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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.59.2020.tde-19112019-152927
Document
Author
Full name
Jaqueline Ramos Sousa Fernandes
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2019
Supervisor
Committee
Bachmann, Luciano (President)
Cardoso, George Cunha
Monte, Adamo Ferreira Gomes do
Moriyama, Lilian Tan
Title in Portuguese
Determinação das propriedades ópticas de materiais altamente espalhadores
Keywords in Portuguese
Esfera integradora
Inverse Adding-Doubling
Materiais espalhadores
Propriedades ópticas
Abstract in Portuguese
A radiação óptica é amplamente utilizada na medicina para fins terapêuticos, cirúrgicos e diagnósticos. Tais aplicações tem incentivado a pesquisa de propriedades ópticas de tecidos biológicos com o intuito de descrever a propagação da luz. O tecido biológico, em termos de propriedades ópticas, é um meio túrbido, onde a propagação da luz é comprometida por processos de espalhamentos e absorção, que causam a perda da intensidade do feixe incidente, reduzindo a penetração da luz no tecido. As propriedades ópticas são obtidas principalmente por meio da conversão de fenômenos macroscópicos que podem ser medidos, tais como reflexão e transmissão, em propriedades microscópicas (coeficientes de absorção µa, espalhamento µ's e anisotropia g) que caracterizam o meio no qual a luz se propaga. Esse processo de conversão é baseado na solução da teoria de propagação da luz no tecido. Neste trabalho, empregamos um sistema com esferas integradoras duplas em associação com o método numérico Inverse Adding-Doubling (IAD) para determinar µa, µs e g de amostras altamente espalhadoras em diferentes comprimentos de onda. A partir das medidas experimentais de reflexão e transmissão das amostras, obteve-se os coeficientes pelo método IAD. As amostras avaliadas neste trabalho são phantoms de poliuretano, SEBS (do inglês styrene-ethylene-butylene-styrene) e de gelatina bovina. Os coeficientes obtidos para as amostras concordaram com os valores de referência e com a literatura, mostrando que o sistema implementado é capaz determinar µa e µ's de amostras altamente espalhadoras, assim como g para amostras delgadas. Como trabalho futuro é necessário empregar phantoms calibrados para verificar a exatidão do sistema desenvolvido.
Title in English
Optical properties of turbid media
Keywords in English
Double integrating sphere
Inverse Adding-Doubling
Optical properties
Turbid medium
Abstract in English
Optical techniques are widely used in medicine, especially in surgery, diagnosis and therapeutic applications. Therefore, it is important to well understand the optical properties and the light propagation in biological tissues. The biological tissues are called turbid medium, which means it has a high optical scattering coefficient, causing a rapid decay on the incident light intensity, resulting in low light penetration. The optical properties usually are estimated by relating the macroscopic quantities one can measure, such as transmission and reflection of light to the microscopic quantities(absorption µa, scattering µs, and anisotropy g coefficients). This relationship is based on the light propagation theory. In this work, a double-integrating sphere system associated with the inverse adding-doubling (IAD) algorithm were employed to quantify the optical properties(µa, µs, and g) from highly scattering samples by measuring the reflection and transmission of the incident light at different wavelengths. The evaluated samples were phantoms made by three different materials: polyurethane, SEBS (styrene-ethylene-butylene-styrene) and bovine gelatin. The values of µa, µs, and g from the samples obtained by this system agree with reference and literature values, showing the viability for employing the implemented system to quantify µa and µs from highly scattering samples, as well as g from thin samples. As future work, it is necessary to study the accuracy of this system by using calibrated phantoms.
 
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Publishing Date
2020-05-13
 
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