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Type: TESE DIGITAL
Title: Determinação das propriedades ópticas estáticas e dinâmicas em tecidos biológicos com simulação Monte Carlo
Title Alternative: Determination of static and dynamics properties of biological tissues with Monte Carlo simulation
Author: Forero Torres, Edwin Johan, 1987-
Advisor: Mesquita, Rickson Coelho, 1982-
Abstract: Resumo: As técnicas de espectroscopia de difusão tais como a espectroscopia óptica de difusão (DOS) e a espectroscopia de correlação de difusão (DCS) permitem estudar as propriedades ópticas (ou estáticas) e dinâmicas, respectivamente, de meios turvos como o tecido biológico. Em geral, nestas técnicas se usam modelos de difusão da luz em meios turvos para estimar a intensidade da luz espalhada ou sua flutuação pelo meio, e através da comparação com dados experimentais, quantificar a concentração e o deslocamento quadrático médio das moléculas absorvedoras e espalhadoras que compõem os tecidos. No entanto, por serem técnicas relativamente recentes se conhece pouco em relação à propagação da luz em meios com diferentes geometrias, particularmente em relação com as propriedades dinâmicas. Por essa razão, para obter tais propriedades com estas técnicas é necessário assumir algumas características dos tecidos tais como homogeneidade e geometrias simples que nem sempre são correspondentes à situação real, o que pode ocasionar erros nas estimativas das propriedades. Nos últimos anos, os algoritmos de Monte Carlo têm sido cada vez mais usados para analisar a propagação da luz através de meios turvos, entre outras coisas porque envolvem poucas hipóteses e permitem simular meios com alto grau de heterogeneidade. Assim, este projeto propôs o estudo de simulações de Monte Carlo no problema de propagação da luz no tecido biológico, adaptando e modificando o algoritmo livre para download chamado mcxyz. Este estudo se enfocou em meios com geometrias semi-infinita e de duas camadas. Neste projeto também se estabeleceu uma metodologia para a obtenção das propriedades ópticas e dinâmicas de tecidos biológicos, implementando um algoritmo genético para o caso estático e um algoritmo de Levenberg-Marquardt para o caso dinâmico. Estes algoritmos foram testados sobre as medidas de DOS e DCS feitas na cabeça de voluntários sadios, comparando os resultados obtidos com os resultados encontrados pelas técnicas convencionais para meios semi-infinito e de duas camadas. Palavras-chaves: Monte Carlo, Espectroscopia de Difusão, Algoritmos de otimização

Abstract: Diffusion spectroscopy techniques such as optical diffusion spectroscopy (DOS) and diffusion correlation spectroscopy (DCS) allow to study the optical (or static) properties and dynamic respectively, of turbid media such as biological tissue. In general, in these techniques, difusse light models of turbid media are used to estimate the intensity of scattered light or a fluctuation in the middle and through comparison with experimental data, to quantify the concentration and the mean square displacement of the absorbing and scattering molecules which comprise tissues. However, recent techniques being relatively little is known regarding the propagation of light in media with different geometries, particularly in relation to the dynamic properties. For this reason, for such properties with these techniques it is needed to take some tissue characteristics such as homogeneity and simple geometries that are not always correspond to the real situation, which can lead to errors in estimates of property. In recent years, Monte Carlo algorithms have been increasingly used to analyze the light propagation through turbid media, among other things because they involve little hypothesis and allowing to simulate media with a high degree of heterogeneity. Thus, this project proposes the study of Monte Carlo simulations on the problem of propagation of light in biological tissue, adapting and modifying the algorithm to free download called mcxyz. This study is focused on media with semi-infinite geometries and two layers. This project also established a methodology to obtain the optical and dynamic properties of biological tissues, implementing genetic algorithms to the static case and Lenverberg Maquerest algorithm for dynamic case. These algorithms were tested on the DCS and DOS measurements made in head volunteers, comparing the results obtained with results obtained by conventional techniques for semi-infinite and two layers media. Keywords: Monte Carlo, Diffusion Spectroscopy, Optimization Algorithms
Subject: Monte Carlo, Método de
Espectroscopia ótica de difusão
Algoritmos
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:IFGW - Dissertação e Tese

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