O nosso trabalho. Espectroscopia e imagiologia de tecidos biológicos com luz laser

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1 O nosso trabalho Espectroscopia e imagiologia de tecidos biológicos com luz laser objectivo final: 1.4 λ 1 =ICG abs peak λ 2 =close λ ICG inclusion Indocyanine Green (ICG) attaches to tumor cells MOlar Extinction coeff (cm -1 /M) Wavelength (nm) Absorption spectrum of ICG Map of µ a at λ 1 Map of µ a at λ 2 Differential map of µ a mas para chegar aqui é preciso montar o sistema

2 Um Instrumento de Migração de Fotões com Detecção Homodina

3 Thorlabs TCLDM9+TED200+LCD205 Os componentes bias-tee para modulação DL mount TEC current driver HP 8648B Menlo APD-110

4 Os componentes Amp PS I&Q LPF

5 Medidas Díodo laser APD leite maizena TiO 2 (+) azul metileno tinta da china verde indociano

6 Alguns resultados Leite diluído a 25% φ vs. d Leite diluído a 25% ln(r AC) vs. d

7 Alguns resultados Leite a várias concentrações µ s vs. [leite] variação da concentração de corante

8 Performance do IMF Está a funcionar bem: os resultados estão de acordo com o previsto pela Aproximação da Difusão É um sistema simples e relativamente barato O APD tem uma área muito pequena, o que torna a detecção difícil O sistema não foi capaz de caracterizar um fantoma emprestado pelo UCL, que se aproxima mais das condições reais. Alguns componentes RF têm larguras de banda estreitas: não se podem fazer gráficos em função da frequência de modulação.

9 Um Instrumento de Migração de Fotões com Detecção Heterodina

10 Vantagens O PMT tem uma área de colecção muito maior do que o APD (8 x 24 mm 2 vs 1 mm 2 ), o que torna a detecção muito mais fácil O ganho do PMT é cerca de 10x superior ao do APD Os componentes RF necessários têm larguras de banda elevadas: podemos fazer gráficos em função da frequência de modulação. O sistema permite usar um lock-in Usa-se um PMT relativamente lento para ver sinais até 10x mais rápidos (Como? Ver a seguir) Conclusão Grande melhoria da razão sinal-ruído e da gama dinâmica Instrumento mais versátil

11 -V dyn2 bias-t Como é que um PMT de 70 MHz pode ver até 700 MHz? RF 25 Vpp amp

12 Light scattering in turbid biological media: a fractal approach "A tissue phantom for optical diagnostics based on a suspension of microspheres with a fractal size distribution", D. Passos, J. C. Hebden, P. N. Pinto and R. Guerra, Journal of Biomedical Optics, 10 (6): art. no , Nov-Dec 2005 (2005). Globalmente são equivalentes em termos de espalhamento? Qual a melhor mistura?

13 A motivação No fabrico dos fantomas impõe-se g=0.5 µ s (fantoma)=µ s (tecido) µ s,f (1-g f ) =µ s,t (1-g t ) o que quer dizer que em geral µ s,f µ s,t Firbank, M, and Delpy, DT (1993): A design for a stable and reproducible phantom for use in near-infrared imaging and spectroscopy. Physics in Medicine and Biology 38, g f g t funções de fase também muito diferentes

14 Uma possível solução: um modelo fractal Gélébart et al. B. Gélébart, E. Tinet, J. M. Tualle, and S. Avrillier, Phase function simulation in tissue phantoms: a fractal approach, Pure Appl. Opt. 5, Ideia do trabalho Implementar experimentalmente a proposta de Gélébart et al. Construir fantomas com base na lei fractal, usando água, microesferas de poliestireno e tinta da china Simular as funções de fase de tecido biológico de forma realista (a 670 nm e 635 nm) Na verdade todos os parâmetros serão realistas Medir as propriedades dos fantomas assim construídos

15 Implementação do Modelo Fractal Receita escolher microesferas com d<<λ (Rayleigh scattering) e outras com d>>λ para simular o efeito dominante do forward scattering que se observa nos tecidos. Escolher ainda uma ou duas classes intermédias a estas. Calcular o valor de g para a mistura das esferas em função de α. O melhor α é o que conduzir ao g do tecido.

16 A composição obtida

17 Medições: função de fase θ π θ luz dispersa a θ luz dispersa a θ e reflectida na parede luz dispersa a π θ ri(θ) 0.04I(θ) >> I(π θ) para θ<45º solução: pintar de preto metade da célula

18 Resultados: função de fase matéria branca do cérebro de adulto fígado

19 feixe incidente cuvette com o fantoma diluído luz branca (espectrofotómetro) pinhole Medições: µ t detector factor de diluição a valores alvo A/(L loge) a calcula-se o declive para cada λ

20 Efeito da absorção do meio?

21 Medições: µ s e µ a counts Laser pulsado τ 100fs MCP- PMT Electrónica rápida t adicionar tinta da china para reproduzir o coeficiente de absorção do tecido

22 Resumo

23 Resumo

24 Conclusões Construção de um IMF Homodino Heterodino Áreas de trabalho Espectroscopia e imagiologia Implementação do software de inversão Primeiras imagens Tomografia Diferencial Fabrico e caracterização de fantomas/ tecidos Métodos de caracterização Construção de um fantoma realista Construção de um fantoma realista, barato e sólido