Sistemas de imagem e espectroscopia fotoacústica

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Uliana, João Henrique
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Espectroscopia; Fotoacústica; Imagem; Imaging; Oximetria; Oximetry; Photoacoustic imaging; Photoacoustic spectroscopy; Ultrasound imaging; Ultrassom
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59135/tde-10102022-092326/

As imagens fotoacústicas são baseadas no efeito fotoacústico que consiste na emissão de ondas acústicas após a absorção da luz por um material. A magnitude das ondas acústicas emitidas é proporcional às características térmicas e mecânicas do meio, do seu coeficiente de absorção óptica e da fluência local da luz. Desta forma, as imagens fotoacústicas são capazes de codificar a absorção óptica do material alvo em ondas acústicas combinando o contraste das imagens puramente ópticas com a resolução espacial da ultrassonografia. Essa combinação resulta em uma técnica de imagem com enorme potencial para aplicações biomédicas como, por exemplo, diagnóstico de tumores, medida de oxigenação sanguínea, detecção de lipídios em órgãos, termometria de tecidos e rastreamento de biomarcadores. Neste trabalho foram desenvolvidos sistemas para a aquisição de sinais fotoacústicos unidimensionais e imagens fotoacústicas multiespectrais. A aquisição de sinais fotoacústicos unidimensionais proporcionou a caracterização óptica relativa de cromóforos inorgânicos. Os valores relativos do espectro de absorção óptica obtidos pela amplitude do sinal fotoacústico foram comparados com dados fornecidos por um espectrofotômetro, resultando em valores substanciais de concordância de Lin (ρc > 0,95). As limitações e possibilidades de melhoramento da técnica de medida absoluta da absorção óptica pelo do ajuste da parte compressiva inicial do sinal fotoacústico foram estudas por meio de simulações e experimentos. Os resultados mostram procedimentos aprimorados capazes de estimar o coeficiente de absorção óptica com valores substanciais de concordância de Lin quando comparados com os valores tabelados da literatura. Para a aquisição de imagens fotoacústicas, o desenvolvimento de uma nova estratégia de iluminação, multiangular pelo eixo longo do transdutor linear de ultrassom, permitiu uma melhor entrega de luz a alvos menores que a largura desse transdutor, gerando imagens fotoacústicas com qualidade suficiente para a aplicação em pesquisa pré-clínica e clínica. Por exemplo, imagens fotoacústicas do dedo indicador de um voluntário e de tumores de camundongos, com alta relação sinal ruído, são reportadas. Por fim, foi realizada a avaliação multiespectral do novo esquema de iluminação para a medida de oxigenação sanguínea em humanos, camundongos e tumores desenvolvidos em modelo animal. Em condição de normóxia, a estimativa da saturação da oxigenação sanguínea em humanos e no camundongo saudável apresentou valores próximos de 95% em vasos sanguíneos e artérias. Para os tumores desenvolvidos em modelo animal, a combinação de imagens de ultrassonografia convencional, imagens fotoacústicas de único comprimento de onda e imagens fotoacústicas multiespectrais forneceram informações anatômicas e funcionais para a caracterização da massa tumoral. Os resultados mostram a presença de sangue oxigenado em vasos sanguíneos bem estruturados no entorno da massa tumoral e uma distribuição heterogênea de sangue oxigenado com a presença de regiões hipóxicas no interior do tumor.