A acne é a mais comum doença de pele encontrada pelos dermatologistas, representando cerca de 30% das consultas, onde esta é considerada crônica, pois apresenta alto grau de recidiva podendo acometer 50% da população na vida adulta. Diversos estudos evidenciam bons resultados para tratamento da acne através de fototerapias, entretanto, alguns trabalhos enfatizam que esta modalidade terapêutica é ainda recente e que estudos adicionais e mais detalhados devam ser realizados. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é o estudo da viabilidade de um protótipo integrado para o diagnóstico e tratamento da acne por técnicas ópticas, visando o desenvolvimento de um equipamento para diagnóstico por imagens de fluorescência e um sistema de tratamento por fototerapia para a eliminação das bactérias causadoras da acne, assim, propondo novas soluções para o diagnóstico e tratamento da acne. Para isso foi realizado o desenvolvimento do protótipo-v1 que é constituído pelo sistema de diagnóstico por imagens de fluorescência composto por 01 LED violeta em 405 nm para excitação das amostras (80 mW/cm2), um sistema de filtros e lentes para formação das imagens de fluorescência e uma câmera para a captura das imagens. O sistema de tratamento é composto por 01 LED UV em 405 nm que proporciona uma intensidade de irradiação de 150 mW/cm2 com um diâmetro de 40 mm. Para validação do protótipo-v1 foram realizados seis experimentos distintos, sendo: 1 – Avaliou-se as configurações iniciais do protótipo eram adequadas para a visualização de bactérias presentes no rosto, foram adquiridas imagens de fluorescência na região do nariz; 2 – Avaliou-se a detecção de bactérias presentes em quatro diferentes regiões da face; 3 – Avaliou-se somente com uma lavagem simples é possível fazer a remoção e eliminação das bactérias presentes no rosto; 4 – Avaliou-se a detecção da presença de bactérias no couro cabeludo que são possíveis causadoras de caspa e se ocorre uma maior formação de bactérias no couro cabeludo ao longo do tempo. 5 – Avaliou-se in vivo, em um voluntário, o sistema de diagnóstico e tratamento da acne do protótipo-v1; 6 – Avaliou-se in vitro e in vivo, 40 voluntários, o sistema de diagnóstico e tratamento da acne do protótipo-v1. Como resultado foi possível realizar a detecção da bactéria P. acnes e fazer uma análise de sua presença, formação e declínio em seis experimentos, através de processamento de imagens e análises comparativas. Sendo que no experimento 1 a 4 avaliou-se a qualidade e as configurações do equipamento de diagnóstico por fluorescência e os experimento 5 e 6 avaliaram tanto o sistema de diagnóstico como o sistema de tratamento. Assim, através destes experimentos realizados foi possível demostrar uma viabilidade da utilização do protótipo-v1 como sistema de diagnóstico e tratamento da acne, demonstrando que é possível se realizar o monitoramento das bactérias causadoras da acne através das imagens de fluorescência e o tratamento da acne utilizando técnicas ópticas. / Acne is the most common skin disease found by dermatologists, representing about 30% of the consultations, where it is considered chronic, because has a high degree of recurrence and can affect 50% of the population in adult life. Several studies have shown good results for treatment of acne via phototherapy, however, some studies emphasize that this type of treatment is still new and additional and more detailed studies should be conducted.In this context, the aim of this work is the viability study of an integrated prototype for acne diagnosis and treatment by optical techniques, aiming at the development of a system for diagnosis by fluorescence imaging and phototherapy for treatment and elimination of bacteria that cause the acne, therefore offering new solutions for the acne diagnosis and treatment. For this, the prototype v1 was developed, which is constituted for diagnostic system by fluorescence image composed of one violet LED at 405 nm for excitation of the samples (80 mW / cm2), a system of filters and lenses for the formation images of fluorescence and a CCD camera to capture the images. The treatment system is composed of one violet LED at 405 nm which provides an irradiation intensity of 150 mW/cm2 with a diameter of 40 mm. For validation of prototype v1 were conducted six different experiments, as follows: 1 - Were evaluated initial prototype settings for the visualization of bacteria in the face for that, were acquired fluorescence images in the nose; 2 - Were evaluated detection of bacteria in four different regions of the face; 3 - Was evaluated only with simple washing can make removal and elimination of bacteria from the face; 4 - Was evaluated detecting the presence of bacteria on the scalp which are possible cause of dandruff and there is a greater formation of bacteria in the scalp along of the time; 5 - Was evaluated in vivo, in a voluntary, the prototype of the system of diagnosis and treatment of acne; 6 - Was evaluated in vitro and in vivo, 40 volunteers, the prototype of the system of diagnosis and treatment of acne. As a result, was possible to detect the P. acnes bacteria and do an analysis of their presence, formation and decline in six experiments, through image processing and comparative analysis. Where in experiment 1 to 4 was evaluated the quality and configurations of diagnostic fluorescence prototype and 5 to 6 experiments evaluating both the diagnostic and treatment system. Thus, through these experiments it was possible to demonstrate the viability of using one prototype v1 as diagnostic system and acne treatment, demonstrating that it is possible to perform the monitoring of acne causing bacteria via fluorescence imaging and treatment of acne using optical techniques.

A técnica de fluorescência óptica tem sido aplicada em diversas áreas médicas, como no acompanhamento da degradação de drogas e na detecção de câncer, por apresentar alta sensibilidade, simplicidade e rapidez na obtenção de dados. A avaliação não-invasiva e não-destrutiva é um grande atrativo que esta técnica oferece para o diagnóstico clínico. Assim, o objetivo deste projeto consistiu no desenvolvimento de um sistema de fluorescência óptica por imagem de campo amplo e avaliação do sistema no monitoramento da fotodegradação da Protoporfirina XI, utilizada na Terapia Fotodinâmica (TFD), e na visualização da presença de microrganismos presentes na microbiota bucal. O sistema desenvolvido é constituído de um sistema óptico, mecânico, eletrônico e de detecção. O sistema óptico é composto por LEDs de alta intensidade, com emissão centrada em 405nm e 450nm e 3 filtros ópticos: 1. passa-banda: utilizado na excitação; 2. dicróico; e 3. passa-alta: utilizados para excitação e emissão da fluorescência. O sistema mecânico foi desenvolvido em alumínio, possuindo as funções de dissipação de calor do sistema de iluminação e estrutural. O sistema eletrônico possui a função de controle e fornecimento de energia ao sistema de iluminação. O sistema de detecção é composto por uma câmera CCD e fotográfica, acoplada ao sistema de fluorescência desenvolvido. Um dos principais fatores para obtenção de bons sinais de fluorescência é a potência óptica obtida no sistema de iluminação, que neste caso foi de 200 mW. Outro fator é o comprimento de onda da iluminação; neste sistema foi obtida uma banda de iluminação muito eficaz entre 390 nm e 460 nm. O sistema de filtros proporcionou um sinal de fluorescência bastante satisfatório, bem como um bom contraste na visualização das imagens de fluorescência. Com este sistema foi possível acompanhar a fotodegradação da Protoporfirina IX, em função do tempo de iluminação durante a TFD. Proporcionou-se, assim, uma nova ferramenta para o avanço na avaliação da dosimetria da TFD, podendo otimizar e personalizar a TFD para cada paciente, já que o sistema desenvolvido permite a visualização da presença do agente fotossensível na terapia. Outra contribuição relevante do trabalho alcançada foi a visualização da presença de microrganismos da microbiota bucal, já que estes são os grandes responsáveis pelas doenças bucais como é o caso da cárie dental. Desta forma, conclui-se que foi possível desenvolver um sistema para auxílio da dosimetria na TFD e na visualização de microrganismos presentes na microbiota bucal. O sistema desenvolvido se mostrou compacto, agregando iluminação e visualização, tornando-o num protótipo com interface para uso clínico. O protótipo foi testado em pacientes para a visualização da microbiota bucal, tratamento de pré-câncer de pele e de vulva. / Optical fluorescence has been applied to several medical areas, as to monitor drug degradation and cancer detection, due to its high sensitivity, simplicity and fast response. Non-invasive and non-destructive assessment of tissues using this technique is very attractive for clinical diagnosis. Hence, the aim of was the development of an optical fluorescence wide-field imaging system, and the evaluation of its performance on monitoring protoporphyrin IX (PpIX) during Photodynamic Therapy (PDT), and one visualization of microrganisms present in oral microbiota. The developed device is composed by optical, mechanical, electronic, and detection systems. Optical system is composed by high-intensity light-emitting diodes (LED), with emission centered at 405 nm and 450 nm, and 3 optical filters: a bandpass filter for excitation; and set of dichroic and long wave pass filter, for fluorescence excitation and emission. The mechanical system was built in aluminum for structural and ilumination systems heat dissipation. The electronic system provides the control of the illumination system. The detection system is composed by a CCD and a conventional didgital camera, coupled to the developed device. One of the main factors for good fluorescence signals is the achieved optical power - in our case, it was of 200 mW. Another factor is excitation wavelength; for this system, a very efficient illumination band was achieved between 390-460 nm. The optical filters allowed a very satisfying fluorescence signal, with good contrast for fluorescence images visualization. The developed system enabled the monitoring of PpIX photobleaching as a function of illumination time during PDT. Therefore, a new tool to improve PDT dosimetry is offered by the use this system, allowing a more customized dosimetry each patient, since the device allows visualization of the photosensitive agent during the therapy. Visualization of oral microrganisms was also achieved, which was another relevant contribution of the developed instrumentation because they are the main cause of oral diseases such as caries. Thus the development of a system to both improve PDT dosimetry and oral microrganisms visualization was achieved as a compact device, joining illumination and visualization. These characteristics shows a good interface for clinical use. The prototype was tested in patients for oral microbiota visualization, and skin/vulva pre-cancer lesions treatment.

A técnica de fluorescência óptica tem sido aplicada em diversas áreas médicas, como no acompanhamento da degradação de drogas e na detecção de câncer, por apresentar alta sensibilidade, simplicidade e rapidez na obtenção de dados. A avaliação não-invasiva e não-destrutiva é um grande atrativo que esta técnica oferece para o diagnóstico clínico. Assim, o objetivo deste projeto consistiu no desenvolvimento de um sistema de fluorescência óptica por imagem de campo amplo e avaliação do sistema no monitoramento da fotodegradação da Protoporfirina XI, utilizada na Terapia Fotodinâmica (TFD), e na visualização da presença de microrganismos presentes na microbiota bucal. O sistema desenvolvido é constituído de um sistema óptico, mecânico, eletrônico e de detecção. O sistema óptico é composto por LEDs de alta intensidade, com emissão centrada em 405nm e 450nm e 3 filtros ópticos: 1. passa-banda: utilizado na excitação; 2. dicróico; e 3. passa-alta: utilizados para excitação e emissão da fluorescência. O sistema mecânico foi desenvolvido em alumínio, possuindo as funções de dissipação de calor do sistema de iluminação e estrutural. O sistema eletrônico possui a função de controle e fornecimento de energia ao sistema de iluminação. O sistema de detecção é composto por uma câmera CCD e fotográfica, acoplada ao sistema de fluorescência desenvolvido. Um dos principais fatores para obtenção de bons sinais de fluorescência é a potência óptica obtida no sistema de iluminação, que neste caso foi de 200 mW. Outro fator é o comprimento de onda da iluminação; neste sistema foi obtida uma banda de iluminação muito eficaz entre 390 nm e 460 nm. O sistema de filtros proporcionou um sinal de fluorescência bastante satisfatório, bem como um bom contraste na visualização das imagens de fluorescência. Com este sistema foi possível acompanhar a fotodegradação da Protoporfirina IX, em função do tempo de iluminação durante a TFD. Proporcionou-se, assim, uma nova ferramenta para o avanço na avaliação da dosimetria da TFD, podendo otimizar e personalizar a TFD para cada paciente, já que o sistema desenvolvido permite a visualização da presença do agente fotossensível na terapia. Outra contribuição relevante do trabalho alcançada foi a visualização da presença de microrganismos da microbiota bucal, já que estes são os grandes responsáveis pelas doenças bucais como é o caso da cárie dental. Desta forma, conclui-se que foi possível desenvolver um sistema para auxílio da dosimetria na TFD e na visualização de microrganismos presentes na microbiota bucal. O sistema desenvolvido se mostrou compacto, agregando iluminação e visualização, tornando-o num protótipo com interface para uso clínico. O protótipo foi testado em pacientes para a visualização da microbiota bucal, tratamento de pré-câncer de pele e de vulva. / Optical fluorescence has been applied to several medical areas, as to monitor drug degradation and cancer detection, due to its high sensitivity, simplicity and fast response. Non-invasive and non-destructive assessment of tissues using this technique is very attractive for clinical diagnosis. Hence, the aim of was the development of an optical fluorescence wide-field imaging system, and the evaluation of its performance on monitoring protoporphyrin IX (PpIX) during Photodynamic Therapy (PDT), and one visualization of microrganisms present in oral microbiota. The developed device is composed by optical, mechanical, electronic, and detection systems. Optical system is composed by high-intensity light-emitting diodes (LED), with emission centered at 405 nm and 450 nm, and 3 optical filters: a bandpass filter for excitation; and set of dichroic and long wave pass filter, for fluorescence excitation and emission. The mechanical system was built in aluminum for structural and ilumination systems heat dissipation. The electronic system provides the control of the illumination system. The detection system is composed by a CCD and a conventional didgital camera, coupled to the developed device. One of the main factors for good fluorescence signals is the achieved optical power - in our case, it was of 200 mW. Another factor is excitation wavelength; for this system, a very efficient illumination band was achieved between 390-460 nm. The optical filters allowed a very satisfying fluorescence signal, with good contrast for fluorescence images visualization. The developed system enabled the monitoring of PpIX photobleaching as a function of illumination time during PDT. Therefore, a new tool to improve PDT dosimetry is offered by the use this system, allowing a more customized dosimetry each patient, since the device allows visualization of the photosensitive agent during the therapy. Visualization of oral microrganisms was also achieved, which was another relevant contribution of the developed instrumentation because they are the main cause of oral diseases such as caries. Thus the development of a system to both improve PDT dosimetry and oral microrganisms visualization was achieved as a compact device, joining illumination and visualization. These characteristics shows a good interface for clinical use. The prototype was tested in patients for oral microbiota visualization, and skin/vulva pre-cancer lesions treatment.

A acne é a mais comum doença de pele encontrada pelos dermatologistas, representando cerca de 30% das consultas, onde esta é considerada crônica, pois apresenta alto grau de recidiva podendo acometer 50% da população na vida adulta. Diversos estudos evidenciam bons resultados para tratamento da acne através de fototerapias, entretanto, alguns trabalhos enfatizam que esta modalidade terapêutica é ainda recente e que estudos adicionais e mais detalhados devam ser realizados. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é o estudo da viabilidade de um protótipo integrado para o diagnóstico e tratamento da acne por técnicas ópticas, visando o desenvolvimento de um equipamento para diagnóstico por imagens de fluorescência e um sistema de tratamento por fototerapia para a eliminação das bactérias causadoras da acne, assim, propondo novas soluções para o diagnóstico e tratamento da acne. Para isso foi realizado o desenvolvimento do protótipo-v1 que é constituído pelo sistema de diagnóstico por imagens de fluorescência composto por 01 LED violeta em 405 nm para excitação das amostras (80 mW/cm2), um sistema de filtros e lentes para formação das imagens de fluorescência e uma câmera para a captura das imagens. O sistema de tratamento é composto por 01 LED UV em 405 nm que proporciona uma intensidade de irradiação de 150 mW/cm2 com um diâmetro de 40 mm. Para validação do protótipo-v1 foram realizados seis experimentos distintos, sendo: 1 – Avaliou-se as configurações iniciais do protótipo eram adequadas para a visualização de bactérias presentes no rosto, foram adquiridas imagens de fluorescência na região do nariz; 2 – Avaliou-se a detecção de bactérias presentes em quatro diferentes regiões da face; 3 – Avaliou-se somente com uma lavagem simples é possível fazer a remoção e eliminação das bactérias presentes no rosto; 4 – Avaliou-se a detecção da presença de bactérias no couro cabeludo que são possíveis causadoras de caspa e se ocorre uma maior formação de bactérias no couro cabeludo ao longo do tempo. 5 – Avaliou-se in vivo, em um voluntário, o sistema de diagnóstico e tratamento da acne do protótipo-v1; 6 – Avaliou-se in vitro e in vivo, 40 voluntários, o sistema de diagnóstico e tratamento da acne do protótipo-v1. Como resultado foi possível realizar a detecção da bactéria P. acnes e fazer uma análise de sua presença, formação e declínio em seis experimentos, através de processamento de imagens e análises comparativas. Sendo que no experimento 1 a 4 avaliou-se a qualidade e as configurações do equipamento de diagnóstico por fluorescência e os experimento 5 e 6 avaliaram tanto o sistema de diagnóstico como o sistema de tratamento. Assim, através destes experimentos realizados foi possível demostrar uma viabilidade da utilização do protótipo-v1 como sistema de diagnóstico e tratamento da acne, demonstrando que é possível se realizar o monitoramento das bactérias causadoras da acne através das imagens de fluorescência e o tratamento da acne utilizando técnicas ópticas. / Acne is the most common skin disease found by dermatologists, representing about 30% of the consultations, where it is considered chronic, because has a high degree of recurrence and can affect 50% of the population in adult life. Several studies have shown good results for treatment of acne via phototherapy, however, some studies emphasize that this type of treatment is still new and additional and more detailed studies should be conducted.In this context, the aim of this work is the viability study of an integrated prototype for acne diagnosis and treatment by optical techniques, aiming at the development of a system for diagnosis by fluorescence imaging and phototherapy for treatment and elimination of bacteria that cause the acne, therefore offering new solutions for the acne diagnosis and treatment. For this, the prototype v1 was developed, which is constituted for diagnostic system by fluorescence image composed of one violet LED at 405 nm for excitation of the samples (80 mW / cm2), a system of filters and lenses for the formation images of fluorescence and a CCD camera to capture the images. The treatment system is composed of one violet LED at 405 nm which provides an irradiation intensity of 150 mW/cm2 with a diameter of 40 mm. For validation of prototype v1 were conducted six different experiments, as follows: 1 - Were evaluated initial prototype settings for the visualization of bacteria in the face for that, were acquired fluorescence images in the nose; 2 - Were evaluated detection of bacteria in four different regions of the face; 3 - Was evaluated only with simple washing can make removal and elimination of bacteria from the face; 4 - Was evaluated detecting the presence of bacteria on the scalp which are possible cause of dandruff and there is a greater formation of bacteria in the scalp along of the time; 5 - Was evaluated in vivo, in a voluntary, the prototype of the system of diagnosis and treatment of acne; 6 - Was evaluated in vitro and in vivo, 40 volunteers, the prototype of the system of diagnosis and treatment of acne. As a result, was possible to detect the P. acnes bacteria and do an analysis of their presence, formation and decline in six experiments, through image processing and comparative analysis. Where in experiment 1 to 4 was evaluated the quality and configurations of diagnostic fluorescence prototype and 5 to 6 experiments evaluating both the diagnostic and treatment system. Thus, through these experiments it was possible to demonstrate the viability of using one prototype v1 as diagnostic system and acne treatment, demonstrating that it is possible to perform the monitoring of acne causing bacteria via fluorescence imaging and treatment of acne using optical techniques.

GEMs (Gas Electron Multiplier) and Thick-GEMs (Thick-Gas Electron Multiplier) are MPGDs (Micropattern Gas Detector) that make part of the new generation of gaseous detectors, allowing high counting rates, low cost when compared to solid state detectors, high radiation hardness and gain when using multiple structures. Besides that, the handling and maintenance of these detectors is relatively simple, being versatile to detect different types of radiation. Therefore, these detectors are an effective alternative to build imaging systems with large sensitive area. This work consists in the study and characterization of a set of gaseous detectors, more specifically the Thick-GEMs produced in the High Energy Physics and Instrumentation Center at IFUSP, which were tested showing promising results in terms of gain, energy resolution and operational stability. However, due to the low signal-to-noise ratio of the Thick-GEMs, the X-ray fluorescence imaging system was mounted using GEMs. During this work the necessary software tools for image processing and reconstruction were developed as a parallel study in computational simulations to better understand the operation of gaseous detectors. X-ray fluorescence techniques are essential in areas such as medicine and the study of historical and cultural heritage since they are non-invasive and non-destructive. Techniques to check the authenticity of masterpieces are required and museums are gradually becoming more interested in the Physics and instrumentation needed to characterize their patrimony. / Os GEMs (Gas Electron Multiplier) e Thick-GEMs (Thick-Gas Electron Multiplier) são estruturas do tipo MPGD (Micropattern Gas Detector) que fazem parte da nova geração de detectores de radiação a gás e permitem altas taxas de contagens, baixo custo quando comparados com os detectores de estado sólido, uma elevada resistência à radiação e ganhos elevados, quando utilizadas estruturas múltiplas para multiplicação. Além disso, o manuseio e manutenção desses detectores é relativamente simples, sendo versáteis em relação à montagem podendo detectar diferentes tipos de radiação. Sendo assim, a utilização desses detectores é uma alternativa eficiente para montar um sistema de imagem com grande área sensível. Este trabalho consiste no estudo e caracterização de um conjunto de detectores gasosos, mais especificamente os Thick-GEMs produzidos pelo grupo de Física de altas energias e Instrumentação do IFUSP, que foram testados para serem empregados em um sistema de imagem de fluorescência de raios-X. Os Thick-GEMs testados apresentaram resultados promissores em termos de ganho, resolução em energia e estabilidade operacional. No entanto, devido à baixa relação sinal-ruído, um sistema de imagem de fluorescência de raios-X foi montado utilizando GEMs. Durante o trabalho as ferramentas de software necessárias para processamento e reconstrução de imagens foram desenvolvidas, assim como um estudo paralelo de simulações computacionais para entender melhor o funcionamento de detectores gasosos. Técnicas como o imageamento por fluorescência de raios-X são de suma importância pois são consideradas não invasivas e não destrutivas. Sua utilização tem uma importância imprescindível nas áreas da medicina e na análise de patrimônios histórico e cultural. Atualmente, a verificação e validação de autenticidade de obras é um requisito obrigatório e alguns museus começam a se interessar cada vez mais em áreas da Física e da instrumentação necessária para caracterizar o seu patrimônio.

A exposição crônica à radiação ultravioleta (UV) resulta no fotoenvelhecimento da pele humana. A fim de tratá-lo, a terapia fotodinâmica (TFD) - técnica que utiliza luz, um fotossensibilizador (FS) e oxigênio molecular - tem sido utilizada em ambientes clínicos, no entanto são escassas as investigações que revelam os achados histopatológicos desse tratamento na pele fotoenvelhecida. Com isso, o objetivo deste trabalho foi analisar experimentalmente os efeitos da TFD na pele fotoenvelhecida de camundongos por meio de técnicas ópticas e histológicas. Portanto, foram utilizados camundongos hairless (sem pelo) distribuídos aleatoriamente em diferentes grupos, tais como: Controle, animais de pele sadia envelhecida intrinsecamente, não irradiados com luz UV e não tratados; UV, animais irradiados com luz UV e não tratados; UV/Luz, animais irradiados com luz UV e tratados com fototerapia; UV/TFD, animais fotoenvelhecidos (irradiados com luz UV) e tratados com a TFD; e Controle/TFD, animais de pele sadia envelhecida intrinsecamente e tratados com TFD. A indução do fotoenvelhecimento foi realizada por diferentes fontes de luz contendo, principalmente, a banda espectral UV; para a TFD, foram utilizadas fontes de luz com comprimento de onda de 415, 630 e 635 nm (azul e vermelho) juntamente com o ácido 5-aminolevulínico (ALA), precursor do FS endógeno protoporfirina IX (PpIX). Para fazer o seguimento da TFD por técnicas ópticas, foram realizadas espectroscopia de fluorescência, imagem de fluorescência de campo amplo e tomografia por coerência óptica (OCT, do inglês optical coherence tomography). A avaliação histopatológica pós-TFD foi realizada com os corantes HE, Tricrômio de Masson (TM) e Verhoeff a fim de analisar a espessura da epiderme, o infiltrado inflamatório, o conteúdo de colágeno na derme e sua espessura e a qualidade das fibras elásticas. Como resultado, observouse aumento significativo da espessura da epiderme pela regeneração dos queratinócitos e deposição de novas fibras colágenas dérmicas apenas nos animais tratados com ALA-TFD, tanto irradiados quanto não-irradiados com luz UV (grupos UV/TFD e Controle/TFD, respectivamente). Assim, torna-se evidente que a TFD trata a pele fotoenvelhecida do camundongo hairless pelos achados histopatológicos e através das imagens de OCT. Com isso, este trabalho agrega informação às investigações clínicas a respeito da TFD no tratamento da pele fotoenvelhecida, atestando seu uso para o fotorrejuvenescimento cutâneo. / The chronic exposure to ultraviolet radiation (UVR) leads to photoaging of the human skin. As a treatment, the photodynamic therapy (PDT) which brings together light, a photosensitizer, and molecular oxygen has been extensively used on clinical trials; however, there are few studies that highlight the histopathologic findings regarding this technique on photoaged skin. Thus, the aim of this study was to analyze experimentally the effects of PDT on photoaged skin of hairless mice by means of optical and histopathologic assessments. For this, hairless mice were randomly allocated in different groups, such as: Control, animals with healthy aged skin, neither exposed to an UV lamp nor treated; UV, animals exposed to an UV lamp with no treatment; UV/Light, animals exposed to an UV lamp and treated just with light; UV/PDT, animals exposed to an UV lamp and treated with PDT; and Control/PDT, animals with healthy aged skin treated with PDT. The photoaging process was induced by different light sources, which had mainly the UV spectrum; for the PDT, light sources of different wavelengths (415, 630, 635 nm) were used (blue and red light sources) and the 5-aminolevulinic acid (ALA), PS precursor of the endogenous protoporphyrin IX (PpIX). In order to follow the PDT protocol up by means of optical techniques, we used fluorescence spectroscopy, fluorescence images and optical coherence tomography. The histopathologic assessment after the PDT procedure was performed with H&E, Massons Trichrome and Verhoeff stains for epidermal thickness, inflammatory infiltrate, dermal collagen content, dermal thickness, and quality of elastic fibers. As a result, it has been observed a significant epidermal thickening due to keratinocytes regeneration and newly formed dermal collagen fibers only on the groups treated with PDT-ALA (UV/PDT and Control/PDT groups). Therefore, it is evident that PDT treats the photoaged skin of hairless mice since histopatologic findings and OCT images have shown those morphology changes. In conclusion, this work add information to the clinical trials regarding the PDT as a reliable technique to treat photoaged skin, proving its use for the skin photorejuvenation.

GEMs (Gas Electron Multiplier) and Thick-GEMs (Thick-Gas Electron Multiplier) are MPGDs (Micropattern Gas Detector) that make part of the new generation of gaseous detectors, allowing high counting rates, low cost when compared to solid state detectors, high radiation hardness and gain when using multiple structures. Besides that, the handling and maintenance of these detectors is relatively simple, being versatile to detect different types of radiation. Therefore, these detectors are an effective alternative to build imaging systems with large sensitive area. This work consists in the study and characterization of a set of gaseous detectors, more specifically the Thick-GEMs produced in the High Energy Physics and Instrumentation Center at IFUSP, which were tested showing promising results in terms of gain, energy resolution and operational stability. However, due to the low signal-to-noise ratio of the Thick-GEMs, the X-ray fluorescence imaging system was mounted using GEMs. During this work the necessary software tools for image processing and reconstruction were developed as a parallel study in computational simulations to better understand the operation of gaseous detectors. X-ray fluorescence techniques are essential in areas such as medicine and the study of historical and cultural heritage since they are non-invasive and non-destructive. Techniques to check the authenticity of masterpieces are required and museums are gradually becoming more interested in the Physics and instrumentation needed to characterize their patrimony. / Os GEMs (Gas Electron Multiplier) e Thick-GEMs (Thick-Gas Electron Multiplier) são estruturas do tipo MPGD (Micropattern Gas Detector) que fazem parte da nova geração de detectores de radiação a gás e permitem altas taxas de contagens, baixo custo quando comparados com os detectores de estado sólido, uma elevada resistência à radiação e ganhos elevados, quando utilizadas estruturas múltiplas para multiplicação. Além disso, o manuseio e manutenção desses detectores é relativamente simples, sendo versáteis em relação à montagem podendo detectar diferentes tipos de radiação. Sendo assim, a utilização desses detectores é uma alternativa eficiente para montar um sistema de imagem com grande área sensível. Este trabalho consiste no estudo e caracterização de um conjunto de detectores gasosos, mais especificamente os Thick-GEMs produzidos pelo grupo de Física de altas energias e Instrumentação do IFUSP, que foram testados para serem empregados em um sistema de imagem de fluorescência de raios-X. Os Thick-GEMs testados apresentaram resultados promissores em termos de ganho, resolução em energia e estabilidade operacional. No entanto, devido à baixa relação sinal-ruído, um sistema de imagem de fluorescência de raios-X foi montado utilizando GEMs. Durante o trabalho as ferramentas de software necessárias para processamento e reconstrução de imagens foram desenvolvidas, assim como um estudo paralelo de simulações computacionais para entender melhor o funcionamento de detectores gasosos. Técnicas como o imageamento por fluorescência de raios-X são de suma importância pois são consideradas não invasivas e não destrutivas. Sua utilização tem uma importância imprescindível nas áreas da medicina e na análise de patrimônios histórico e cultural. Atualmente, a verificação e validação de autenticidade de obras é um requisito obrigatório e alguns museus começam a se interessar cada vez mais em áreas da Física e da instrumentação necessária para caracterizar o seu patrimônio.

A terapia fotodinâmica (TFD) utilizando ácido 5-aminolevulinico (ALA) e derivados em aplicação tópica e, como precursor da protoporfirina IX (PPIX) apresenta alguns limitantes relativos a baixa permeação das substâncias na pele. Comportamento este que afeta a produção e homogeneidade da distribuição da PPIX na superfície e camadas mais profundas da pele. Para resolver essa limitação muitos autores propõem alternativas modificando a molécula do ALA e derivados, bem como modificando as propriedades químicas da fase externa da emulsão (mais hidrofílica ou hidrofóbica) ou então o sistema de entrega para a emulsão. O objetivo desse estudo é avaliar qual a proporção de ALA e metil-5-aminolevulinato (MAL) que quando misturados levam ao aumento da quantidade e uniformidade da formação da PPIX na superfície e em profundidade na pele. Para esse estudo foi realizada análises de fluorescência e histologia. O estudo foi conduzido in vivo e ex vivo usando biópsias de pele de porco cultivadas in vitro. A produção de PPIX foi monitorada utilizando espectroscopia de fluorescência, imagem de fluorescência de campo amplo e microscopia confocal de fluorescência. E para a aplicação da TFD os parâmetros usados foram de 125 mW/cm2 de intensidade e 150 J/cm2 de dose. A análise do dano causado pela irradiação foi realizada por meio de histologia da pele após 24 e 48 horas da aplicação da TFD. O ALA e MAL na concentração de 20% foram misturados nas seguintes proporções: ALA ou M, M2 (80% ALA - 20% MAL), M3 (60% ALA 40% MAL), M4 (50% ALA MAL), M5 (40% ALA 60% MAL), M6 (20% ALA 80% MAL) e MAL como M7. As diferentes proporções foram incorporadas em emulsões óleo em água (O/A) e água em óleo (A/O). De acordo com os resultados, as misturas M3, M4 e M5 mostraram maior produção de PPIX na superfície da pele segundo as medidas de fluorescência em 3h de incubação e, no estudo da cinética mostraram produzir PPIX em menor tempo. No estudo de permeação do creme in vitro em pele ex vivo, por microscopia confocal de fluorescência, observou-se que as misturas M3, M4 e M5 produziram mais PPIX nas camadas da pele do que ALA e MAL. As análises histológicas das misturas apresentaram maior dano fotodinâmico na superfície e profundidade das camadas da pele após a TFD, independente da emulsão. A análise em até 48h observou-se predominantemente a fase do processo de reparo referente à fase inflamatória, mas existem indícios ao longo das análises tanto macroscópicas e histológicas que o processo de reparo referente as fases subsequentes de proliferação e remodelamento estão iniciando-se em paralelo. A mistura M4 em ambas as emulsões apresentou elevada quantidade de formação de PPIX em menor tempo de incubação. M4 em emulsão O/A apresentou menor dano fotodinâmico já que a evolução do processo reparo foi mais rápida sugerindo-se potencial de aplicação em TFD voltado para área cosmética-estética. Já M4 em emulsão A/O levou a um maior dano fotodinâmico já que a evolução do processo de reparo foi mais lenta sugerindo-se potencial de aplicação em TFD voltado para área oncológica e de doenças de pele. De modo geral o estudo proposto apresentou impacto positivo para a otimização da terapia fotodinâmica em aplicação tópica. / Photodynamic therapy (PDT) using 5-aminolevulinic acid and derivatives on topical application and as a precursor of protoporphyrin (PPIX) has some limitations for low permeation of substances into the skin. This behavior affects PPIX production and homogeneous distribution on the surface and deeper layers of the skin. To resolve this limitation, many authors propose alternatives such as modifying the molecule of ALA and its derivatives, as well as changing the chemical properties of the external phase of the emulsion (more hydrophilic or hydrophobic) or the delivery system to the emulsion. The aim of this study is to assess the proportion of ALA and methyl-5-aminolevulinate (MAL) that when mixed leads to an increase in the amount and uniformity of the PPIX formation on surface and deep skin. For this study we performed fluorescence analysis and histology. The studies were conducted in vivo and also using pig skin biopsies (ex vivo) cultured in vitro. The PPIX production was monitored using fluorescence spectroscopy, widefield fluorescence imaging, and fluorescence confocal microscopy. For the application of PDT an intensity of 125 mW/cm2 and a dose 150 J/cm2 were used. Analysis of the damage caused by irradiation was performed through skin histology after 24 and 48 hours after PDT application. ALA and MAL in concentration of 20% were mixed in the following proportions: ALA or M, M2 (80% ALA - 20% MAL), M3 (60% ALA - 40% MAL), M4 (50% ALA - MAL) M5 (40% ALA - 60% MAL), M6 (20% ALA - 80% MAL) MAL and as M7. Different proportions were incorporated in oil-in-water emulsions (O/W) and water-in-oil (W/O). The fluorescence measurements for 3h of incubation showed better PPIX production in the skin surface for mixtures M3, M4 and M5. Moreover, the kinetics study showed PPIX production in less time for these mixtures. In the study of cream permeation of ex vivo skin in vitro by confocal fluorescence microscopy, we observed that the mixtures M3, M4 and M5 produced more PPIX in the skin layers than ALA and MAL. The histological analyses of the mixtures showed higher photodynamic damage on the surface and deeper layers of the skin after PDT, independent of the emulsion. The analysis in 48 hours predominantly observed the phase of the healing process regarding the inflammatory phase but there are signs along both macroscopic and histological analysis that the healing process concerning the subsequent stages of proliferation and remodeling are initiating in parallel. The mixture M4 in both emulsions had high amounts of PPIX formation in shorter incubation time. M4 emulsion O/A showed a lower photodynamic damage since the evolution of the healing process was faster suggesting to potential application in PDT facing cosmetic-aesthetic area. M4 already in W/O emulsion led to a greater photodynamic damage since the evolution of the healing process was slower suggesting to potential application in PDT facing oncology and skin diseases. Overall the proposed study had a positive impact on the optimization of photodynamic therapy for topical application.

A terapia fotodinâmica (TFD) utilizando ácido 5-aminolevulinico (ALA) e derivados em aplicação tópica e, como precursor da protoporfirina IX (PPIX) apresenta alguns limitantes relativos a baixa permeação das substâncias na pele. Comportamento este que afeta a produção e homogeneidade da distribuição da PPIX na superfície e camadas mais profundas da pele. Para resolver essa limitação muitos autores propõem alternativas modificando a molécula do ALA e derivados, bem como modificando as propriedades químicas da fase externa da emulsão (mais hidrofílica ou hidrofóbica) ou então o sistema de entrega para a emulsão. O objetivo desse estudo é avaliar qual a proporção de ALA e metil-5-aminolevulinato (MAL) que quando misturados levam ao aumento da quantidade e uniformidade da formação da PPIX na superfície e em profundidade na pele. Para esse estudo foi realizada análises de fluorescência e histologia. O estudo foi conduzido in vivo e ex vivo usando biópsias de pele de porco cultivadas in vitro. A produção de PPIX foi monitorada utilizando espectroscopia de fluorescência, imagem de fluorescência de campo amplo e microscopia confocal de fluorescência. E para a aplicação da TFD os parâmetros usados foram de 125 mW/cm2 de intensidade e 150 J/cm2 de dose. A análise do dano causado pela irradiação foi realizada por meio de histologia da pele após 24 e 48 horas da aplicação da TFD. O ALA e MAL na concentração de 20% foram misturados nas seguintes proporções: ALA ou M, M2 (80% ALA - 20% MAL), M3 (60% ALA 40% MAL), M4 (50% ALA MAL), M5 (40% ALA 60% MAL), M6 (20% ALA 80% MAL) e MAL como M7. As diferentes proporções foram incorporadas em emulsões óleo em água (O/A) e água em óleo (A/O). De acordo com os resultados, as misturas M3, M4 e M5 mostraram maior produção de PPIX na superfície da pele segundo as medidas de fluorescência em 3h de incubação e, no estudo da cinética mostraram produzir PPIX em menor tempo. No estudo de permeação do creme in vitro em pele ex vivo, por microscopia confocal de fluorescência, observou-se que as misturas M3, M4 e M5 produziram mais PPIX nas camadas da pele do que ALA e MAL. As análises histológicas das misturas apresentaram maior dano fotodinâmico na superfície e profundidade das camadas da pele após a TFD, independente da emulsão. A análise em até 48h observou-se predominantemente a fase do processo de reparo referente à fase inflamatória, mas existem indícios ao longo das análises tanto macroscópicas e histológicas que o processo de reparo referente as fases subsequentes de proliferação e remodelamento estão iniciando-se em paralelo. A mistura M4 em ambas as emulsões apresentou elevada quantidade de formação de PPIX em menor tempo de incubação. M4 em emulsão O/A apresentou menor dano fotodinâmico já que a evolução do processo reparo foi mais rápida sugerindo-se potencial de aplicação em TFD voltado para área cosmética-estética. Já M4 em emulsão A/O levou a um maior dano fotodinâmico já que a evolução do processo de reparo foi mais lenta sugerindo-se potencial de aplicação em TFD voltado para área oncológica e de doenças de pele. De modo geral o estudo proposto apresentou impacto positivo para a otimização da terapia fotodinâmica em aplicação tópica. / Photodynamic therapy (PDT) using 5-aminolevulinic acid and derivatives on topical application and as a precursor of protoporphyrin (PPIX) has some limitations for low permeation of substances into the skin. This behavior affects PPIX production and homogeneous distribution on the surface and deeper layers of the skin. To resolve this limitation, many authors propose alternatives such as modifying the molecule of ALA and its derivatives, as well as changing the chemical properties of the external phase of the emulsion (more hydrophilic or hydrophobic) or the delivery system to the emulsion. The aim of this study is to assess the proportion of ALA and methyl-5-aminolevulinate (MAL) that when mixed leads to an increase in the amount and uniformity of the PPIX formation on surface and deep skin. For this study we performed fluorescence analysis and histology. The studies were conducted in vivo and also using pig skin biopsies (ex vivo) cultured in vitro. The PPIX production was monitored using fluorescence spectroscopy, widefield fluorescence imaging, and fluorescence confocal microscopy. For the application of PDT an intensity of 125 mW/cm2 and a dose 150 J/cm2 were used. Analysis of the damage caused by irradiation was performed through skin histology after 24 and 48 hours after PDT application. ALA and MAL in concentration of 20% were mixed in the following proportions: ALA or M, M2 (80% ALA - 20% MAL), M3 (60% ALA - 40% MAL), M4 (50% ALA - MAL) M5 (40% ALA - 60% MAL), M6 (20% ALA - 80% MAL) MAL and as M7. Different proportions were incorporated in oil-in-water emulsions (O/W) and water-in-oil (W/O). The fluorescence measurements for 3h of incubation showed better PPIX production in the skin surface for mixtures M3, M4 and M5. Moreover, the kinetics study showed PPIX production in less time for these mixtures. In the study of cream permeation of ex vivo skin in vitro by confocal fluorescence microscopy, we observed that the mixtures M3, M4 and M5 produced more PPIX in the skin layers than ALA and MAL. The histological analyses of the mixtures showed higher photodynamic damage on the surface and deeper layers of the skin after PDT, independent of the emulsion. The analysis in 48 hours predominantly observed the phase of the healing process regarding the inflammatory phase but there are signs along both macroscopic and histological analysis that the healing process concerning the subsequent stages of proliferation and remodeling are initiating in parallel. The mixture M4 in both emulsions had high amounts of PPIX formation in shorter incubation time. M4 emulsion O/A showed a lower photodynamic damage since the evolution of the healing process was faster suggesting to potential application in PDT facing cosmetic-aesthetic area. M4 already in W/O emulsion led to a greater photodynamic damage since the evolution of the healing process was slower suggesting to potential application in PDT facing oncology and skin diseases. Overall the proposed study had a positive impact on the optimization of photodynamic therapy for topical application.

A exposição crônica à radiação ultravioleta (UV) resulta no fotoenvelhecimento da pele humana. A fim de tratá-lo, a terapia fotodinâmica (TFD) - técnica que utiliza luz, um fotossensibilizador (FS) e oxigênio molecular - tem sido utilizada em ambientes clínicos, no entanto são escassas as investigações que revelam os achados histopatológicos desse tratamento na pele fotoenvelhecida. Com isso, o objetivo deste trabalho foi analisar experimentalmente os efeitos da TFD na pele fotoenvelhecida de camundongos por meio de técnicas ópticas e histológicas. Portanto, foram utilizados camundongos hairless (sem pelo) distribuídos aleatoriamente em diferentes grupos, tais como: Controle, animais de pele sadia envelhecida intrinsecamente, não irradiados com luz UV e não tratados; UV, animais irradiados com luz UV e não tratados; UV/Luz, animais irradiados com luz UV e tratados com fototerapia; UV/TFD, animais fotoenvelhecidos (irradiados com luz UV) e tratados com a TFD; e Controle/TFD, animais de pele sadia envelhecida intrinsecamente e tratados com TFD. A indução do fotoenvelhecimento foi realizada por diferentes fontes de luz contendo, principalmente, a banda espectral UV; para a TFD, foram utilizadas fontes de luz com comprimento de onda de 415, 630 e 635 nm (azul e vermelho) juntamente com o ácido 5-aminolevulínico (ALA), precursor do FS endógeno protoporfirina IX (PpIX). Para fazer o seguimento da TFD por técnicas ópticas, foram realizadas espectroscopia de fluorescência, imagem de fluorescência de campo amplo e tomografia por coerência óptica (OCT, do inglês optical coherence tomography). A avaliação histopatológica pós-TFD foi realizada com os corantes HE, Tricrômio de Masson (TM) e Verhoeff a fim de analisar a espessura da epiderme, o infiltrado inflamatório, o conteúdo de colágeno na derme e sua espessura e a qualidade das fibras elásticas. Como resultado, observouse aumento significativo da espessura da epiderme pela regeneração dos queratinócitos e deposição de novas fibras colágenas dérmicas apenas nos animais tratados com ALA-TFD, tanto irradiados quanto não-irradiados com luz UV (grupos UV/TFD e Controle/TFD, respectivamente). Assim, torna-se evidente que a TFD trata a pele fotoenvelhecida do camundongo hairless pelos achados histopatológicos e através das imagens de OCT. Com isso, este trabalho agrega informação às investigações clínicas a respeito da TFD no tratamento da pele fotoenvelhecida, atestando seu uso para o fotorrejuvenescimento cutâneo. / The chronic exposure to ultraviolet radiation (UVR) leads to photoaging of the human skin. As a treatment, the photodynamic therapy (PDT) which brings together light, a photosensitizer, and molecular oxygen has been extensively used on clinical trials; however, there are few studies that highlight the histopathologic findings regarding this technique on photoaged skin. Thus, the aim of this study was to analyze experimentally the effects of PDT on photoaged skin of hairless mice by means of optical and histopathologic assessments. For this, hairless mice were randomly allocated in different groups, such as: Control, animals with healthy aged skin, neither exposed to an UV lamp nor treated; UV, animals exposed to an UV lamp with no treatment; UV/Light, animals exposed to an UV lamp and treated just with light; UV/PDT, animals exposed to an UV lamp and treated with PDT; and Control/PDT, animals with healthy aged skin treated with PDT. The photoaging process was induced by different light sources, which had mainly the UV spectrum; for the PDT, light sources of different wavelengths (415, 630, 635 nm) were used (blue and red light sources) and the 5-aminolevulinic acid (ALA), PS precursor of the endogenous protoporphyrin IX (PpIX). In order to follow the PDT protocol up by means of optical techniques, we used fluorescence spectroscopy, fluorescence images and optical coherence tomography. The histopathologic assessment after the PDT procedure was performed with H&E, Massons Trichrome and Verhoeff stains for epidermal thickness, inflammatory infiltrate, dermal collagen content, dermal thickness, and quality of elastic fibers. As a result, it has been observed a significant epidermal thickening due to keratinocytes regeneration and newly formed dermal collagen fibers only on the groups treated with PDT-ALA (UV/PDT and Control/PDT groups). Therefore, it is evident that PDT treats the photoaged skin of hairless mice since histopatologic findings and OCT images have shown those morphology changes. In conclusion, this work add information to the clinical trials regarding the PDT as a reliable technique to treat photoaged skin, proving its use for the skin photorejuvenation.