icones-sociais-facebook icones-sociais-linkedin

logo-ibeb-side-area

Projectos Financiados

2019


Biomarcadores neuroimagiológicos para o Diagnóstico de doenças Neuropsiquiátricas, com recurso a Inteligência Artificial
As doenças neuropsiquiátricas crónicas são o tipo de doença mais frequente e debilitante, mais do que as doenças cardíacas e o cancro. Existe uma necessidade para o seu diagnóstico atempado e preciso, de forma que o tratamento possa começar mais cedo, a progressão da doença pode ser atrasada, a qualidade de vida do paciente melhorada e a gestão do paciente mais custo­ efetiva.Descrição:


Periodo: Janeiro 2019 - Setembro 2021
Entidade Financiadora: FCT
Equipa: Diana Prata, Hugo Ferreira
Parceiros:

EPE (CHLN)
Hospital Professor Doutor Fernando Fonseca, EPE (HFF, EPE)
Serviços Partilhados do Ministério da Saúde, E.P.E. (SPMS)
NEUROPSYAI – SERVIÇOS E INVESTIGAÇÃO EM NEUROCIÊNCIAS, Lda (NeuroPsyAI)
Hospital da Senhora da Oliveira, Guimarães EPE (HSOG)

Montante: 299 925€

2018


Oxitocina intranasal para a psicopatologia social: mecanismos de acção e biomarcadores preditivos usando neuroimagiologia, genética e inteligência artificial
A doença mental é o maior contribuinte para a doença crónica na Europa, representando metade das despesas de segurança social (OMS, 2008). No entanto, o atraso da neuropsiquiatria em relação a outros campos da medicina, na compreensão dos mecanismos da doença e na previsão da resposta ao tratamento, limita severamente a recuperação e qualidade de vida dos indivíduos. Com a proposta actual, focada no neuropéptido oxitocina (OT) e no seu promissor uso farmacológico, procuramos melhorar os modelos fisiopatológicos e terapêuticos da esquizofrenia (SCZ), enfatizando a (muito negligenciada) sintomatologia sócio-cognitiva. Procuramos responder a 2 questões:
1) Qual o impacto da oxitocina intranasal (OT) nos neurocorrelatos da cognição social em pacientes com SCZ - e de que forma este efeito é influenciado pela farmacoterapia dopamina(DA)-érgica e pela variabilidade genética relevante?
2) Poderemos prever a probabilidade de um individuo com SCZ apresentar efeitos na actividade do estriado promovidos pela OT intranasal durante uma tarefa de recompensa social, usando inteligência artificial (IA) em dados genéticos, de dosagem da medicação DAérgica e imagiológicos sem-tarefa?
Este projecto interdisciplinar, único em Portugal, propõe uma manipulação farmacológica duplamente cega, aleatorizada-controlada de OT, em conjunto com uma avaliação farmacogenética da influência genética da OT no funcionamento cerebral durante um jogo social (Dilema do Prisioneiro), que elicita recompensa social e processamento de confiança. Além da abordagem baseada em hipóteses para caracterizar a sobreposição das vias da OT e DA, usaremos também uma abordagem sem-hipóteses de IA, procurando um biomarcador preditivo para a OT - com potencial translacional e de eficiência de custos.
Este empreendimento deriva de: 1) trabalho pioneiro da PI no iMM onde iniciou a caracterização da interacção entre OT e DA na cognição social de individuos saudáveis; 2) trabalho anterior da PI na etiologia, resposta de tratamento a antagonistas da DA e biomarcadores preditivos do inicio da SCZ, combinando genética e neuroimagem, no Instituto de Psiquiatria (King's College London, KCL); 3) do co-PI ter desenvolvido novas ferramentas de neuroimagem e modelos de IA que servem como biomarcadores; e 4) na recente criação do NeuroPsyCAD, resultante das suas linhas de trabalho altamente complementares.
Este projecto estabelece também uma triangulação entre: 1) colaboração académica entre pares de uma instituição aplicada e uma instituição técnica, académica e biomédica (iMM e IBEB, respectivamente); 2) nova colaboração académico-clínica com os departamentos de Psiquiatria de 3 hospitais em Lisboa; e 3) colaboração académica- industrial com uma empresa recém criada (NeuroPsyCAD); inclui também colaborações internacionais com KCL e Emory University (US) - em suma, uma oportunidade formativa extremamente valiosa em Portugal e um importante avanço interdisciplinar nas neurociências e psiquiatria.Descrição:


Periodo: Julho 2018 - Junho 2020
Entidade Financiadora: FCT
Equipa: Diana Prata, Hugo Ferreira
Montante: 239 788,40€

ElectroMagnetic imaging for a novel genERation of medicAL Devices
EMERALD is the coherent action of leading European engineering groups involved in electromagnetic (EM) technology for medical imaging to form a cohort of highly skilled researchers capable of accelerating the translation of this technology “from research bench to patient bedside”.Descrição:


Periodo: Maio 2018 - Abril 2022
Entidade Financiadora: Horizonte 2020
Equipa: Raquel Cruz Conceição
Parceiros:

Czech Technical University in Prague, Czech Republic; University of Belgrade, Serbia; Neurent Medical, Ireland; Institute of Telecommunications – Lisboa, Portugal; MEDIWISE, United Kingdom; University of Rome Sapienza, Italy; Italian National Agency for New Technologies, Energies and Sustainable Economic Development, Italy; Istanbul Technical University, Turkey; Johannes Kepler University Linz, Austria; European Association on Antennas and Propagation (European); University Hospital Bern, Switzerland; Hadassah Hebrew University Medical Center, Israel; University of Trento, Italy; Lariboisière University Hospital, Paris 7 University, France; Luz Saúde, S.A., Sociedade Aberta, Hospital da Luz, Portugal; Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Portugal; Sorbonne Université, France.

Montante: 238 356,36€

2017


Redes sinápticas e abordagens compreensivas de medicina personalizada em doenças neurocomportamentais ao longo da vida
Estima-se que 1 em cada 3 europeus sofra de uma doença do sistema nervoso central, com custos anuais
estimados em 800 biliões de euros, representando 35% dos gastos em saúde na Europa (DiLuca & Olesen, 2014).
O diagnóstico precoce e a abordagem terapêutica de doenças do SNC é um desafio societal importante dada a sua
prevalência e o impacto no sistema nacional de saúde. As patologias do neurodesenvolvimento, neuropsiquiátricas
e neurodegenerativas envolvem todas disfunção sináptica importante ou na etiologia ou na abordagem terapêutica
dos seus défices.
A investigação focada em processos sinápticos/neurotransmissão em doenças em que as mesmas redes sinápticas
são afetadas de forma distinta, no âmbito de um consórcio, permitirá novas perspectivas e abordagens e estratégias
de fertilização cruzada.
Neste projeto, os promotores uniformizam um conjunto de soluções baseadas em data mining de dados complexos
de genómica, proteómica, clínicos e de neuroimagem estrutural e funcional, almejando a descoberta de novos
biomarcadores. Esta estratégia focada de medicina de sistemas amplia o âmbito da área de ?imaging genetics? com
poder estatístico acrescentado.
O desenvolvimento de novos biomarcadores enfrenta novos desafios, os da medicina personalizada do Século XXI,
em que a melhor abordagem para resolver o problema da variabilidade individual implica a estratificação de grupos
de risco. São necessárias grandes bases de dados que permitam identificar subpopulações com características
biológicas que sejam a base de seleção de estudos de validação com fármacos, como por exemplo em ensaios
clínicos envolvendo a indústria farmacêutica. O acesso a big data permite selecionar os subgrupos populacionais
para os quais os objetivos diagnósticos e/ou terapêuticos são mais passíveis de ser validados e aplicados. Esta
combinação facilita a potenciação do alvo diagnóstico ou terapêutico através do acesso a data mining em bases de
dados. Este projeto visa a descoberta de biomarcadores, com base em dados multivariados e ferramentas estatísticas
avançadas que possam ser usadas em dados clínicos e de imagem. Visamos plataformas modelo com base em
trabalho já desenvolvido, e nas extensas bases de dados já geradas pelos parceiros na lógica de big data para a
descoberta de padrões de moleculares e de imagem, geradores de propriedade intelectual.
A ligação entre biomarcadores de doença e bases de dados para estratificação de grupos de doentes será um
acelerador para ensaios clínicos, incluindo desenvolvimento de radiofármacos, alinhados com as estratégias RIS3
de big data, envelhecimento, e plataformas de biomarcadores.
Em suma, este projeto explora a descoberta de biomarcadores em vários ramos de aplicação médica, que têm como
denominador comum a disfunção sináptica: 1. Doenças neurodegenerativas 2. Doenças neuropsiquiátricas e do
neurodesenvolvimento.Descrição:


Periodo: Março 2017 - Setembro 2020
Entidade Financiadora: POCI-01-0145-FEDER-016428
Equipa: Pedro Almeida, Alexandre Andrade, Hugo Alexandre Ferreira
Parceiros:
IBILI – Univ. Coimbra, IBIMED – Univ. Aveiro, ICVS – Univ Minho, BIOISI – Ciências – ULisboa
Montante: 191 308 €

C2 Advanced Multi-domain Environment and Live Observation Technologies
The creation of the Schengen area has been one of the major achievements of the EU. However, this agreement requires countries to cooperate tightly in order to keep a high level of security at their internal borders, as well as to share the responsibility of managing external borders. Such a variety of borders (land, sea and air) and current challenges requires a consistent approach to border surveillance, based on a plethora of heterogeneous assets. These can be manned or unmanned, ranging from sensors (optical, radar, IR) to unmanned platforms (UAV, UGV, USV or UUV), and need to be combined to offer an integrated situational picture of the area under surveillance and of their location. In order to effectively control their operation and manage the large amounts of data collected by them, new approaches for command and control need to be considered, allowing efficient interaction between the operator and the different assets in the field. CAMELOT proposes to develop and demonstrate different advanced command and control service modules for multiple platform domains, based on a SOA architecture that specifies internal and external interfaces, allowing the development of a modular and scalable command and control station, customisable to the user needs. This architecture can be based on results of previous studies and work or open architectures that may prove more suitable and the interfaces can take advantage of the standardisation work that has been done already. After the definition, CAMELOT partners will prototype service modules according to their expertise, background individual technologies and practitioner needs. These will be integrated progressively in specific testing along the project. This prototype development approach will culminate in 2 final demonstrations involving end users and relevant stakeholders, to achieve a maturity of TRL6 (for most individual technologies supporting the functionalities for border surveillance) and an IRL of 7 for CAMELOT.Descrição:


Periodo: Maio 2017 - Abril 2020
Entidade Financiadora: Horizonte 2020
Equipa: Hugo Alexandre Ferreira

2015


PET com sistema inovador de leitura dupla para correção de DOI
A Tomografia por Emissão de Positrões (PET) é o melhor exemplo da contribuição de sistemas de imagiologia médica para investigação clínica. O desenvolvimento de sistemas PET adequados a imagiologia de pequenos animais tem sido uma área de investigação ativa nas últimas duas décadas, com importantes aplicações em desenvolvimento de fármacos e imagiologia de expressão genética. Isto possibilitou uma melhor compreensão de doenças humanas e o desenvolvimento de métodos mais eficazes de as diagnosticar e tratar, através da transposição de descobertas em estudos pré-clínicos de imagiologia molecular em pequenos animais para a prática médica. No caso dos sistemas PET para imagiologia de pequenos animais, cujo foco é a investigação, a adequação de tamanho é essencial uma vez que, por exemplo, o tamanho do coração de um rato será cerca de mil vezes inferior ao de um coração humano.
Este trabalho pretende desenvolver um pequeno sistema PET com capacidade de determinação de profundidade de interação (DOI), importante para uma melhoria da resolução espacial. O sistema combina células de cintiladores e fotodetetores com um novo método de determinação da DOI, e baseia-se em guias de luz (fibras óticas) com fotomultiplicadores de Silício (SiPM). O método requere um pequeno número de componentes para obter a profundidade de interação, permitindo portanto que seja produzido um sistema PET de alta performance, exibindo características de ponta com custos aceitáveis.
O princípio assenta num anel de 128 cristais LYSO 1.5 x 1.5 x 20 mm3 radialmente distribuídos, cada um dos quais é lido em ambas as extremidades através do uso de fotomultiplicadores de Silício (SiPMs), mas usando fibras de conversão de comprimento de onda (WLS) e um número reduzido de SiPMs numa das extremidades. O DRIM-PET pode ser modulado para obter capacidade axial usando vários módulos de anéis lado a lado.
Dois sistemas diferentes de leitura dos sinais serão considerados. O sistema mais simples usa apenas alguns canais para leitura das 128 células de deteção, sendo a posição determinada pelo método da divisão de carga em resistências. O método mais complexo, com maior capacidade em termos de redução de falsas coincidências, sensibilidade e resolução em posição usará canais individuais para cada célula.
Estudos experimentais e de simulação serão efetuados para determinar os valores ótimos dos parâmetros do sistema, com o intuito de construir um protótipo a ser testado e caracterizado tendo em conta o seu interesse como novo sistema PET para investigação pré-clínica em medicina nuclear.
Métodos de reconstrução de imagem e software dedicados serão desenvolvidos tendo em conta as características do sistema e de modo a otimizar a qualidade de imagem em função dos sinais produzidos.
A caracterização do protótipo, usando emissores beta+, será feito em primeira instância com uma fonte de calibração 22-Na e posteriormente com fantomas preenchidos com 18-F. Finalmente, de modo a demonstrar o potencial do sistema PET desenvolvido, pequenos animais com diferentes patologias de interesse (por exemplo, oncológicas) e radiotraçadores serão usados como fase final de avaliação.
Investigador Principal: João Veloso (UA)Descrição:


Periodo: Junho 2016 - Maio 2019
Entidade Financiadora: FCT / Concurso de Projetos de Investigação Científica e Desenvolvimento Tecnológico em todos os domínios científicos 2014 (PTDC/BBB-IMG/4909/2014)
Equipa: Pedro Almeida; Nuno Matela
Parceiros:

Instituto de Nanoestruturas, Nanomodelação e Nanofabricação (Aveiro) (I3N)

CNC.IBILI (Coimbra)

IBEB – Instituto de Biofísica e Engenharia Biomédica

Montante: 199.954,00€
Objectivos: A Tomografia por Emissão de Positrões (PET) está entre os melhores exemplos da contribuição de sistemas de imagiologia médica para investigação clínica. O caso dos sistemas para imagiologia de pequenos animais, cujo foco é a investigação, introduz questões de escala desafiantes para a imagiologia PET. De facto, o tamanho dos órgãos de um rato alvo de análise por PET são cerca de 100 vezes inferiores aos dos seus equivalentes humanos.
Este trabalho pretende desenvolver um pequeno sistema PET com capacidade de determinação de profundidade de interação (DOI), importante para uma melhoria da resolução espacial. O sistema combina células de cintiladores e fotodetetores com um novo método de determinação da DOI, e baseia-se em guias de luz (fibras óticas) com fotomultiplicadores de Silício (SiPM). O método requer um pequeno número de componentes para obter a profundidade de interação, permitindo portanto que seja produzido um sistema PET de alta performance com custos aceitáveis.
Estudos experimentais e de simulação serão efetuados para determinar os valores ótimos dos parâmetros do sistema, com o intuito de construir um protótipo a ser testado e caracterizado tendo em conta o seu interesse como novo sistema PET para investigação pré-clínica em medicina nuclear.

Distress e metabolismo cerebral regional: um estudo correlacional com pacientes com cancro da mama metastatico
A triagem do distress (afeto negativo) em pacientes com cancro é recomendado internacionalmente como uma boa prática no tratamento do cancro, já que os altos níveis de distress relacionados podem ter um impacto negativo nos resultados clínicos, como é o caso da sobrevivência e da qualidade de vida. Recomeda-se que o distress seja concebido como o 6º sinal vital e com devendo ser avaliado rotineiramente nos cuidados oncológicos. Como tem sido demonstrado em estudos realizados por um investigador da nossa equipa, Michael Antoni, o afecto negativo em pacientes com cancro de mama tem sido associado com um ritmo diurno do cortisol “plano” e uma disfunção do funcionamento do sistema imunológico, designadamente uma maior expressão do gene inflamatório dos leucócitos (IL-1, IL-6, TNF) os quais estão relacionadas com o desequilíbrio do eixo hipotálamo-pituitária-adrenal (HPA) [AnLuCo06]. A desregulação do HPA é relevante em doentes com cancro uma vez que as alterações no cortisol circulante interagem com as células do sistema imunológico para regular positivamente a sinalização inflamatória, o que poderá promover a progressão da doença. O distress em pacientes com cancro também pode ser correlacionado com medidas objetivas de mudanças (aumento ou diminuição) no metabolismo da glicose cerebral, em regiões dentro do circuito límbico-cortical do cérebro.
O distress pode ser medido por meio de questionários simples, que avaliam a experiência subjetiva dos pacientes. No entanto, em muitos centros e países, isso ainda não é uma prática clínica padrão e como consequência a maior parte do sofrimento psicológico em pacientes com cancro passa despercebido pela equipa clínica e não é tratado. A identificação do distress em pacientes com cancro é um alvo importante no atendimento clínico para otimizar o bem-estar dos pacientes e seus resultados clínicos. Como tal, seria importante ter alternativas na prática clínica para o detectar e, mais importante, ter uma medida / indicador da propensão do paciente para o distress em resposta aos desafios da doença. Este estudo pode dar um contributo nesse sentido.
Estudos utilizando a tomografia por emissão de positrões (PET) em indivíduos sem cancro têm demonstrado correlações entre medidas de self-report de depressão e alterações no metabolismo da glicose cerebral regional (RCGM), bem como no fluxo de perfusão cerebral regional / sangue em algumas regiões específicas do cérebro. No entanto, não foram relatados estudos que relacionem o distress (que não envolve necessariamente depressão) com RCGM em pacientes com cancro. Apesar disso, exames de FDG-PET são utilizados na prática clínica para avaliar a progressão da doença e a resposta ao tratamento em pacientes com cancro da mama metastático (MBC). Com este projeto pretende-se, pois, colmatar esta lacuna, uma vez o nosso principal objectivo é examinar as associações entre as diferenças individuais nas medidas de self-report de depressão, ansiedade, e níveis de cortisol e medidas RCGM (FDG-PET) da atividade de base em regiões específicas dentro do circuito límbico-cortical do cérebro, como na amígdala, núcleo pulvinar, córtex pré frontal dorsolateral e córtex cingulado subgenual anterior em pacientes MBC. Esperamos verificar que os níveis mais elevados de distress estão relacionados com o aumento ou a diminuição de medidas RCGM (FDG-PET) nessas mesmas regiões específicas do cérebro. Isto pode permitir-nos identificar uma ou mais regiões dentro do circuito límbico-cortical do cérebro, que são sensíveis aos níveis de aumento do distress e às alterações do eixo HPA e, como tal, podem servir como um indicador objetivo do estilo afetivo do paciente. As diferenças individuais em alterações tônicas do nível de atividade de regiões específicas do cérebro poderia prever diferenças na propensão para o distress em resposta aos desafios da doença e, portanto, terá impacto sobre o tratamento de pacientes com cancro, facilitando um encaminhamento adequado para uma intervenção preventiva psicossocial adequada. Esta forma 'suave' da triagem do distress, a partir de um exame clínico de rotina, iria beneficiar os pacientes e os profissionais. O impacto positivo de ter uma tal medida é importante porque poderá permitir: (1) o rastreio precoce de pacientes com maior risco de morbilidade psicológica (2) encaminhamento precoce de ajuda psicossocial para prevenir e/ou reduzir o sofrimento e a morbilidade psicológica (3) otimizar a seleção dos pacientes para o atendimento psicossocial reduzindo os custos de saúde; (4) otimizar os resultados clínicos (reduzindo os efeitos adversos potenciais na função imune produzidos pelo distress e/ou morbilidade psicológica em pacientes com cancro); (5) abrir a porta para estudos futuros que podem examinar se as pessoas que recebem anti-depressivos ou intervenções psicoterapêuticas exibem mudanças objetivas na atividade cerebral.Descrição:


Periodo: Jan 2016 - Dez 2018
Entidade Financiadora: FCT - Fundação para a Ciências e a Tecnologia, I.P. - Concurso Projetos Científicos 2014 - PTDC/MHC-PSC/3897/2014
Equipa: Pedro Almeida
Parceiros:

Instituto de Biofísica e Engenharia Biomédica (IBEB/FC/UL)

Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC/FCG)

Fundação D. Anna de Sommer Champalimaud e Dr. Carlos Montez Champalimaud (FC)

Montante: 158.710,00 €
Objectivos: O aumento ou a diminuição de medidas RCGM (FDG-PET) nessas mesmas regiões específicas do cérebro. Isto pode permitir-nos identificar uma ou mais regiões dentro do circuito límbico-cortical do cérebro, que são sensíveis aos níveis de aumento do distress e às alterações do eixo HPA e, como tal, podem servir como um indicador objetivo do estilo afetivo do paciente. As diferenças individuais em alterações tônicas do nível de atividade de regiões específicas do cérebro poderia prever diferenças na propensão
para o distress em resposta aos desafios da doença e, portanto, terá impacto sobre o tratamento de pacientes com cancro, facilitando um encaminhamento adequado para uma intervenção preventiva psicossocial adequada. Esta forma 'suave' da triagem do distress, a partir de um exame clínico de rotina, iria beneficiar os pacientes e os profissionais. O impacto positivo de ter uma tal medida é importante porque poderá permitir:(1) o rastreio precoce de pacientes com maior risco de morbilidade psicológica (2) encaminhamento precoce de ajuda psicossocial para prevenir e/ou reduzir o sofrimento e a mobilidade psicológica (3) otimizar a seleção dos pacientes para o atendimento psicossocial reduzindo os custos de saúde; (4) otimizar os resultados clínicos (reduzindo os efeitos adversos potenciais na função imune produzidos pelo distress e/ou mobilidade psicológica em pacientes com cancro); (5) abrir a porta para estudos futuros que podem examinar se as pessoas que recebem anti-depressivos
ou intervenções psicoterapêuticas exibem mudanças objetivas na atividade cerebral e,(5) promover o tratamento do cancro para a pessoa total.

2013


Tumor Treating Fields (TTF)
O objetivo geral deste projeto é investigar o campo elétrico produzido no cérebro durante a aplicação de campos de tratamento de tumores para o tratamento do glioblastoma multiforme. Os objetivos específicos são
1) Desenvolver modelos analíticos e de elementos finitos descrevendo a distribuição de campos elétricos de frequência intermédia dentro do cérebro.
2) Desenvolver modelos analíticos e de elementos finitos dos campos elétricos produzidos dentro das células em resposta a um campo elétrico AC.
3) Usar dados de DTI para incorporar a anisotropia na condutividade elétrica (ou seja, o tensor de condutividade elétrica) na substância branca na modelação pelo método dos elementos finitos.Descrição:


Periodo: Julho 2013-
Entidade Financiadora: Novocure
Equipa: Pedro Cavaleiro Miranda
Parceiros:

Novocure

Montante: 100 000€
Objectivos: O objetivo geral deste projeto é investigar o campo elétrico produzido no cérebro durante a aplicação de campos de tratamento de tumores para o tratamento do glioblastoma multiforme. Os objetivos específicos são
1) Desenvolver modelos analíticos e de elementos finitos descrevendo a distribuição de campos elétricos de frequência intermédia dentro do cérebro.
2) Desenvolver modelos analíticos e de elementos finitos dos campos elétricos produzidos dentro das células em resposta a um campo elétrico AC.
3) Usar dados de DTI para incorporar a anisotropia na condutividade elétrica (ou seja, o tensor de condutividade elétrica) na substância branca na modelação pelo método dos elementos finitos.

Uma nova aproximação para fototerapia tumoral dirigida: focando a luz através da difusão
Esta candidatura propõe um programa de investigação focado no estudo de novas metodologias para concentrar a luz no interior de meios túrbidos, uma das últimas fronteiras na aplicação do laser na biomedicina. O alvo específico: a fototerapia por activação e destruição de células cancerígenas.
A espinha dorsal da investigação proposta é o desenvolvimento de um método de modulação de fase baseado num algoritmo iterativo capaz de criar uma frente de onda (ou frentes de onda) que invertam a difusão da luz. Este algoritmo será criado, sendo a interrogação e as estratégias de partição da fase pontos críticos a ser considerados. Dois tipos de feixes laser serão considerados (feixes Gaussianos e quase-Bessel) e será analisado o potencial de feixes de baixa coerência na melhoria do método. Os objectivos científicos centrais do projecto são:
- Definir e caracterizar nanopartículas multifuncionais cujo potencial em fototerapia pode ser melhorado pela sua activação em profundidade.
- Desenvolver uma nova metodologia baseada na modelação de fase para concentrar a luz no interior de meios biológicos.
- Desenvolver um simulador capaz de prever a capacidade de concentração para um determinado conjunto de parâmetros.
- Demonstrar a técnica pela sua aplicação experimental em condições bem controladas.
- Demonstrar a técnica in vitro e in vivo.
- Com base nos resultados, avaliar o potencial, limitações e desenvolvimentos futuros da técnica.
Embora a luz seja há muito utilizada em biomedicina, a difusão sempre limitou a sua aplicação. A fototerapia superficial (dezenas de mícron para a epiderme humana) é uma aplicação já bem estabelecida, requerendo métodos intrusivos para entregar a luz quando o alvo se encontra no interior do corpo. Esta última solução remove uma das maiores vantagens na utilização da luz: o seu potencial não intrusivo. Isto tem motivado o desenvolvimento de métodos para concentrar a luz dentro de meios de elevada difusão. No entanto, foi apenas há poucos anos que se iniciou o desenvolvimento de aproximações baseadas na modelação de fase para focar a luz através de meios túrbidos, embora não especificamente em meios biológicos. A ideia: usar um modelador de fase para produzir frentes de onda que invertam a difusão da luz, baseados numa aproximação em ciclo fechado.
Em biofísica, a investigação nesta área tem sido principalmente focada em aumentar a profundidade a que a luz se propaga, com aplicação directa em técnicas de imagiologia como a microscopia e a tomografia. Nestes campos, a luz difusa é colectada e a sua análise permite obter imagens. Para aumentar a profundidade de visualização, várias estratégias têm sido estudadas, dependendo da técnica considerada. Uma, recente, foi desenvolvida para a tomografia de coerência óptica usando feixes quase-Bessel. Estes feixes têm demonstrado a capacidade de auto-reconstrução ao longo do percurso túrbido, permitindo que a luz difundida seja colectada a profundidades superiores.
Neste trabalho propomos desenvolver o princípio da modulação de fase com uma aproximação específica a aplicações biomédicas, em geral, e à fotoactivação, em particular. O pré-condicionamento do feixe laser a um feixe quase-Bessel aumentará a propagação do feixe no meio, embora de uma forma difusa. Então, a técnica de modulação de fase actuará, concentrando a luz aonde necessário.
Espera-se que o uso destes feixes permita diminuir a carga computacional do processo iterativo e permitir a convergência mais rápida para uma solução melhor.
Um simulador permitirá superar uma limitação: a exigência de informação sobre a distribuição de intensidade no plano onde a concentração de luz é necessária. Através da Utilização de programas de projecto óptico e programação científica e através de validação experimental, o simulador permitirá prever o desempenho do método em circuito aberto (como em aplicações reais).
Um modelo numérico será desenvolvido para prever os efeitos da concentração de um feixe de luz nas substâncias consideradas e no meio envolvente.
As instituições proponentes combinam um conjunto de experiências que potenciam o desenvolvimento desta pesquisa. Da FCUL, a força combinada das unidades IBEB, LOLS e CFA utilizará as suas competências na biomedecina e na interacção entre a matéria e a luz. A FCTUNL tem experiência na aplicação de técnicas ópticas no campo da biomedicina com o objectivo de desenvolver novas técnicas e metodologias para as aplicações médicas. O INL (Biophotonics Group) contribuirá com a sua experiência no campo de: fototerapia de células cancerosas; fotoquímica e biofotónica; síntese, caracterização, bio-functionalização de nanopartículas e bioimaging. A COFAC, com o seu Centro de Biociências (CBIOS) contribuirá com a sua experiência nos campos de desenvolvimento de nanopartículas multifuncionais e entrega de medicamentos para terapia tumoral. Testes in vivo serão realizados na Fac. de Farmácia da Univ. de Coimbra.
Investigador Principal: João Miguel Pinto Coelho (IBEB e LOLS)Descrição:


Periodo: Janeiro 2013 - Dezembro 2014
Entidade Financiadora: FCT / Concurso de Projetos de Investigação Científica e Desenvolvimento Tecnológico em todos os domínios científicos 2012
Equipa: João Miguel Pinto Coelho; Hugo Ferreira
Parceiros:

IBEB – Instituto de Biofísica e Engenharia Biomédica

Centro de Física Atómica (FC/UL)

Laboratório de Óptica, Lasers e Sistemas, Departamento de Física da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL-DF-LOLS)

Laboratório Ibérico Internacional de Nanotecnologias (INL)

COFAC, Cooperativa de Formação e Animação Cultural, CRL (COFAC)

Fundação da Faculdade de Ciências e Tecnologia (FFCT/FCT/UNL)

Montante: 149 815€

Melhoria da qualidade de imagem e redução de dose em tomossíntese para mamografia, com recurso a algoritmos estatísticos de reconstrução de imagem
A Tomossíntese é uma técnica radiológica emergente no estudo do cancro da mama, que produz uma imagem 3D a partir de um conjunto de projecções. O benefício clínico desta técnica está ainda em avaliação. Estudos recentes mostram que a Tomossíntese aplicada à mama (DBT) apresenta uma qualidade de imagem superior e uma melhor visibilidade das lesões, o que aponta para uma sensibilidade superior à Mamografia Digital (DM). Se bem que alguns autores sugiram que a DBT não mostrou ainda ser clinicamente superior à DM, outros afirmam que ambas as técnicas combinadas podem conduzir a uma melhoria global do desempenho. Além disso, também há quem considere que a DBT poderá constituir uma alternativa à DM no rastreio do cancro da mama, sobretudo para mamas densas. Apesar dos resultados promissores é reconhecido que nem a aquisição nem os algoritmos de reconstrução de imagem na DBT se encontram optimizados.
A maioria dos estudos clínicos publicados refere o uso de algoritmos analíticos para a reconstrução de imagem. No entanto, é aceite que os métodos iterativos conseguem melhorar a qualidade da imagem quando comparados com a reconstrução de imagem analítica.

Os métodos iterativos incluem os algoritmos estatísticos de reconstrução de imagem que, para além de um modelo geométrico para o processo de transmissão/detecção, incorporam também informação quanto à estatística dos dados adquiridos e um modelo para o ruído. A inclusão deste modelo permite uma melhor quantificação que a que se consegue com a Retroprojecção Filtrada (FBP) em regiões de baixa intensidade / baixa taxa de contagens, como demonstrado para a tomografia por emissão.

No trabalho proposto esta característica é crucial, uma vez que o número de contagens nas projecções de DBT é reduzido como consequência da baixa dose. Assim, antecipamos que os algoritmos estatísticos podem não só conduzir a melhores imagens de DBT, como podem desempenhar um papel importante na redução da dose para obtenção de uma imagem com qualidade semelhante, aumentando o valor clínico desta técnica.

No Hospital da Luz (Lisboa), um dos parceiros científicos do projecto, foi instalado o primeiro equipamento de DBT em Portugal. Ao abrigo desta parceria, os diferentes grupos que a integram terão acesso ao equipamento, o que permitirá não apenas a validação da simulação e a realização de medidas dosimétricas, como também a recolha de dados provenientes de exames reais e de fantomas, imprescindíveis para o desenvolvimento dos algoritmos de reconstrução de imagem. Para além disso, os radiologistas do Hospital da Luz terão um papel fundamental na avaliação e optimização dos algoritmos desenvolvidos.
A avaliação do potencial de redução de dose para os pacientes será feita com recurso a uma plataforma de simulação por métodos de Monte Carlo, semelhante a outra já previamente validada para mamografia convencional, que nos permitirá testar diferentes condições de exposição. Essa plataforma será validada com recurso a medições de dose realizadas com dosímetros convencionais e com um dosímetro que está a ser desenvolvido actualmente pelo LIP, um dos parceiros do projecto.

A maior limitação ao uso dos algoritmos iterativos de reconstrução de imagem é o tempo de computação, que pode atingir várias horas num computador vulgar. Para ultrapassar este problema pretendemos fazer uso das modernas Graphics Processing Units (GPU) que permitem acelerar a reconstrução de imagem até uma ordem de grandeza. Algum trabalho nesta área já foi realizado no IBEB.

Nos últimos anos, o conjunto da equipa de investigação publicou vários artigos nas áreas de reconstrução e processamento de imagem, simulação por Monte Carlo e dosimetria. Além disso, os dois radiologistas do Hospital da Luz têm longa experiência em mamografia e a DBT faz parte da sua prática clínica há mais de 2 anos.
Temos a percepção que há trabalho a desenvolver na reconstrução de imagem para DBT e este pode ter uma repercussão significativa na dose recebida pelas pacientes. Estamos igualmente convencidos que a simulação permitirá desenvolver uma ferramenta que torne possível que radiologistas e técnicos de radiologia possam optimizar cada exame do ponto de vista da dose.

Este projecto congrega capacidades académicas e clínicas. Os resultados que esperamos obter ficarão completamente à disposição do parceiro clínico para benefício dos seus pacientes. O impacto global que se espera que a DBT venha a ter no diagnóstico do cancro da mama aumenta o valor potencial das ferramentas desenvolvidas no âmbito deste projecto. Em caso de valorização comercial destas ferramentas, as instituições envolvidas assinaram já um acordo que inclui os termos da partilha de propriedade intelectual.

Investigador Principal: Pedro Almeida (IBEB)Descrição:


Periodo: Junho 2013 – Dezembro 2015
Entidade Financiadora: FCT / Concurso de Projetos de Investigação Científica e Desenvolvimento Tecnológico em todos os domínios científicos 2012
Equipa: Pedro Almeida; Nuno Matela; Ana Margarida Mota; Nuno Oliveira; Pedro Ferreira; Luís Janeiro
Parceiros:

IBEB – Instituto de Biofísica e Engenharia Biomédica (www.ibeb.fc.ul.pt)
Hospital da Luz, SA (http://www.hospitaldaluz.pt/)
LIP – Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas (www.lip.pt)
C2TN – Centro de Ciências e Tecnologias Nucleares (http://c2tn.tecnico.ulisboa.pt/)

Montante: 150 532,00€

2008


Investigação neuroimagiológica de mecanismos de aprendizagem no cérebro humano: novas abordagens metodológicas
A aprendizagem que ocorre ao longo da vida de um organismo produz modificações no seu sistema nervoso que se manifestam a vários níveis da organização neuronal, desde as moléculas e sinapses aos mapas corticais e às redes cerebrais de grande escala. Ao longo das duas últimas décadas, a investigação neuroimagiológica contribuiu já extensamente para o conhecimento da relação entre várias funções sensoriais e cognitivas e estruturas cerebrais específicas. O crescente interesse na caracterização dos mecanismos de plasticidade que acompanham a aprendizagem colocou novos desafios às técnicas neuroimagiológicas, tanto de carácter conceptual como metodológico. Em particular, pensa-se que decorrerão grandes progressos da análise conjunta da actividade neuronal em regiões específicas, assim como da conectividade entre regiões.
Neste Projecto, propômo-nos abordar este assunto por meio do desenvolvimento e implementação de novas metodologias para estudos de neuroimagem focando paradigmas de aprendizagem. Em primeiro lugar, serão implementados métodos de estado-de-arte para a realização de imagem por ressonância magnética funcional (IRMf) num sistema de 1.5 Tesla. Em segundo lugar, serão desenvolvidos protocolos para a integração de métodos de análise da conectividade cerebral funcional, baseados em registos electroencefalográficos (EEG) com IRMf, de modo a permitir a investigação do comportamento neuronal a baixas e a altas frequências.
O método mais convencional de IRMf, baseado no mecanismo de contraste dependente do nível de oxigenação sanguínea (BOLD), demonstrou já a sua utilidade na caracterização da actividade cerebral associada à aprendizagem. No entanto, este método apresenta diversas limitações quando o processo de aprendizagem em estudo se desenrola ao longo de minutos ou horas, ou quando são utilizados desenhos experimentais longitudinais para investigar efeitos em períodos de tempo mais longos. Os métodos de imagem de perfusão por marcação de spins arteriais (ASL) produzem uma medida quantitativa mais estável da actividade cerebral, constituindo pois um complemento interessante ao mecanismo de contraste BOLD. Para além disso, uma nova técnica de imagem de difusão (DWI) parece fornecer uma medida quantitativa independente da actividade neuronal, contribuindo portanto com informação adicional. Serão então desenvolvidos protocolos para a combinação de aquisições IRMf usando contraste BOLD, ASL e DWI, os quais serão validados por meio da aplicação a paradigmas de estimulação visual bem conhecidos.
Pensa-se que a sincronização de respostas neuronais é modificada em função da aprendizagem, representando um possível mecanismo de plasticidade. O estudo da conectividade funcional a partir de dados de IRMf permite investigar processos de sincronizaçao entre regiões do cérebro. Serão implementados protocolos para a combinação de métodos de análise de conectividade functional, baseados nos dados e em modelos inspirados em conhecimentos de neuroanatomia e neurofisiologia, de modo a integrar as vantagens de cada abordagem. É também possível investigar a sincronização neuronal a partir de dados de EEG. A elevada resolução temporal desta técnica permite a avaliação da conectividade em várias bandas de frequências de oscilação, às quais têm sido associados diferentes significados cognitivos. Serão desenvolvidos métodos de análise de séries temporais para a medição da coerência de fase entre canais de EEG, utilizando técnicas de decomposição em tempo-frequência para aceder a bandas de frequências específicas. Adicionalmente, serão implementados protocolos para a aquisição simultânea de EEG e IRMf e para a integração dos dados multimodais. Espera-se que a combinação de EEG e IRMf permita a investigação da conectividade funcional do cérebro durante a aprendizagem numa vasta gama de frequências.
Finalmente, as abordagens metodológicas desenvolvidas neste Projecto serão aplicadas a um paradigma de busca visual envolvendo aprendizagem implícita. Serão primeiro adquiridos dados de BOLD-ASL IRMf para determinar as modificações da actividade cerebral associadas aos mecanismos de aprendizagem em estudo e, desta forma, testar a hipótese de envolvimento de estruturas cerebrais específicas. Serão também realizadas análises de conectividade funcional de modo a identificar as interacções entre as regiões cerebrais participantes. Serão ainda utilizados registos simultâneos de EEG e IRMf para investigar processos de sincronização neuronal relacionados com a aprendizagem em diferentes bandas de frequências.
Em suma, esperamos contribuir com este Projecto para o desenvolvimento de um conjunto de novas ferramentas para a aquisição e análise de dados neuroimagiológicos, com grande utilidade na investigação dos mecanismos cerebrais de aprendizagem. Adicionalmente, acreditamos que este Projecto permitirá a colaboração entre jovens cientistas peritos no campo da Neuroimagem, no âmbito da Rede Nacional de Imagem Funcional do Cérebro recentemente aprovada pela FCT.
Investigadora Principal: Patrícia Figueiredo (IST)Descrição:


Periodo: Janeiro 2008 - Dezembro 2010
Entidade Financiadora: FCT / Concurso de Projetos de Investigação Científica e Desenvolvimento Tecnológico em todos os domínios científicos 2006 (PTDC/SAU-BEB/65977/2006)
Equipa: Alexandre Andrade
Parceiros:

Instituto Superior Técnico (IST/UTL)

Siemens SA (Siemens)

Instituto Biomédico de Investigação de Luz e Imagem (IBILI/FM/UC)

IBEB – Instituto de Biofísica e Engenharia Biomédica

Montante: 172 158€