The Narrow-Band Imaging (NBI) technique allows the detection of lesions not identified with white light. Medical studies revealed that the wavelengths of 415 nm and 540 nm of the electromagnetic spectrum correspond to the peaks of hemoglobin absorptions band. The wavelength of 415 nm is located in the blue region of the electromagnetic spectrum, allowing the visualization enhancement of superficial veins. Moreover, the wavelength of 540 nm is located in the green region of the spectrum, and it is related to the visualization of sub-epithelial vessels. Initially, this work aims the design, simulation, fabrication (as well as stablish all the ideal settings for the depositions) and characterization of optical filters for the wavelength around 415 nm and 540 nm, through the application of the Fabry-Perot principle. Additionally, this work aims the investigation of two hypotheses: the first one is test the optical filters on the image sensor, and the second one is to test them on the light sources, in order to determined which adaptation technique is better for improving the image contrast of the blood vessels. / A técnica de Narrow-Band Imaging (NBI), ou imageamento por banda estreita, permite a detecção de lesões que não podem ser identificadas com a luz branca. Estudos clínicos revelaram que os comprimentos de onda de 415 nm e 540 nm do espectro eletromagnético correspondem aos picos de banda de absorção da hemoglobina. O comprimento de onda de 415 nm localiza-se na parte azul do espectro eletromagnético, o que permite uma melhor visualização de vasos superficiais. Além disso, o comprimento de onda 540 nm localiza-se na faixa verde do espectro e está relacionado com a visualização de vasos sub-epitheliais. O intuito deste trabalho é o projeto, simulação, fabricação (assim como estabelecer os parâmetros ideais para as deposições) e caracterização de filtros ópticos para os comprimentos de onda próximos de 415 nm e 540 nm, com aplicação do princípio físico de Fabry-Perot. Posteriormente, pretende-se investigar duas hipóteses: a primeira é a de testar os filtros ópticos no sensor de imagem, e o segundo é a de testá-los nas fontes de luz, para verificar qual técnica de adaptação seria melhor para aumentar o contraste entre os vasos sanguíneos.

The Narrow-Band Imaging (NBI) technique allows the detection of lesions not identified with white light. Medical studies revealed that the wavelengths of 415 nm and 540 nm of the electromagnetic spectrum correspond to the peaks of hemoglobin absorptions band. The wavelength of 415 nm is located in the blue region of the electromagnetic spectrum, allowing the visualization enhancement of superficial veins. Moreover, the wavelength of 540 nm is located in the green region of the spectrum, and it is related to the visualization of sub-epithelial vessels. Initially, this work aims the design, simulation, fabrication (as well as stablish all the ideal settings for the depositions) and characterization of optical filters for the wavelength around 415 nm and 540 nm, through the application of the Fabry-Perot principle. Additionally, this work aims the investigation of two hypotheses: the first one is test the optical filters on the image sensor, and the second one is to test them on the light sources, in order to determined which adaptation technique is better for improving the image contrast of the blood vessels. / A técnica de Narrow-Band Imaging (NBI), ou imageamento por banda estreita, permite a detecção de lesões que não podem ser identificadas com a luz branca. Estudos clínicos revelaram que os comprimentos de onda de 415 nm e 540 nm do espectro eletromagnético correspondem aos picos de banda de absorção da hemoglobina. O comprimento de onda de 415 nm localiza-se na parte azul do espectro eletromagnético, o que permite uma melhor visualização de vasos superficiais. Além disso, o comprimento de onda 540 nm localiza-se na faixa verde do espectro e está relacionado com a visualização de vasos sub-epitheliais. O intuito deste trabalho é o projeto, simulação, fabricação (assim como estabelecer os parâmetros ideais para as deposições) e caracterização de filtros ópticos para os comprimentos de onda próximos de 415 nm e 540 nm, com aplicação do princípio físico de Fabry-Perot. Posteriormente, pretende-se investigar duas hipóteses: a primeira é a de testar os filtros ópticos no sensor de imagem, e o segundo é a de testá-los nas fontes de luz, para verificar qual técnica de adaptação seria melhor para aumentar o contraste entre os vasos sanguíneos.

A cápsula endoscópica é um instrumento revolucionário, que permite a realização de um exame livre de desconfortos para o paciente e possibilitou a técnica de endoscopia chegar a partes do sistema gastrointestinal que antes não era possível, como grande parte do intestino delgado. Este trabalho apresenta um módulo fotônico para realizar Terapia Fotodinâmica (PDT, Photodynamic Therapy) em cápsulas endoscópicas. A PDT é uma forma de tratamento para lesões que envolve a administração prévia de um medicamento fotossensível (PS, Photosensitizer) e posterior ativação com irradiação de luz em um comprimento de onda (λ) específico. Geralmente para a ativação do PS utiliza-se λ na região vermelha do espectro visível, pois a penetração nos tecidos é elevada. Células de adenocarcinoma gástrico humano (AGS, Adenocarcinoma Gastric of Stomach) foram preparadas com ácido 5-aminolevulínico (5-ALA) que é um Pró-fármaco precursor do agente fotossensível Protoporfirina IX (PpIX) com máximo de absorção nos 635 nm. Para realizar a irradiação com luz vermelha nas células, 16 LEDs do modelo LRQ396-P1Q2-1 da Osram Opto Semiconductors com dimensões muito reduzidas foram selecionados, caracterizados, montados em uma PCB (Printed Circuit Board) e alimentados por um Arduino Mega 2560. Este sistema de iluminação foi eficaz em seu propósito e causou morte celular nas células submetidas ao tratamento com o ALA em uma concentração de 2 milimol por litro e dose de luz em 5 Joules por centímetro quadrado que resulta em uma exposição de 49 minutos. Com o objetivo de se construir um módulo para controle de iluminação em cápsulas endoscópicas, foi desenvolvido em tecnologia CMOS 0.7 μm da ON Semiconductor um dispositivo capaz de controlar a intensidade dos LEDs utilizando PWM (Pulse Width Modulation). Unindo este componente com os LEDs selecionados é perfeitamente possível construir o módulo e inseri-lo CEs para realizar PDT em locais do trato gastrointestinal (GI) não acessíveis pela endoscopia convencional. / The endoscopic capsule is a revolutionary instrument that gives a free examination of discomforts for patient and allows the endoscopic technique to reach parts of the gastrointestinal system that were previously not possible, such as a large part of the small intestine. This work presents a photonic module to perform Photodynamic Therapy (PDT) in endoscopic capsules. PDT is a form of treatment for injuries involving prior administration of a photosensitive drug (PS, Photosensitizer) and subsequent activation with light irradiation at a specific wavelength (λ). Usually for PS activation, λ is used in the red region of the visible spectrum, because the tissue penetration is high. Human gastric adenocarcinoma cells (AGS) were prepared with 5-aminolevulinic Acid (5-ALA) which is a Pro-drug precursor of the photosensitive agent Protoporphyrin IX (PpIX) with maximum absorption at 635 nm. To perform red light irradiation on the cells, 16 LEDs, model LRQ396-P1Q2-1 of the Osram Opto Semiconductors with very small dimensions were selected, characterized, mounted on a PCB (Printed Circuit Board) and powered by an Arduino Mega 2560. This system was effective in its purpose and caused cell death in cells treated with ALA at a concentration of 2 mMol/L and dose of light at 5 J/cm² resulting in a 49 minutes exposure. With the objective of build a module for control of lighting in endoscopic capsules, a device able to controlling the intensity of the LEDs using PWM (Pulse Width Modulation) was developed in CMOS technology 0.7 μm of the ON Semiconductor. Combining this component with the selected LEDs, it is perfectly possible to construct the module and insert in CEs to perform PDT at sites of the gastrointestinal tract (GI) not accessible by conventional endoscopy.

INTRODUÇÃO: O esôfago de Barrett (EB) é uma patologia que aumenta substancialmente o risco de adenocarcinoma esofágico. Os pacientes portadores de EB devem ser seguidos ao longo de toda a vida na tentativa da detecção de neoplasia em estágio precoce. A endoscopia digestiva alta (EDA) é, atualmente, o método de eleição. OBJETIVO: Avaliar a eficácia da cápsula endoscópica do esôfago (CEE) comparada à EDA com cromoscopia com azul de metileno para detecção de lesões suspeitas de neoplasia esofágica, avaliação da extensão e padrão do EB, e identificação da presença de hérnia de hiato; além de comparar a segurança e grau de desconforto dos dois métodos. MÉTODOS: Estudo de casos transversal, realizado em 22 pacientes sabidamente portadores de EB que foram submetidos à fundoplicatura à Nissen há mais de 5 anos. Os pacientes realizaram os exames de CEE e EDA com cromoscopia esofágica por médicos diferentes e desconhecedores dos achados do outro exame. Após a realização dos exames, foi aplicado um questionário onde foi anotado o grau de desconforto do paciente em cada exame e eventuais complicações. Foi avaliado o índice de concordância (kappa) entre os dois métodos para pesquisa de lesões suspeitas de neoplasia esofágica, características do EB e detecção de hérnia hiatal. RESULTADOS: Dezenove pacientes completaram o estudo. A CEE apresentou sensibilidade e valor preditivo negativo de 100% e acurácia de 79% para detecção de lesão suspeita de neoplasia esofágica e concordância razoável com EDA (kappa = 0,27). A acurácia da CEE para avaliação da extensão do EB foi de 89% e concordância moderada (kappa = 0,60) com EDA. A acurácia da CEE para avaliação de EB digitiforme, circunferencial e misto foram, respectivamente, 74%, 79% e 74% com concordância moderada nos casos de EB circunferencial e misto e não significante no EB digitiforme. Quanto à detecção de hérnia de hiato a CEE apresentou sensibilidade de 43% e acurácia de 74%, com concordância razoável (kappa = 0,38) com EDA. Não houve diferença estatística de desconforto entre os exames e não houve complicação em ambos os métodos endoscópicos. CONCLUSÕES: A CEE mostrou-se um bom método de detecção de lesões suspeitas de neoplasia esofágica. Quanto a avaliação da extensão e padrão do EB, a CEE apresentou resultados razoáveis, quando comparada à EDA com cromoscopia esofágica. A CEE apresentou resultados insatisfatórios quanto à detecção de hérnia hiatal. Não houve diferença significativa de desconforto entre CEE e EDA. Os dois métodos mostraram-se seguros / INTRODUCTION: Barrett\'s esophagus (BE) is a condition that substantially increases the risk of esophageal adenocarcinoma. Patients with BE should be followed throughout life in an attempt to detect cancer at an early stage. Upper gastrointestinal endoscopy (GIE) is currently the method of choice. OBJECTIVE: To evaluate the efficacy of esophageal capsule endoscopy (ECE) compared to methylene blue (MB) chromoendoscopy for detection of suspicious lesions of esophageal cancer, evaluation of extent and pattern of BE, and identifying the presence of hiatal hernia, in addition to compare the safety and patients discomfort of the two methods. METHODS: Transverse study, conducted on 22 Barretts patients submitted to Nissen fundoplication with more than five years follow-up. Patients underwent examinations of ECE and MB chromoendoscopy by different physicians blinds to each procedures. After the exams, patients discomfort and possible complications that occurred in each method were recorded. It was evaluated the concordance index between the two methods for detection of suspicious lesions of esophageal cancer, extent and pattern of BE and hiatal hernia detection. RESULTS: Nineteen patients completed the study. The ECE sensitivity, negative predictive value and accuracy were, respectively, 100%, 100% and 79% for detecting suspicious lesion of esophageal cancer and had reasonable agreement with MB chromoendoscopy (kappa = 0.27). The ECE accuracy for assessing the extent of BE was 89% and had moderate agreement (kappa = 0.60) with MB chromoendoscopy. The accuracy of the ECE for evaluation of finger-like, circumferential, and mixed BE were respectively 74%, 79% and 74%, and moderate agreement in cases of circumferencial and mixed BE and not significant agreement for finger-like BE. ECE sensitivity and accuracy for detecting hiatal hernia were, respectively, 43 % and 74%, and fair agreement (kappa = 0.38) with MB chromoendoscopy. There was no statistical difference between the discomfort of examinations and there was no complication in both endoscopic methods. CONCLUSIONS: The ECE has proved to be a good method for detecting suspicious lesions of esophageal cancer. As the evaluation of the extent and pattern of BE, the ECE had reasonable results, when compared to MB chromoendoscopy. The ECE had unsatisfactory results regarding the detection of hiatal hernia. There was no significant difference in discomfort between the ECE and GIE. Both methods proved to be safe

A cápsula endoscópica é um instrumento revolucionário, que permite a realização de um exame livre de desconfortos para o paciente e possibilitou a técnica de endoscopia chegar a partes do sistema gastrointestinal que antes não era possível, como grande parte do intestino delgado. Este trabalho apresenta um módulo fotônico para realizar Terapia Fotodinâmica (PDT, Photodynamic Therapy) em cápsulas endoscópicas. A PDT é uma forma de tratamento para lesões que envolve a administração prévia de um medicamento fotossensível (PS, Photosensitizer) e posterior ativação com irradiação de luz em um comprimento de onda (λ) específico. Geralmente para a ativação do PS utiliza-se λ na região vermelha do espectro visível, pois a penetração nos tecidos é elevada. Células de adenocarcinoma gástrico humano (AGS, Adenocarcinoma Gastric of Stomach) foram preparadas com ácido 5-aminolevulínico (5-ALA) que é um Pró-fármaco precursor do agente fotossensível Protoporfirina IX (PpIX) com máximo de absorção nos 635 nm. Para realizar a irradiação com luz vermelha nas células, 16 LEDs do modelo LRQ396-P1Q2-1 da Osram Opto Semiconductors com dimensões muito reduzidas foram selecionados, caracterizados, montados em uma PCB (Printed Circuit Board) e alimentados por um Arduino Mega 2560. Este sistema de iluminação foi eficaz em seu propósito e causou morte celular nas células submetidas ao tratamento com o ALA em uma concentração de 2 milimol por litro e dose de luz em 5 Joules por centímetro quadrado que resulta em uma exposição de 49 minutos. Com o objetivo de se construir um módulo para controle de iluminação em cápsulas endoscópicas, foi desenvolvido em tecnologia CMOS 0.7 μm da ON Semiconductor um dispositivo capaz de controlar a intensidade dos LEDs utilizando PWM (Pulse Width Modulation). Unindo este componente com os LEDs selecionados é perfeitamente possível construir o módulo e inseri-lo CEs para realizar PDT em locais do trato gastrointestinal (GI) não acessíveis pela endoscopia convencional. / The endoscopic capsule is a revolutionary instrument that gives a free examination of discomforts for patient and allows the endoscopic technique to reach parts of the gastrointestinal system that were previously not possible, such as a large part of the small intestine. This work presents a photonic module to perform Photodynamic Therapy (PDT) in endoscopic capsules. PDT is a form of treatment for injuries involving prior administration of a photosensitive drug (PS, Photosensitizer) and subsequent activation with light irradiation at a specific wavelength (λ). Usually for PS activation, λ is used in the red region of the visible spectrum, because the tissue penetration is high. Human gastric adenocarcinoma cells (AGS) were prepared with 5-aminolevulinic Acid (5-ALA) which is a Pro-drug precursor of the photosensitive agent Protoporphyrin IX (PpIX) with maximum absorption at 635 nm. To perform red light irradiation on the cells, 16 LEDs, model LRQ396-P1Q2-1 of the Osram Opto Semiconductors with very small dimensions were selected, characterized, mounted on a PCB (Printed Circuit Board) and powered by an Arduino Mega 2560. This system was effective in its purpose and caused cell death in cells treated with ALA at a concentration of 2 mMol/L and dose of light at 5 J/cm² resulting in a 49 minutes exposure. With the objective of build a module for control of lighting in endoscopic capsules, a device able to controlling the intensity of the LEDs using PWM (Pulse Width Modulation) was developed in CMOS technology 0.7 μm of the ON Semiconductor. Combining this component with the selected LEDs, it is perfectly possible to construct the module and insert in CEs to perform PDT at sites of the gastrointestinal tract (GI) not accessible by conventional endoscopy.

INTRODUÇÃO: O esôfago de Barrett (EB) é uma patologia que aumenta substancialmente o risco de adenocarcinoma esofágico. Os pacientes portadores de EB devem ser seguidos ao longo de toda a vida na tentativa da detecção de neoplasia em estágio precoce. A endoscopia digestiva alta (EDA) é, atualmente, o método de eleição. OBJETIVO: Avaliar a eficácia da cápsula endoscópica do esôfago (CEE) comparada à EDA com cromoscopia com azul de metileno para detecção de lesões suspeitas de neoplasia esofágica, avaliação da extensão e padrão do EB, e identificação da presença de hérnia de hiato; além de comparar a segurança e grau de desconforto dos dois métodos. MÉTODOS: Estudo de casos transversal, realizado em 22 pacientes sabidamente portadores de EB que foram submetidos à fundoplicatura à Nissen há mais de 5 anos. Os pacientes realizaram os exames de CEE e EDA com cromoscopia esofágica por médicos diferentes e desconhecedores dos achados do outro exame. Após a realização dos exames, foi aplicado um questionário onde foi anotado o grau de desconforto do paciente em cada exame e eventuais complicações. Foi avaliado o índice de concordância (kappa) entre os dois métodos para pesquisa de lesões suspeitas de neoplasia esofágica, características do EB e detecção de hérnia hiatal. RESULTADOS: Dezenove pacientes completaram o estudo. A CEE apresentou sensibilidade e valor preditivo negativo de 100% e acurácia de 79% para detecção de lesão suspeita de neoplasia esofágica e concordância razoável com EDA (kappa = 0,27). A acurácia da CEE para avaliação da extensão do EB foi de 89% e concordância moderada (kappa = 0,60) com EDA. A acurácia da CEE para avaliação de EB digitiforme, circunferencial e misto foram, respectivamente, 74%, 79% e 74% com concordância moderada nos casos de EB circunferencial e misto e não significante no EB digitiforme. Quanto à detecção de hérnia de hiato a CEE apresentou sensibilidade de 43% e acurácia de 74%, com concordância razoável (kappa = 0,38) com EDA. Não houve diferença estatística de desconforto entre os exames e não houve complicação em ambos os métodos endoscópicos. CONCLUSÕES: A CEE mostrou-se um bom método de detecção de lesões suspeitas de neoplasia esofágica. Quanto a avaliação da extensão e padrão do EB, a CEE apresentou resultados razoáveis, quando comparada à EDA com cromoscopia esofágica. A CEE apresentou resultados insatisfatórios quanto à detecção de hérnia hiatal. Não houve diferença significativa de desconforto entre CEE e EDA. Os dois métodos mostraram-se seguros / INTRODUCTION: Barrett\'s esophagus (BE) is a condition that substantially increases the risk of esophageal adenocarcinoma. Patients with BE should be followed throughout life in an attempt to detect cancer at an early stage. Upper gastrointestinal endoscopy (GIE) is currently the method of choice. OBJECTIVE: To evaluate the efficacy of esophageal capsule endoscopy (ECE) compared to methylene blue (MB) chromoendoscopy for detection of suspicious lesions of esophageal cancer, evaluation of extent and pattern of BE, and identifying the presence of hiatal hernia, in addition to compare the safety and patients discomfort of the two methods. METHODS: Transverse study, conducted on 22 Barretts patients submitted to Nissen fundoplication with more than five years follow-up. Patients underwent examinations of ECE and MB chromoendoscopy by different physicians blinds to each procedures. After the exams, patients discomfort and possible complications that occurred in each method were recorded. It was evaluated the concordance index between the two methods for detection of suspicious lesions of esophageal cancer, extent and pattern of BE and hiatal hernia detection. RESULTS: Nineteen patients completed the study. The ECE sensitivity, negative predictive value and accuracy were, respectively, 100%, 100% and 79% for detecting suspicious lesion of esophageal cancer and had reasonable agreement with MB chromoendoscopy (kappa = 0.27). The ECE accuracy for assessing the extent of BE was 89% and had moderate agreement (kappa = 0.60) with MB chromoendoscopy. The accuracy of the ECE for evaluation of finger-like, circumferential, and mixed BE were respectively 74%, 79% and 74%, and moderate agreement in cases of circumferencial and mixed BE and not significant agreement for finger-like BE. ECE sensitivity and accuracy for detecting hiatal hernia were, respectively, 43 % and 74%, and fair agreement (kappa = 0.38) with MB chromoendoscopy. There was no statistical difference between the discomfort of examinations and there was no complication in both endoscopic methods. CONCLUSIONS: The ECE has proved to be a good method for detecting suspicious lesions of esophageal cancer. As the evaluation of the extent and pattern of BE, the ECE had reasonable results, when compared to MB chromoendoscopy. The ECE had unsatisfactory results regarding the detection of hiatal hernia. There was no significant difference in discomfort between the ECE and GIE. Both methods proved to be safe