições indicativas de incerteza expandida máxima de 25%. Os resultados observados durante o trabalho realizado permitiram confirmar o bom desempenho que este tipo de sensor pode ter no âmbito de medições de poluição do ar com um caracter mais indicativo.

Medição do Óxido Nítrico no Ar Exalado: Utilização na Avaliação de Crianças com História de Sibilância

Encontram -se publicados múltiplos trabalhos sobre o papel das determinações do óxido nítrico no ar exalado (FENO) no âmbito do estudo da inflamação brônquica que nos permitem afirmar que se trata duma medição simples, não invasiva e de grande utilidade na avaliação do doente asmático.No decurso de um estudo prospectivo sobre o impacto da poluição do ar sobre a saúde da população na cidade de Viseu (Projecto Saud’AR), foram identificadas crianças com história clínica de sibilância, mediante a aplicação de questionários do International Study of Asthma and Allergy in Childhood (ISAAC). As crianças foram submetidas posteriormente a um questionário padronizado, testes cutâneos prick para aeroalergénios, espirometria com prova de broncodilatação e medição de FENO. A idade média era de 7,8±1,1 anos. Comparando os doentes com queixas de sibilância e/ou dispneia nos 6 meses anteriores à avaliação (n=27) com os que não apresentaram estes sintomas, observaram-se diferenças estatisticamente significativas para o ΔFEV1 (mediana: 4,5% vs 8%, p=0,0399) e para o FENO (mediana: 12 ppb vs 23 ppb, p=0,0195, respectivamente). Se olharmos para as crianças que recorreram a broncodilatador nos seis meses anteriores à avaliação (n=19) e as compararmos com as que não necessitaram, encontramos diferenças para o FENO: mediana de 27 ppb versus mediana de 11 ppb, respectivamente; p<0,0001. Ao compararmos as crianças que recorreram a uma consulta de urgência nos seis meses anteriores à avaliação(n=9) e as compararmos com as que não recorreram, encontramos também diferenças estatisticamente significativas para o FENO: mediana de 28 ppb versus mediana de 13 ppb, p=0.0029. Constatou -se assim que a existência de sintomas se associou melhor com o FENO de que com a espirometria.