Perfil 1: Imagiologia, Biossinais e Instrumentação Biomédica

Perfil 1: Imagiologia, Biossinais e Instrumentação Biomédica

As áreas afins da Imagiologia, dos Biossinais e da Instrumentação Biomédica constituem um dos pilares da Engenharia Biomédica em qualquer formação deste ramo da Engenharia. No Departamento de Bioengenharia do IST, este perfil enquadra-se na área científica de Sistemas Biomédicos e Biossinais, e permite a formação nos seguintes domínios:

• Imagiologia: Imagiologia médica; Radiologia; Imagem molecular; Ultrassons; Imagem de Ressonância Magnética; Neuroimagiologia; Imagem funcional; Imagem multimodal; Electroencefalografia; Mapeamento cerebral; Bioimagem.

• Biossinais: Análise e modelação de biossinais; Classificação de biossinais; Identificação e estimação de sistemas biológicos e médicos; Processamento de imagem biológica e biomédica; Interfaces homem-máquina.

• Instrumentação biomédica: Biosensores; Sensores e actuadores biomédicos; Redes de comunicação intra- e extra-corporais; Biotelemetria; Bioelectromagnetismo; Compatibilidade electromagnética em sistemas biomédicos.

A Imagiologia Biomédica refere-se ao estudo da interacção de alguma forma de radiação com tecidos biológicos e ao desenvolvimento de tecnologia apropriada para a extracção de informação útil a partir da observação destas interacções, com aplicações que vão do diagnóstico médico à investigação fundamental em biologia. Desde a sua origem, a Imagiologia revolucionou a Medicina e a Biologia e não tem parado de se renovar em novas modalidades cada vez mais sensíveis, rigorosas e eficazes no diagnóstico, caracterização e monitorização dos processos anatomo-fisiológicos e biológicos. Actualmente, as modalidades de imagiologia médica incluem, não só a radiologia tradicional, mas também a ressonância magnética, os ultrassons e a imagem molecular, e ainda técnicas tais com a electro-encefalografia e a electro-cardiogragia. Em paralelo, as múltiplas técnicas de imagem biológica tornaram-se imprescindíveis na investigação em Biologia, permitindo a observação de funções celulares e de processos moleculares em organismos vivos e os testes clínicos de novos medicamentos. As Neurociências têm vindo a ser o objecto de alguns dos progressos mais espectaculares da Imagiologia, que estão a abrir uma nova janela de oportunidade para o estudo das relações entre as funções cerebrais e os processos cognitivos: este é o domínio da Neuromagiologia. A área de Biossinais é uma área transversal da Engenharia Biomédica, que inclui técnicas de análise e processamento de sinais e imagem, técnicas de reconhecimento de padrões, e ainda modelação e identificação de sistemas e e estimação. As ferramentas matemáticas, metodológicas e algorítmicas desenvolvidas no âmbito dos Biossinais constituem o núcleo de suporte para a modelação de processos, a análise de dados, e os sistemas auxiliares de decisão e diagnóstico médico.

A área de Biossinais está também na base de sistemas personalizados de autenticação e identificação baseados em biometria, com aplicações quer a nível de segurança e privacidade de dados e instalações, quer a nível forense. A monitorização, processamento e classificação contínua de sinais fisiológicos permitem ainda a detecção de situações anómalas e eventual prevenção através do despoletar de alarmes em situações de risco. Uma aplicação importante na área dos Biossinais é o desenvolvimento das técnicas de comunicação entre o cérebro e o computador, “Brain-Computer Interfaces”, com o objectivo de controlar uma prótese, um braço robótico ou uma cadeira de rodas, e de desenvolver estratégias terapêuticas para certas doenças neurológicas e psiquiátricas (Neuro-feedback).

A Instrumentação Biomédica engloba a instrumentação electrónica, as redes de sensores e o electromagnetismo enquadradas no contexto biomédico. A instrumentação electrónica tem um papel importante no desenvolvimento de sistemas de medida e imagiologia biológica e médica, contribuindo para a sua integração, incremento de desempenho. Na área das redes sensoriais de monitorização, tem adquirido crescente relevância o desenvolvimento de redes sensoriais corporais sem fios que permitem a monitorização pouco intrusiva e em tempo real. Uma aplicação interessante e mediática é a monitorização de desportistas de alta competição por intermédio do uso de tecidos nos seus equipamentos nos quais se integram redes de sensores bem com a electrónica de transdução e telemetria. Finalmente, a teoria dos campos electromagnéticos surge na biomedicina nas vertentes de medida, intervenção e interacção. Da primeira constituem exemplos a medida de biopotenciais e os sistemas de imagiologia por medição dos campos eléctricos ou magnéticos, enquanto que a segunda corresponde à capacidade interveniente do campo com fins curativose a terceira refere-se ao estudo dos efeitos do campo em seres biológicos, exemplos dos quais são os telemóveis e as linhas de distribuição da rede eléctrica.

Núcleo de disciplinas obrigatórias do 2º ciclo directamente relacionadas com este perfil(2):

Sinais e Sistemas em Bioengenharia (DBE-FMUL) 4º ano, 1º semestre

Sinopse: O objectivo da disciplina é complementar a formação em Sinais e Sistemas na perspectiva da Bioengenharia, incluindo tópicos avançados como espaços vectoriais de sinais, análise tempo-frequência e estruturas canónicas de filtros digitais. Pretende‐se ainda dar formação básica sobre a teoria de Controlo no âmbito da Bioengenharia.

Imagiologia Médica (DBE-FMUL) 4º ano, 2º semestre

Sinopse: O objectivo da disciplina é dar formação teórica e prática sobre as principais modalidades de Imagiologia médica, incluindo os seguintes temas: princípios físicos de obtenção de imagem; instrumentação básica; técnicas de reconstrução e análise de imagem; e aplicação no diagnóstico e monitorização de patologias.

PERFIL

Disciplinas obrigatórias (2):

- Processamento de Sinais em Bioengenharia (4ºano/2ºSem)

- Instrumentação e Aquisição de Sinais em Bioengenharia (4ºano/2ºSem)

Disciplinas de opção restrita (escolher 1)

- Neuroimagiologia (5ºano/1ºSem)

- Processamento de Imagem e Visão (5ºano/1ºSem)

- Aprendizagem Automática (5ºano/1ºSem)

Opção livre (escolher 2 no 5ºano/1ºSem)

- Neuroengenharia (5ºano/1ºSem) link da página

Perfil 2: Bioengenharia Molecular e Celular, Engenharia de Tecidos e Medicina Regenerativa

Perfil 2: Bioengenharia Molecular e Celular, Engenharia de Tecidos e Medicina Regenerativa

O perfil em Bioengenharia Molecular e Celular, Engenharia de Tecidos, e Medicina Regenerativa integra um conjunto de tecnologias que têm como ponto comum a interacção, à escala micrométrica e nanométrica, de sistemas (dispositivos, materiais, moléculas) artificiais complexos com biomoléculas, células, tecidos e organismos. Esta convergência entre objectos tecnológicos da engenharia e as ciências biológicas e a medicina corresponde a um novo paradigma, com potencial para conduzir a aplicações de elevado impacto na biotecnologia e medicina, em particular no desenvolvimento de novas estratégias para biodiagnósticos e medicina regenerativa.

Este perfil permite uma formação aprofundada em:

(i)            Biomateriais

(ii)           Medicina regenerativa

(iii)          Sistemas de entrega de biomoléculas

(iv)         Nanotecnologia e nanobiotecnologia

(v)          Biosensores e biodiagnósticos

 Estas diferentes áreas não são estanques e a sua base científica e tecnológica é frequentemente apelidada de Nanomedicina. Por exemplo, a criação de novos tecidos baseados na cultura e diferenciação de células estaminais – medicina regenerativa - requer um suporte mecânico com propriedades geométricas tridimensionais, mecânicas, químicas e físicas apropriadas – um biomaterial (“scaffold”). Outro exemplo é o do projecto de uma nanopartícula multifuncional – nanotecnologia – que permita levar uma molécula terapêutica a um ponto específico de um conjunto de células do organismo– sistema de entrega de fármacos.

Este perfil em Bioengenharia Molecular e Celular, Engenharia de Tecidos, e Medicina Regenerativa possui também relações importantes com os outros perfis oferecidos no curso de Engenharia Biomédica. Estas relações podem ser exploradas através da frequência de unidades curriculares de opção. Por exemplo, há uma relação estreita entre biomateriais usados em próteses ortopédicas e estudos em biomecânica, o desenvolvimento de novos biosensores implica frequentemente uma interface importante com sistemas de aquisição e processamento de sinais, o desenvolvimento de biodiagnósticos com elevado grau de paralelização (“high-throughput screening”) requer a utilização de ferramentas de biologia computacional incluindo a genómica e proteómica.

Embora os biomateriais sejam primariamente usados em aplicações médicas, são também utilizados para suportar o crescimento de células em cultura, e têm um papel relevante em todos os sistemas de engenharia que interactuam com sistemas biológicos. Em todos estes sistemas as propriedades dos materiais sintéticos ou materiais naturais modificados (mecânicas, ópticas, electrónicas, químicas, quer em volume, quer de superfícies) têm de ser cuidadosamente projectadas.

A nanotecnologia foca a sua atenção na compreensão do comportamento e na engenharia de sistemas funcionais numa escala aproximadamente entre 1 e 100 nm, permitindo extrema miniaturização e o uso de fenómenos únicos emergentes a esta escala que permitem novas aplicações. A nanobiotecnologia consiste na aplicação dos conceitos da nanotecnologia às ciências biológicas, à biotecnologia, e à medicina. Novas aplicações, tais como sistemas lab-on-chip para biodiagnóstico, nanopartículas para imagiologia e sistemas avançados de entrega de fármacos, sistemas de funcionalização de superfícies emergem destes conceitos. Uma outra vertente de grande potencial consiste na translação de conceitos biológicos para aplicações em engenharia – biomimetismo – a partir da compreensão das propriedades estruturais e funcionais de células, tecidos e organismos.

A medicina regenerativa é uma área emergente interdisciplinar de investigação e aplicações clínicas focada na reparação, substituição ou regeneração de células, tecidos ou órgãos para restaurar a sua função . Esta função pode ter sido alterada ou destruída por variadíssimas causas, incluindo defeitos congénitos, doença, trauma ou envelhecimento. A medicina regenerativa usa uma combinação de tecnologias, umas já existentes e outras emergentes, que vão para lá das terapias tradicionais de transplantação ou substituição. Um importante paradigma é a estimulação e apoio das capacidades auto-regeneradoras do organismo. A utilização de moléculas solúveis, terapia génica, células estaminais e as células delas derivadas, engenharia de tecidos e reprogramação de células e tecidos são algumas das ferramentas no arsenal das novas técnicas de medicina regenerativa.

Núcleo de disciplinas obrigatórias do 2º ciclo directamente relacionadas com este perfil (2):

Engenharia de Células e Tecidos (DBE-FMUL)

4º ano, 1º semestre

Ciência dos Biomateriais (DBE-FMUL)

4º ano, 2º semestre


PERFIL

Disciplinas obrigatórias (2):

- Bioengenharia de Células Estaminais (4º ano/2ºsem)

- Tecnologia dos Biomateriais (5ºano/1ºsem)

Disciplinas de opção restrita (escolher 1):

- Genómica Funcional e Comparativa

- Nanotecnologias

Disciplinas de opção livre (escolher 1 no 4ºano/2ºsem e outra no 5ºano/1ºsem)

 

Perfil 3: Biomecânica e Dispositivos Biomédicos

Perfil 3: Biomecânica e Dispositivos Biomédicos

A Biomecânica é uma das áreas chave da Engenharia Biomédica. A Biomecânica emprega os princípios da mecânica, entendida como o ramo da ciência que estuda o efeito das forças quando aplicadas sobre um determinado corpo, para investigar a influência das cargas mecânicas na estrutura, propriedades e função dos sistemas biológicos. Para caracterizar estes sistemas a Biomecânica integra diversos tópicos da mecânica tais como a estática e dinâmica, a mecânica dos meios contínuos (sólidos e fluidos), ciência dos materiais, transferência de calor e termodinâmica.

Tradicionalmente as aplicações da Biomecânica centram-se na análise e modelação dos sistemas do corpo humano, como o sistema musculoesquelético, sistema cardiovascular e sistema respiratório. Mais recentemente a Biomecânica tem-se focado também nos subsistemas, isto é na análise do comportamento mecânico dos tecidos e células. Do ponto de vista tecnológico, a Biomecânica tem contribuído para o desenvolvimento de dispositivos biomédicos com aplicações à melhoria do desempenho de atletas, ergonomia e reabilitação clínica; no projecto e desenvolvimento de ortóteses, próteses e implantes ortopédicos e também no desenvolvimento de dispositivos para o sistema cardiovascular, entre outras aplicações médicas.

Tendo em conta a importância que a Biomecânica tem no contexto da Engenharia Biomédica, o Perfil de Biomecânica e Dispositivos Biomédicos tem como objectivo desenvolver competências de modo a formar Engenheiros habilitados a desenvolver trabalho nas áreas acima descritas quer numa perspectiva científica, quer do ponto de vista de desenvolvimento tecnológico. Para tal oferece um conjunto de disciplinas base onde os fundamentos da mecânica são apresentados de forma coerente e disciplinas onde ferramentas computacionais e modelos experimentais em Biomecânica são desenvolvidos e explorados.

O Perfil de Biomecânica no curso de Engenharia Biomédica do IST-FML suporta-se em três vectores fundamentais: numa forte actividade de investigação do corpo docente envolvido, a qual tem vindo a crescer fortemente ao longo dos últimos anos; na existência de laboratórios de apoio ao ensino; e numa saudável colaboração entre o corpo docente do IST e da FML.

As disciplinas oferecidas centram-se no DEM - Departamento de Engenharia Mecânica (Área Científica de Mecânica Estrutural e Computacional) e no departamento de DECivil - Engenharia Civil, Arquitectura e Georecursos (Área Científica de Mecânica Estrutural e Estruturas), incluindo contudo disciplinas de outros departamentos, nomeadamente do DMat - Departamento de Matemática e DEEC - Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores.

Tendo como pré-requisitos as disciplinas oferecidas no 1º Ciclo do Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica do IST, Mecânica Aplicada, Mecânica dos Meios Contínuos e Mecânica e Modelação Computacional, o Perfil oferece no 2º Ciclo para além da disciplina de Biomecânica do Movimento, obrigatória para todos os alunos (troco comum), duas disciplinas obrigatórias do perfil, a Biomecânica dos Tecidos e a Mecânica dos Biofluidos, uma disciplina opcional de escolha restrita a escolher de um leque de disciplinas que inclui Modelos Matemáticos em Biomedicina, Gráfica Computacional e Modelação Geométrica, Optimização de Estruturas e Sistemas Mecânicos, Sensores e Actuadores e Robótica. Os alunos terão ainda duas opção livres.

 

Núcleo de disciplinas obrigatórias do 2º ciclo directamente relacionadas com este perfil (1):

Biomecânica do Movimento (DEM-FMUL) 4º ano, 1º semestre


PERFIL

Disciplinas obrigatórias (2):

- Biomecânica dos Tecidos (4ºano/2ºsem)

- Mecânica dos Biofluídos (5ºano/1ºsem)

Disciplinas de escolha restrita (escolher 1):

- Gráfica Computacional e Modelação Geométrica (4ºano/2ºsem)

- Sensores e Actuadores (4ºano/2ºsem)

- Robótica (4ºano/2ºsem)

- Modelos Matemáticos em Biomedicina (4ºano/2ºsem)

Opções livres (escolher 2 no 5ºano/1ºsem)
- Neuroengenharia (5ºano/1ºSem) link da página

 

Perfil 4: Engenharia Clínica

Perfil 4: Engenharia Clínica

O perfil em Engenharia Clínica pretende preparar profissionais da Engenharia Biomédica para a responsabilidade de apoiar e desenvolver a prestação de cuidados através da aplicação dos princípios da engenharia e gestão às tecnologias da saúde, na vertente de sistemas de informação e gestão clínica. Este perfil assume particular relevância no actual contexto de crescente inovação tecnológica na prática médica, de aumento do interesse público sobre os custos, qualidade e segurança na prestação de cuidados, e de grande quantidade de informação disponível nos sistemas de saúde.

Centrando-se na convergência entre as ciências da gestão, a engenharia informática e a tecnologia médica, a formação especializada deste perfil permite aos alunos cobrir uma vasta gama de valências sobre sistemas de informação e gestão clínica, estando organizada em dois eixos fundamentais:

I. Conhecimentos sobre metodologias de apoio à gestão e tomada de decisão em contexto clínico:

    • Conceitos, métodos e modelos de gestão de operações e projectos, de planeamento e controlo de processos e de gestão logística no sector da saúde são transmitidos na disciplina de Gestão de Operações e Logística.
    • Conceitos, métodos e modelos de estruturação e avaliação multicritério de custos, benefícios e riscos de opções de decisão, de afectação de recursos, e de análise e avaliação de segurança e riscos em contexto clínico são leccionados na disciplina de Modelos de Apoio à Decisão

II. Conhecimentos sobre sistemas informáticos e de informação para a gestão de informação em contexto clínico:

    • Conceitos fundamentais sobre como gerir informação, modelar dados e conceber aplicações fundamentais de gestão de dados são ensinados na disciplina de Sistemas de Informação e Bases de Dados.
    • A formação em Informática Biomédica proporciona um conhecimento diferenciado sobre tecnologias de informação no sector da saúde.

Estes dois eixos principais podem ainda ser complementados por uma formação horizontal na área da estatística aplicada à saúde, através dos conhecimentos que podem ser adquiridos na disciplina de Bioestatística.

A formação proporcionada por este perfil é especialmente vocacionada para potenciar a actividade profissional dos alunos (e investigação) em hospitais, consultoras, empresas de tecnologias de informação, agências governamentais e entidades reguladoras da saúde, e nas indústrias de equipamentos e farmacêutica. Os engenheiros com esta formação têm como principal desafio assumir um papel chave na gestão de tecnologias e em tecnologias de informação no sector da saúde, áreas estas reconhecidas como centrais no futuro da Engenharia Clínica. Os Engenheiros Biomédicos com perfil em Engenharia Clínica poderão assumir, de forma diferenciada, múltiplas e variadas funções relacionadas com a adopção, utilização e gestão de tecnologias para melhorar a prestação de cuidados de saúde (a título de exemplo, podendo incluir a gestão e compra de equipamentos biomédicos; a avaliação de tecnologias biomédicas; o desenho de sistemas de informação e de auditoria; a consultoria de projectos e processos no sector da saúde; e a regulação e auditoria hospitalar).

Adicionalmente às valências definidas como chave para este perfil, os alunos poderão adoptar várias estratégias na escolha da disciplina de opção: por exemplo, adquirir valências complementares nas áreas de gestão, informática, estatística e medicina; ou escolher uma disciplina de outros perfis que potenciam uma especialização numa dada tecnologia.

Núcleo de disciplinas obrigatórias do 2º ciclo directamente relacionadas com este perfil (1):

Gestão de Sistemas de Saúde (DEG-FMUL) 4º ano, 2º semestre


PERFIL

Disciplinas obrigatórias (4):

- Informática Biomédica (4ºano/2ºsem)

- Gestão de Operações e Logística (4ºano/2ºsem)

- Sistemas de Informação e Bases de Dados (5ºano/(1ºsem)

- Modelos de Apoio à Decisão (5ºano/1ºsem)

Opção livre (escolher 1 no 5ºano/1ºsem)

- Neuroengenharia (5ºano/1ºSem) link da página