Formação de imagem fotoacústica induzida por laser e raios X

• Autor(a) principal: Sampaio, Diego Ronaldo Thomaz
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59135/tde-21052020-163021/
• topic: Fotoacústica; Photoacoustic imaging; Radioterapia; Radiotherapy; Raios-X acústico; Ultrasound; Ultrassom; X-ray acoustic imaging

Em aplicações biomédicas, a imagem fotoacústica (IFA) por laser vem sendo utilizada para caracterização físico-química de tecidos biológicos, abrangendo estudos em nível anatômico, microscópico e molecular por propiciar uma imagem com contraste óptico e resolução ultrassônica. Recentemente, a imagem raios-X acústica (IXA) vem sendo proposta como técnica de dosimetria para radioterapia de feixe externo com acelerador linear (AL) terapêutico, fornecendo informação da distribuição espacial de dose imediatamente após sua entrega por feixes raios X. Ambas as técnicas de imagem fotoacústica induzida por laser e raios X tem grande potencial para ciência aplicada, física médica e biomedicina. Nessa tese, primeiramente, investigamos a formação de IXA por meio de equipamento de ultrassom (US) diagnóstico por imagem para obter estimativas de dose para radioterapia por feixe externo de raios-X. Desenvolvemos simulações e arranjos experimentais para avaliar a viabilidade de formar IXA, estudamos a sensibilidade da IXA em função da dose em materiais como metais e osso em diferentes configurações de irradiação (e.g., profundidade em água, tamanho de campo de raios-X e taxa de dose). Descobrimos que o equipamento de US diagnóstico por imagem é capaz de formar IXAs, porém com baixo SNR e, para resolver essa condição, propomos um método de redução de ruído por meio de wavelets. Os resultados obtidos são importantes para avaliar o potencial uso da IXA no ambiente da radioterapia e confirmaram a viabilidade de formação de IXA com o equipamento de US diagnóstico por imagem de metais (alumínio, latão e chumbo), contudo não possibilitaram estimar no gradiente de dose em água, que ocorre nas bordas do campo de raios-X. Na segunda parte dessa tese investigamos a IFA por múltiplos comprimentos de onda, estudamos métodos de redução de erro na estimativa de saturação de oxigênio (SO2) e uso de agentes de contraste para IFA, especificamente sua influência na estimativa de SO2. Propomos observar a influência do ruído eletrônico por meio de experimento com um roedor post-mortem no qual tubos continham sangue animal com SO2 conhecidos e em profundidade de aquisição da ordem de um centímetro. Desenvolvemos dois métodos que consituiem máscaras de remoção de pontos do mapa de SO2, um deles caracteriza o ruído com estatística e cálculo de SNR e outro considera o ruído como um cromóforo causador de viés na estimativa de SO2. Reduzimos o erro das estimativas de SO2 por meio da aplicação de ambos os métodos. Paralelamente, estudamos o uso de agentes de contraste para IFA. Realizamos experimentos em phantoms simulando condições de administração de agente de contraste em região de interesse que imita tumores vascularizados com tecidos saudáveis em suas cercanias. Nessas condições, mostramos que o Lipo-JICG, um novo agente de contraste, que foi construído com substâncias aprovadas pelo FDA para uso clínico, cria um viés na estimativa de SO2 menos evidente do que o ICG, agente de contraste que vem sendo utilizado e é aprovado pelo FDA. Além disso, foram obtidas IFAs em profundidades clinicamente relevantes na ordem de um centímetro. Os resultados obtidos são importantes para avaliar o potencial uso do Lipo-JICG em estudo do câncer por meio de IFAs.