Over the past decades, quantitative methods linking theory and observation became increasingly important in many areas of life science. Subsequently, a large number of mathematical and computational models has been developed. The BioModels database alone lists more than 140,000 Systems Biology Markup Language (SBML) models. However, while the exchange within specific model classes has been supported by standardisation and database efforts, the generic application and especially the re-use of models is still limited by practical issues such as easy and straight forward model execution. MAGPIE, a Modeling and Analysis Generic Platform with Integrated Evaluation, closes this gap by providing a software platform for both, publishing and executing computational models without restrictions on the programming language, thereby combining a maximum on flexibility for programmers with easy handling for non-technical users. MAGPIE goes beyond classical SBML platforms by including all models, independent of the underlying programming language, ranging from simple script models to complex data integration and computations. We demonstrate the versatility of MAGPIE using four prototypic example cases. We also outline the potential of MAGPIE to improve transparency and reproducibility of computational models in life sciences. A demo server is available at magpie.imb.medizin.tu-dresden.de.

Over the past decades, quantitative methods linking theory and observation became increasingly important in many areas of life science. Subsequently, a large number of mathematical and computational models has been developed. The BioModels database alone lists more than 140,000 Systems Biology Markup Language (SBML) models. However, while the exchange within specific model classes has been supported by standardisation and database efforts, the generic application and especially the re-use of models is still limited by practical issues such as easy and straight forward model execution. MAGPIE, a Modeling and Analysis Generic Platform with Integrated Evaluation, closes this gap by providing a software platform for both, publishing and executing computational models without restrictions on the programming language, thereby combining a maximum on flexibility for programmers with easy handling for non-technical users. MAGPIE goes beyond classical SBML platforms by including all models, independent of the underlying programming language, ranging from simple script models to complex data integration and computations. We demonstrate the versatility of MAGPIE using four prototypic example cases. We also outline the potential of MAGPIE to improve transparency and reproducibility of computational models in life sciences. A demo server is available at magpie.imb.medizin.tu-dresden.de.

Orientador: Ruis Camargo Tokimatsu / Resumo: Ao longo das duas últimas décadas, a contribuição da manufatura aditiva passou da confecção de um mero protótipo de um produto, no início de seu desenvolvimento, para a confecção de qualquer produto direto, presente em todos os setores industriais. Com este avanço, diferentes tecnologias da manufatura aditiva surgiram com o intuito de melhorar alguns parâmetros de produção. Neste meio, a tecnologia de impressão tridimensional 3DP, por consequência de suas várias características intrínsecas, se destaca para atender o setor biomédico, através da técnica de biomodelagem, que contribuem imensamente de forma didática e prática para a performance de cirurgias. Porém, há algumas limitações finais nas peças obtidas por esta tecnologia que devem ser contornadas, focando-se no tratamento adicional necessário destas peças, o pós-processamento, de modo a aprimorá-las, conferindo então sucesso ao destino destas. Neste trabalho, adotou-se a tecnologia de manufatura aditiva 3DP para estudar como a adição de diferentes agentes infiltrantes influenciam no acréscimo de densidade aparente e resistência mecânica de amostras feitas de componentes de gesso, constituídas por corpos de prova cilíndricos e prismáticos, de modo a simular a melhor composição para biomodelos. Para isto, o pós-processamento foi dividido em duas etapas. Na primeira etapa, foram aplicados separadamente nas amostras, quatro tipos de adesivos à base de etilcianocrilato, por gotejamento, e um à base de epóxi, por moldagem com... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Submitted by Silvia Teixeira de Mello null (silviateixmello@gmail.com) on 2017-10-26T21:23:12Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO SILVIA MELLO 2017-3 CORRIGIDA 26-10.pdf: 3630355 bytes, checksum: 302fa9b705ffc11d7192a4b67392d0c6 (MD5) / Approved for entry into archive by Monique Sasaki (sayumi_sasaki@hotmail.com) on 2017-10-31T18:59:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mello_st_me_ilha.pdf: 3630355 bytes, checksum: 302fa9b705ffc11d7192a4b67392d0c6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-31T18:59:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 mello_st_me_ilha.pdf: 3630355 bytes, checksum: 302fa9b705ffc11d7192a4b67392d0c6 (MD5) Previous issue date: 2017-08-30 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Ao longo das duas últimas décadas, a contribuição da manufatura aditiva passou da confecção de um mero protótipo de um produto, no início de seu desenvolvimento, para a confecção de qualquer produto direto, presente em todos os setores industriais. Com este avanço, diferentes tecnologias da manufatura aditiva surgiram com o intuito de melhorar alguns parâmetros de produção. Neste meio, a tecnologia de impressão tridimensional 3DP, por consequência de suas várias características intrínsecas, se destaca para atender o setor biomédico, através da técnica de biomodelagem, que contribuem imensamente de forma didática e prática para a performance de cirurgias. Porém, há algumas limitações finais nas peças obtidas por esta tecnologia que devem ser contornadas, focando-se no tratamento adicional necessário destas peças, o pós-processamento, de modo a aprimorá-las, conferindo então sucesso ao destino destas. Neste trabalho, adotou-se a tecnologia de manufatura aditiva 3DP para estudar como a adição de diferentes agentes infiltrantes influenciam no acréscimo de densidade aparente e resistência mecânica de amostras feitas de componentes de gesso, constituídas por corpos de prova cilíndricos e prismáticos, de modo a simular a melhor composição para biomodelos. Para isto, o pós-processamento foi dividido em duas etapas. Na primeira etapa, foram aplicados separadamente nas amostras, quatro tipos de adesivos à base de etilcianocrilato, por gotejamento, e um à base de epóxi, por moldagem com pá. Já na segunda etapa, foram aplicados nas amostras, também separadamente, quatro tipos de adesivos à base de etilcianocrilato, por gotejamento e banho de imersão, e um à base de epóxi, por moldagem com pá. Além dos métodos de aplicação dos adesivos, as duas etapas se diferem também pelos binders utilizados para constituírem as amostras à base de gesso. Para ambas etapas, obteve-se o melhor resultado com o adesivo de cianocrilato de baixíssima viscosidade, capaz de provocar maiores variações de densidade aparente às amostras, além de maiores acréscimos de resistência. / Over the past two decades, the contribution of additive manufacturing has shifted from a mere prototype of a product at the beginning of its development to the production of any direct product present in all industrial sectors. With this advance, different technologies of the additive manufacturing appeared with the intention to improve some parameters of production. In this environment, three-dimensional printing 3DP technology, due to its various intrinsic characteristics, stands out to serve the biomedical sector through the biomodelling technique, which contribute immensely in a didactic and practical way for the performance of surgeries. However, there are some final limitations in the parts obtained by this technology that must be improved, focusing on the necessary additional treatment of these parts, the post-processing, in order to upgrade them, thus giving success to their destination. In this study, 3DP additive manufacturing technology was adopted to study how different infiltrating agents influence the increase in apparent density and mechanical strength of samples made of gypsum components, constituted by cylindrical and prismatic specimens, in order to simulate the best composition for biomodels. For this, the post-processing was divided in two stages. In the first stage, separately, four types of ethylcyanoacrylate-based adhesives were applied on the samples by dripping, and one epoxy-based adhesive was applied by shovel molding. In the second stage, also separately, four types of ethylcyanocrylate based adhesives were applied in the samples, by dripping and by dipping, and the epoxy-based, by shovel molding. Besides the adhesive application methods, the two stages also differ from the binders used to constitute the gypsum-based samples. For both stages, the best result was obtained by the cyanoacrylate adhesive with very low viscosity, capable of causing greater variations of apparent density and additions of strength to the samples.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2017-02-16T19:01:20Z No. of bitstreams: 1 PDF - Marcus Vinícius de Oliveira Régis.pdf: 3463669 bytes, checksum: 2227dbed4b424c26cde8c6df215906f9 (MD5) / Approved for entry into archive by Secta BC (secta.csu.bc@uepb.edu.br) on 2017-03-07T16:48:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PDF - Marcus Vinícius de Oliveira Régis.pdf: 3463669 bytes, checksum: 2227dbed4b424c26cde8c6df215906f9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-07T16:48:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Marcus Vinícius de Oliveira Régis.pdf: 3463669 bytes, checksum: 2227dbed4b424c26cde8c6df215906f9 (MD5) Previous issue date: 2016-12-22 / In recent years, Information Technology has played a crucial part in the evolution of diagnosis, treatments and health care management. Diagnosis Technologies based on images and their use to plan advanced therapies have assumed a protagonist position in t he field of biotechnology. In this scenario the 3D Laboratory of Nucleus of Strategic Technologies in Health (NUTES) - LABTEC 3D / NUTES – afiliated to Universidade Estadual da Paraíba (UEPB) has been pioneering in the production of biomodels for surgical planning of polytraumas. Biomodels are high precision 3D reproductions of specific part of the human anatomy built up from an image exame of the patient. The current manufacturing process requires improvments on how its production stages are managed, so as to unify the information regarding both the biomodel manufactured and the toolset used throughout the different steps executed. In addition, properly registrating the proccess execution might be of a valuable use in subsequent research and treatment, either for LABTEC 3D / NUTES or in joint efforts with local and international partners. This work presents a semi automed solution to enhance the workflow currently executed to manufacture biomodels at LABTEC3D / NUTES, which makes it possible to electronicall y register and control the steps of production. The solution makes use of an interoperability technological framework that scales to a 3D Labs federation, with the purpose to register and miner relevant information on treatments and research in the medical and dental areas. / Nos últimos anos as Tecnologias de Informação vêm se tornando mais determinantes na evolução de diagnóstico, tratamentos e gestão em saúde. Tecnologias de diagnóstico por imagem e seu uso no planejamento de terapêuticas avançadas têm assumido uma posição d e destaque no ramo da biotecnologia. É neste cenário que o Laboratório de Tecnologias 3D do Núcleo de Tecnologias Estratégicas em Saúde (NUTES) – LABTEC 3D/NUTES – da Universidade Estadual da Paraíba (UEPB) vem fabricando com pioneirismo biomodelos para planejamento cirúrgico de politraumatismo. Biomodelos são reproduções em 3D, com alta precisão, de parte específica da anatomia humana a partir de uma imagem do paciente. O atual processo de fabricação é a origem da necessidade de se gerir a etapas de produç ão, unificar as informações referentes ao biomodelos e ferramentas utilizadas nos diferentes passos executados, garantindo ainda o devido registro para pesquisas e tratamentos posteriores, internos ou em conjuntos com parceiros locais e internacionais. Este trabalho apresenta uma solução de automação da gestão e workflow na fabricação de biomodelos no LABTEC 3D/NUTES, que possibilita registrar e controlar por meio eletrônico as etapas de produção, além de criar uma estrutura que possibilite a interoperabilidade entre as informações clinicas referente ao biomodelo. Estrutura no qual visa posteriormente a extração de informações relevantes para tratamentos e pesquisas nas áreas médica e odontológica.

Nos últimos anos, as tecnologias de prototipagem rápida vem sendo amplamente utilizadas em aplicações na área de saúde, como ferramentas de auxílio na simulação e planejamento cirúrgico, bem como no projeto de implantes personalizados. Este trabalho fornece uma contribuição ao projeto destes implantes nas áreas de cranioplastia e buco-maxila. Baseado em sistemas CAD e nas tecnologias de prototipagem rápida são aplicadas diferentes alternativas para a geração adequada dos modelos médicos, ou biomodelos. Para aplicações em cranioplastias é proposto e implementado algoritmo para ajuste das bordas, permitindo dessa forma o correto ajuste do implante. Os resultados obtidos são aplicados diretamente em estudos de casos reais conduzindo a excelentes resultados e validando o procedimento proposto. / In the last years, the technologies of rapid prototyping have been widely used in medical applications, as supporting tools in the simulation and surgical planning, as well as in the design of customized implants. This work gives a contribution to the design of these implants in the cranioplasty and buco-maxila areas. Based on CAD systems and in the technologies of rapid prototyping, different alternatives are tested for the design of these modes, generically called as biomodels. For cranioplasty applications an algorithm is proposed and implemented for borders adjustment. The obtained results are directly applied in real case studies yielding to excellent results and validating the proposed procedure.

Orientador: João Antônio Pereira / Resumo: O uso de ferramentas computacionais atualmente está auxiliando o aprimoramento dos processos e procedimentos de análise e simulações em inúmeras áreas do conhecimento humano. A tomografia computadorizada (TC) é uma ferramenta de diagnóstico já consolidada na área médica e atualmente começa a ser utilizada como uma ferramenta para algo ainda mais inovador, a geração de modelos tridimensionais de órgãos ou estruturas ósseas do paciente para uso na criação de biomodelos e fabricação de próteses personalizadas. Biomodelos são cópias físicas das estruturas anatômicas de regiões ou orgãos do corpo humano utilizados para diagnóstico e planejamento cirúrgico. O uso de imagens tomográficas para geração de modelos 3D tem despertado um grande interesse na área médica e de bioengenharia. Além da criação do biomodelo é possível, com o uso das imagens, a geração de modelos computacionais representativos, possibilitando com isso, a realização de diversas simulações e análises biomecânicas da região ou órgão de interesse, visando a fabricação de próteses ou órteses personalizadas. Neste trabalho é apresentada uma metodologia para a geração de modelos matemáticos tridimensionais a partir de tomografias computadorizadas com o objetivo de estudar e analisar um implante personalizado da ATM (Articulação Temporomandibular), solicitado mecanicamente e fabricado em liga de titânio (Ti6Al4V) pelo processo de manufatura aditiva rápida do tipo DMLS (Sinterização Direta de Metais a Laser). Através do m... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The use of computational tools is currently helping to improve the processes and procedures of analysis and simulations in many areas of human knowledge. Computed tomography (CT) is a diagnostic tool already consolidated in the medical field and is now being used as a tool for something even more innovative, the generation of three-dimensional models of organs or bone structures of the patient for use in the creation of biomodels and Manufacture of customized prostheses. Biomodels are physical copies of the anatomical structures of regions or organs of the human body used for diagnosis and surgical planning. The use of tomographic images for generating 3D models has aroused great interest in the medical and bioengineering field. Besides the creation of the biomodel it is possible, through the use of the images, the generation of representative computational models, making possible the accomplishment of several simulations and biomechanical analyzes of the region or organ of interest, aiming at the manufacture of customized prostheses or orthoses. In this work is presented a methodology for the generation of three-dimensional mathematical models from CT scans in order to build, study and analyze a custom implant TMJ (Temporomandibular Joint), requested mechanically and made of titanium alloy (Ti6Al4V) by the prototyping process of type DMLS (Direct Metal Laser Sintering). Through the model created for the TMJ region, computational simulations of stresses and deformations were ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2018-05-24T13:45:49Z No. of bitstreams: 1 PDF - Inácio Costa Neto.pdf: 37706583 bytes, checksum: 2e6b9e65c5857fc8eda45146b4f4d0bb (MD5) / Approved for entry into archive by Secta BC (secta.csu.bc@uepb.edu.br) on 2018-06-05T11:34:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PDF - Inácio Costa Neto.pdf: 37706583 bytes, checksum: 2e6b9e65c5857fc8eda45146b4f4d0bb (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-05T11:34:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Inácio Costa Neto.pdf: 37706583 bytes, checksum: 2e6b9e65c5857fc8eda45146b4f4d0bb (MD5) Previous issue date: 2017-04-17 / This work seeks to perform a mapping of the production process for Good Manufacturing Practices in Additive Manufacturing in the Laboratory of Three Dimensional Technologies of the Nucleus of Technology for Health of the State University of Paraíba based on chapter five of RDC 16/13, in order to Possible future preparation of a manual of good manufacturing practices of this laboratory. This is a theoretical work in order to guarantee methodologies to extract the maximum quality of the process in question, aiming to provide guarantees of reliability, reproducibility and predictability of the biomodels produced, through standards, manuals, methods and resolutions when manufacturing medical products Such as surgical guides, temporary or permanent prostheses and orthoses. This work is justified on the assumption that biomodels are already being manufactured, but that they do not follow the necessary method in order to optimize the manufacturing process, thus spending too much time and financial resources. With this, it was possible to guarantee that the process is carried out following a layout for the laboratory that will facilitate the manufacture of the biomodel, and the creation of a flow chart proper to good manufacturing practices, allowing each agent to have its own function. / Este trabalho busca realizar um mapeamento do processo de produção para as Boas Práticas de Fabricação em Manufatura Aditiva no Laboratório de Tecnologias Tridimensionais do Núcleo de Tecnologia para Saúde da Universidade Estadual da Paraíba baseando-se no capítulo cinco da RDC 16/13, a fim de possibilitar a futura elaboração de um manual de boas práticas de fabricação deste laboratório. Trata-se e um trabalho teórico a afim de garantir metodologias que permitam extrair a máxima qualidade do processo em questão, objetivando proporcionar garantias de fidedignidade, reprodutibilidade e previsibilidade dos biomodelos produzidos, por meio de normas, manuais, métodos e resoluções ao fabricar produtos médicos específicos como guias cirúrgicos, próteses provisórias ou permanentes e órteses. Justifica -se esse trabalho a partir do pressuposto que já existem biomodelos sendo fabricados, mas que não seguem o método necessário a fim de avalizar a fabricação de maneira otimizada, gastando assim tempo e recursos financeiros em demasia. Com isso, foi possível garantir que o processo seja realizado seguindo um layout para o laboratório que facilitará a manufatura do biomodelo, e a criação de um fluxograma próprio para as boas práticas de fabricação, permitindo que cada agente tenha sua própria função.

Nos últimos anos, as tecnologias de prototipagem rápida vem sendo amplamente utilizadas em aplicações na área de saúde, como ferramentas de auxílio na simulação e planejamento cirúrgico, bem como no projeto de implantes personalizados. Este trabalho fornece uma contribuição ao projeto destes implantes nas áreas de cranioplastia e buco-maxila. Baseado em sistemas CAD e nas tecnologias de prototipagem rápida são aplicadas diferentes alternativas para a geração adequada dos modelos médicos, ou biomodelos. Para aplicações em cranioplastias é proposto e implementado algoritmo para ajuste das bordas, permitindo dessa forma o correto ajuste do implante. Os resultados obtidos são aplicados diretamente em estudos de casos reais conduzindo a excelentes resultados e validando o procedimento proposto. / In the last years, the technologies of rapid prototyping have been widely used in medical applications, as supporting tools in the simulation and surgical planning, as well as in the design of customized implants. This work gives a contribution to the design of these implants in the cranioplasty and buco-maxila areas. Based on CAD systems and in the technologies of rapid prototyping, different alternatives are tested for the design of these modes, generically called as biomodels. For cranioplasty applications an algorithm is proposed and implemented for borders adjustment. The obtained results are directly applied in real case studies yielding to excellent results and validating the proposed procedure.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2018-05-24T12:40:53Z No. of bitstreams: 1 PDF - Jefferson Felipe Silva de Lima.pdf: 26931863 bytes, checksum: b52e9a3ab1c58df593cae907b9fc936d (MD5) / Approved for entry into archive by Secta BC (secta.csu.bc@uepb.edu.br) on 2018-06-05T11:33:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PDF - Jefferson Felipe Silva de Lima.pdf: 26931863 bytes, checksum: b52e9a3ab1c58df593cae907b9fc936d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-05T11:33:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Jefferson Felipe Silva de Lima.pdf: 26931863 bytes, checksum: b52e9a3ab1c58df593cae907b9fc936d (MD5) Previous issue date: 2016-12-22 / The Additive Manufacturing (MA), actually is used aiming the production of small proto- types, until a recent application in the field of dentistry, intended for the planning, simulation, testing and surgeries auditions and other dental procedures. Some orthodontic surgeries are endowed with levels of difficulty and require dexterity of the highest quality, due mainly to the lack of predictability in the treatment, not allowing a precise and direct plan for the case addressed. Among the most recurrent surgical procedures in this scenario, it is the canine tooth traction surgery included. A situation that occurs frequently during adolescence, requi r- ing a great deal of inference from the responsible professional, that if isn’t treated in time, may compromise the reorganization of other teeth and bring irremediable sequelae in long term. In this context, this research aimed at the development of a technology solution for o r- thodontic planning and treatment of included teeth, where clinical cases were used in which it was indicated the surgery of traction and subsequent alignment of canine teeth included. Free and recent software were analyzed that offered the potential to improve the planning process and subsequent treatment through the creation of a biomodel to serve as the basis of the deci- sions of the surgeon and orthodontists acting in the correction of the problem. In this way the present master's work presents a process of software use, which allows the end user to have a free manipulation on the images in the pre-prototyping phase, thus generating a biomodel that carries beyond the visual load obtained through the treatment of DICOM images, the traject o- ry traversed by the tooth during the surgery, allowing also a virtual simulation of the surgery. / A Manufatura Aditiva (MA), atualmente estende a sua utilização desde a fabricação de pe- quenos protótipos diversos, até a recente aplicação no âmbito da odontologia, destinada ao planejamento, simulação, teste e ensaio de cirurgias e outros procedimentos odontológicos. Algumas cirurgias ortodônticas são dotadas de níveis de dificuldade e requerem destreza altís- sima, devido principalmente à falta de previsibilidade no tratamento, não permitindo um pla- nejamento preciso e direto para o caso abordado. Dentre os procedimentos cirúrgicos mais recorrentes nesse cenário está a cirurgia de tracionamento de dentes caninos inclusos. Situa- ção que ocorre com grande frequência durante a adolescência, exigindo grande poder de infe- rência por parte do profissional responsável, que se não tratada a tempo pode vir a comprome- ter a reorganização dos demais dentes e trazer sequelas irremediáveis a longo prazo. Nesse contexto, esta pesquisa objetivou o desenvolvimento de uma solução de tecnologia para pla- nejamento e tratamento ortodôntico de dentes inclusos, onde foram utilizados casos clínicos nos quais estava indicada a cirurgia de tracionamento e posterior alinhamento de dentes cani- nos inclusos. Foram analisados softwares livres e recentes que oferecessem potencial de apri- morar o processo de planejamento e posterior tratamento através da confecção de biomodelo a servir como base das decisões do cirurgião e ortodontistas atuantes na correção do problema. Dessa forma o presente trabalho de mestrado apresenta um processo de utilização de software, que permite que o usuário final tenha uma livre manipulação sobre as imagens na fase de pré- prototipagem, gerando assim um biomodelo que carregue além da carga visual obtida através do tratamento de imagens DICOM, a trajetória percorrida pelo dente durante a cirurgia, permitindo também uma simulação virtual da cirurgia.