ISEP - DM – Engenharia Biomédica
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Browsing ISEP - DM – Engenharia Biomédica by Subject "Adaptação de índices de refração"
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- Avaliação não invasiva da difusão de agentes de transparência em tecidosPublication . Pinheiro, Maria do Rosário Santos; Oliveira, Luís Manuel Couto deOs tratamentos de transparência em tecidos biológicos têm sido objeto de estudo nos últimos anos, com resultados promissores para auxiliar no diagnóstico e tratamento de patologias. Tais tratamentos permitem aumentar a qualidade do sinal obtido a maiores profundidades, de forma inofensiva e reversível. O estudo dos mecanismos implícitos nestes tratamentos é essencial para a sua aplicação clínica, pelo que estudos com diversos agentes de transparência têm sido feitos em vários tecidos biológicos. Geralmente, o método utilizado para a obtenção das propriedades de difusão destes agentes, que permitem caracterizar estes mecanismos, utiliza uma montagem experimental de carácter invasivo. Isto surge da necessidade de medir a transmitância colimada do tecido em estudo, pelo que a aplicabilidade in vivo fica limitada. Ao utilizar medições à refletância, o procedimento será mais simples e menos invasivo. O conceito não invasivo é cada vez mais pertinente no mundo da saúde, dada a necessidade de utilizar ferramentas cada vez menos prejudiciais. Como tal, realizando medições com transmitância colimada e medições com refletância difusa, o presente estudo teve como objetivo validar o formalismo matemático aplicado para as medições à refletância, através das medições à transmitância. Para tal, foi utilizada a sacarose, um açúcar com aplicabilidade comprovada em tratamentos de transparência, mas ainda sem dados referentes às suas propriedades de difusão, e o tecido músculo-esquelético. Dos três mecanismos presentes num tratamento de transparência, a desidratação do tecido, a adaptação de índices de refração e a dissociação de proteínas, os dois primeiros foram estudados, permitindo a caracterização da difusão da água e da sacarose, respetivamente, neste tecido. Para as medições de transmitância colimada, o tempo de difusão da água foi 62,10 s e o seu coeficiente de difusão foi 1,758×10-6 cm2 /s. Já o tempo de difusão da sacarose foi 259,99 s e o seu coeficiente foi 4,867×10-7 cm2 /s. Para as medições de refletância difusa, o tempo de difusão da água foi 63,09 s e o coeficiente foi 1,714×10-6 cm2 /s. Já o tempo de difusão da sacarose foi 260,84 s e o coeficiente foi 4,854×10-7 cm2 /s. Dada a semelhança dos resultados obtidos para os dois métodos óticos, foi possível validar o procedimento experimental e de cálculo adotado para as medições de refletância difusa.
- Caracterização das propriedades óticas do pâncreas e estudo da difusão da glicerina no seu interiorPublication . Martins, Inês Soraia Dias; Oliveira, Luís Manuel Couto deO pâncreas é um órgão de elevada importância no organismo, uma vez que é ele que produz a insulina e impede assim o aparecimento da diabetes. O pâncreas tem variadas patologias associadas, sendo algumas de foro oncológico. Embora raros, os cancros do pâncreas estão comummente associados a elevadas taxas de mortalidade, uma vez que são detetados tardiamente e não se conhecem terapêuticas eficazes na atualidade. No campo da ótica médica, os estudos com o pâncreas são também escassos, o que mostra a necessidade de se intensificar a investigação para se poderem desenvolver procedimentos óticos para o diagnóstico e o tratamento de patologias. Neste sentido, e utilizando pâncreas de coelho, o presente trabalho consistiu na realização de medições óticas, nomeadamente pela técnica de espectrofotometria, para a determinação das propriedades óticas dos tecidos do pâncreas e para avaliar as propriedades de difusão da glicerina no seu interior. O desenvolvimento de futuros procedimentos que usem a luz para diagnosticar e/ou tratar doenças do pâncreas apenas será possível com o conhecimento das propriedades óticas numa banda espectral larga, como a que estudamos, desde o ultravioleta até ao infravermelho (200 – 1000 nm). Neste estudo, o coeficiente de absorção permitiu identificar a presença de dois pigmentos nos tecidos estudados – a melanina e a lipofuscina, pigmentos que estão associados ao envelhecimento dos tecidos. O objetivo do estudo das propriedades de difusão da glicerina (e da água) no pâncreas foi de recolher dados para se otimizarem futuros tratamentos de transparência a aplicar ao pâncreas para otimizar procedimentos óticos de diagnóstico e de tratamento no seu interior. As propriedades estudadas caracterizam os mecanismos de desidratação e de adaptação de índices de refração que criam os efeitos de transparência. Este estudo permitiu também avaliar o conteúdo de água móvel do pâncreas, até agora desconhecido, que se verificou semelhante ao de outros tecidos já estudados. Dado que os resultados obtidos são inovadores, espera-se que outros estudos, nomeadamente com tecidos patológicos do pâncreas, venham a seguir-se para que as tecnologias óticas possam ajudar no diagnóstico e no tratamento dessas doenças.
- Comparação das propriedades de difusão de agentes de transparência em tecido muscularPublication . Silva, Hugo Filipe Dias; Oliveira, Luis Manuel Couto deA aplicação de tratamentos temporários e reversíveis de transparência tem demonstrado grande aplicabilidade em vários tecidos biológicos nos últimos anos, permitindo aumentar a profundidade de penetração da luz para realizar procedimentos de diagnóstico e de tratamento de certas patologias. Dos vários agentes de transparência, a glicerina tem demonstrado grande potencial, dado que apresenta elevado índice de refração, hiperosmolaridade e capacidade de aumentar a transparência dos tecidos de forma rápida e eficaz sem efeitos secundários. Os agentes de contraste de imagem médica, como o gadovist, têm também demonstrado potencial para a criação de efeitos de transparência em tecidos biológicos, mas como se tratam de produtos comerciais, não se conhecem as suas composições internas. A avaliação das propriedades de difusão da água, da glicerina e de agentes de contraste num determinado tecido é de elevado interesse para se poderem fazer comparações quanto à eficácia dos tratamentos criados, como para caracterizar os mecanismos de desidratação do tecido e de adaptação de índices de refração que regem a transparência criada. Realizando medições de índice de refração no gadovist e em algumas soluções diluídas do mesmo, assim como estudos de transmitância colimada de tecidos em tratamento com estas soluções foi possível quantificar o conteúdo de água neste produto e identificar o gadobutrol como agente de transparência existente no gadovist. Com a estimação do índice de refração do gadobutrol, foi possível criar soluções aquosas do mesmo para se realizarem estudos de avaliação das suas propriedades de difusão em tecido muscular. Com a obtenção de um tempo de difusão mais reduzido para o gadobutrol relativamente à glicerina no músculo, podemos assumir que a molécula da glicerina, com dimensões mais reduzidas, consegue difundir-se para o interior das membranas das fibras musculares, para fazer aí uma adaptação de índices de refração, algo que o gadobutrol apenas consegue fazer no líquido intersticial do músculo. Dada a qualidade e diversidade da informação reunida neste trabalho para caracterizar os mecanismos de transparência em tecido muscular, espera-se poder realizar estudos semelhantes no futuro com outros tecidos e com outros agentes, no sentido de reunir informação que possa ser usada na planificação de procedimentos clínicos de diagnóstico e de tratamento de patologias.
- Determinação das propriedades óticas de tecidos e caracterização de tratamentos de transparência em rim humano normal e patológicoPublication . Botelho, Ana Rita Teixeira; Oliveira, Luis Manuel Couto deO rim é um órgão excretor que tem como função principal filtrar produtos metabólicos presentes na corrente sanguínea para os expelir com água para o exterior, na forma de urina. O rim é assim um órgão de vital importância ao funcionamento do corpo humano, e ao qual estão associadas algumas patologias, nomeadamente alguns tipos de cancro. De acordo com a Organização Mundial de Saúde, dos vários tipos de cancro que se conhecem no rim, o carcinoma de células renais cromófobo é um dos mais raros, representando cerca de 5 a 7% dos casos reportados anualmente. Dada a disponibilidade de tecidos deste tipo de cancro para a realização do presente trabalho, decidiu-se executar um estudo comparativo para avaliar as propriedades óticas espetrais de tecidos de rim normal e com este tipo de cancro, assim como estudar as propriedades de difusão da glicerina e da água nesses tecidos, propriedades essas que são características de dois mecanismos fundamentais para a criação de efeitos de transparência. Para obter a dispersão dos dois tipos de tecido foi usado o método da reflexão interna total, com diferentes lasers a emitirem a comprimentos de onda desde o ultravioleta até ao infravermelho. O ajuste dos valores discretos do índice de refração obtidos com esses lasers foi feito com a equação de Cornu, mostrando que o tecido com cancro apresenta uma dispersão com valores superiores à obtida para o rim normal, assim como um maior conteúdo de lípidos. Usando métodos de espectroscopia, foram medidos diferentes tipos de espectros à transmissão e à reflexão, que permitiram calcular as propriedades óticas fundamentais dos dois tecidos entre 200 e 1000 nm. Verificou-se que estas propriedades óticas espetrais apresentam dependências no comprimento de onda semelhantes às observadas para outros tecidos biológicos, tendo-se observado no entanto, diferenças entre o rim normal e o rim patológico. A diferença mais significativa foi verificada entre os espectros do coeficiente de absorção dos dois tecidos. Uma análise mais cuidadosa desses espectros mostrou a presença de melanina e de lipofuscina em ambos os tecidos, mas com conteúdos distintos. Comparando tais valores, verificou-se que cerca de 83% da melanina presente no rim normal se converte em lipofuscina no tecido com cancro. Esta descoberta é inovadora, mas faz todo o sentido, uma vez que ao contrário da melanina, a lipofuscina contém lípidos e proteínas, dois nutrientes dos quais o cancro necessita para se desenvolver. Para determinar as propriedades de difusão da glicerina e da água nos dois tecidos foram feitos tratamentos de transparência em várias amostras que foram imersas em soluções aquosas de glicerina contendo diferentes osmolaridades. Medindo-se a evolução temporal da transmitância colimada dos tecidos durante estes tratamentos, foi possível determinar os tempos de difusão efetivos para cada tratamento. Representando estes tempos de difusão em função da concentração de glicerina usada em cada solução, conseguiu-se identificar o tempo de difusão característico da glicerina e o da água nos tecidos do rim, verificando-se também que o rim patológico apresenta um conteúdo de água móvel superior em cerca de 5% ao obtido para o rim normal. Completando este estudo com medições da variação da espessura das amostras de tecidos do rim durante certos tratamentos, calculou-se os coeficientes de difusão da glicerina e da água, obtendo-se novamente valores discriminados nos dois tecidos: Dgl=4.85110-7 cm2 /s e DH2O=2.10510-6 cm2 /s (para o rim normal) e Dgl=3.15610-7 cm2 /s e DH2O=1.53110-6 cm2 /s (para o rim patológico). Todos os dados diferenciados para o rim normal e para o rim patológico que foram obtidos no presente trabalho são de elevado valor para o desenvolvimento de novos procedimentos de diagnóstico do cancro do rim, em particular para o carcinoma de células renais cromófobo. Espera-se que tais procedimentos sejam desenvolvidos em breve e que com a aplicação de métodos óticos permita diagnosticar o cancro do rim em fases de desenvolvimento ainda precoces para proceder a tratamentos eficazes em tempo útil.