DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIAS DE MEDIÇÃO DE PARÂMETROS ÓTICOS DE FANTOMAS DE MEIOS TÚRBIDOS BIOLÓGICOS

Abstract

O campo da ótica incorpora, cada vez mais, técnicas de diagnóstico e terapias menos invasivas e seguras na medicina incluindo possível deteção e tratamento do cancro. A incidência de um feixe laser no tecido biológico permite, com especial foco, intensidade e comprimento de onda, transferir a energia necessária à apoptose ou outros mecanismos bioquimicos. O tecido biológico é um material túrbido tal que grande parte de fotões incidentes sejam difundidos, reduzindo rapidamente a intensidade de um laser ao longo da sua espessura. A concentração de difusores e absorvedores determinam coeficientes óticos e afetam a eficácia das técnicas de fototerapia e que requerem um método fácil e seguro para serem extraídos. Neste trabalho foram efetuadas medições numa esfera integradora com uma série de fantomas de leite diluído e gelificado com agar simulando o tecido humano. Posteriormente os resultados foram utilizados num algoritmo inverso com aplicação do método Inverse Adding Doubling (IAD) traduzindo-os nas principais propriedades óticas: a anisotropia, o coeficiente de absorção e, o mais complexo de se medir, de difusão. É apresentado uma metodologia extensa para as medições na esfera integradora pela sensibilidade e limitações da técnica, ainda assim apresentando valores com uma ordem de grandeza de diferença comparando com os valores da literatura.

The field of optics increasingly incorporates diagnostic techniques and less invasive and safer therapies in medicine, including the potential detection and treatment of cancer. The incidence of a laser beam on biological tissue allows, with a a particular focus, intensity and wavelength for the transfer of the necessary energy to induce apoptosis or other biochemical events. Biological tissue is a turbid material such that most of the incident photons are scattered, quickly reducing the intensity of a laser as it penetrates the tissue. The concentration of scatterers and absorbers determines optical coefficients and affects the efficacy of phototherapy techniques, which require an easy and safe method for their determination. In this study, measurements were carried out using an integrating sphere with a series of diluted and gelled milk phantoms with agar to simulate human tissue. These measurements were subsequently used in an inverse algorithm applying the Inverse Adding Doubling (IAD) method, translating them into key optical properties: anisotropy, absorption coefficient, and the most complex to measure, the scattering coefficient. An extensive methodology is presented for the measurements in the integrating sphere, considering the sensitivity and limitations of the technique, yet providing values that differ by an order of magnitude when compared to those found in the literature.