Um mimetizador de tecido, mais conhecido como phantom, é um objeto que mimetiza tecidos biológicos e são importantes para caracterização e calibração de equipamentos de imagens médicas como ultrassonografia, e no desenvolvimento de novas modalidades de imagens como a fotoacústica. Este trabalho aborda o desenvolvimento de um gel à base de óleo mineral e polímeros para phantom para aplicações em técnicas acústicas e ópticas. Os polímeros utilizados foram o elastômero tribloco tipo estireno-etileno/butileno-estireno (SEBS) e o polietileno de baixa densidade (PEBD). Foram confeccionados três grupos géis poliméricos com porcentagem de SEBS entre 5%-15% de SEBS, 0%-9% de PEBD. Os géis foram caracterizados acusticamente pela velocidade do som e coeficiente de atenuação através de transdutores de imersão com frequências entre 2,25 MHz-10 MHz, e opticamente entre 400-1200 nm pelos coeficientes de absorção, espalhamento e Albedo. Foi observada velocidade do som entre 1458,6 ± 3,1 m/s e 1480,7 ± 1,9 m/s, sendo compatíveis com valores para gordura; coeficiente de atenuação entre 0,6 ± 0,1 dB/cm a 2,25 MHz e 11,3 ± 0,1 dB/cm a 10 MHz, compatíveis para tecidos moles; coeficiente de absorção em 532 nm entre 0,11-2,62 cm-1 e em 1064 nm entre 0,09-1,70 cm-1, e uma banda de absorção em torno de 930 nm com gordura; o coeficiente de espalhamento em 532 nm entre 0,15 -3,96 cm-1 e em 1064 nm entre 0,17- 3,20 cm-1, valores inferiores para tecidos moles. O coeficiente Albedo mostrou que os géis apresentam caráter absorvedor entre 400-1200 nm. Foi desenvolvido um phantom para imagem por fotoacústica com um dos géis estudados (7%SEBS/5%PEBD) e com uma inclusão com pigmento de urucum e foram feitas imagens fotoacústicas em 532 nm e 1024 nm. Foi observado o sinal fotoacústico mais intenso para a imagem em 532 nm. Com este trabalho pode-se obter uma boa caracterização acústica e óptica de géis formados a partir de polímeros do tipo SEBS em conjunto com o PEBD ainda não descritos na literatura. Os materiais desenvolvidos se mostraram bons mimetizadores para tecidos compostos de gordura e com potencial para aplicações em fotoacústica. / Phantoms are structures composed by materials that mimic specific properties of biological tissues and they are commonly used to calibrate and characterize current medical imaging techniques such as ultrasound and optical imaging, and new imaging modalities such as photoacoustics. In this dissertation we developed an oil-based tissue mimicking gel material with mineral oil, triblock copolymer styrene-ethylene/butylene styrene (SEBS) and low-density polyethylene (LDPE). The gel phantoms were prepared mixing SEBS and LDPE in mineral oil at room temperature, varying the SEBS concentration between 5%15%, and low-density polyethylene (LDPE) between 0%-9% and glass microspheres. Acoustic properties such speed of sound and attenuation coefficient were measured using five unfocused ultrasound transducers with frequencies ranging between 2.2510 MHz. Optical properties such albedo, scattering and absorption coefficients ranging from 400-1200 nm were measured. Speed of sound from 1458.6 ± 3.1m/s and 1480.7 ± 1.9 m/s, and attenuation from 0.6 ± 0.1 dB/cm at 2.25 MHz and 11.3 ± 0.1 dB/cm at 10 MHz were observed. Absorption coefficient at 532 nm between 0.11-2.62 cm-1; at 1064 nm between 0.09-1.70 cm-1 were observed. Peak absorption around 930 nm was observed for all gels. Scattering coefficient at 532 nm between 0.15 -3.96 cm-1 and at 1064 nm between 0.17-3.20 cm-1 were found. Albedo coefficient showed that gels are absorptive characteristic for the selected range of wavelength. A phantom made with a 7% SEBS/5% LDPE gel containing an optical-absorber spherical inclusion made with the same material and annatto were developed. Photoacoustic spectroscopic images of the phantom were acquired using a laser operating at 532 nm and 1064 nm. The photoacoustic signal from the inclusion showed the highest intensities at 532 nm with as expected according to the measured absorption spectrum of annatto. With this dissertation we obtained a suitable acoustic and optical characterization of the SEBS/LDPE gels that was not described in the literature. The materials developed seem suitable to mimic fat tissue and have potential for applications in photoacoustics.

Um mimetizador de tecido, mais conhecido como phantom, é um objeto que mimetiza tecidos biológicos e são importantes para caracterização e calibração de equipamentos de imagens médicas como ultrassonografia, e no desenvolvimento de novas modalidades de imagens como a fotoacústica. Este trabalho aborda o desenvolvimento de um gel à base de óleo mineral e polímeros para phantom para aplicações em técnicas acústicas e ópticas. Os polímeros utilizados foram o elastômero tribloco tipo estireno-etileno/butileno-estireno (SEBS) e o polietileno de baixa densidade (PEBD). Foram confeccionados três grupos géis poliméricos com porcentagem de SEBS entre 5%-15% de SEBS, 0%-9% de PEBD. Os géis foram caracterizados acusticamente pela velocidade do som e coeficiente de atenuação através de transdutores de imersão com frequências entre 2,25 MHz-10 MHz, e opticamente entre 400-1200 nm pelos coeficientes de absorção, espalhamento e Albedo. Foi observada velocidade do som entre 1458,6 ± 3,1 m/s e 1480,7 ± 1,9 m/s, sendo compatíveis com valores para gordura; coeficiente de atenuação entre 0,6 ± 0,1 dB/cm a 2,25 MHz e 11,3 ± 0,1 dB/cm a 10 MHz, compatíveis para tecidos moles; coeficiente de absorção em 532 nm entre 0,11-2,62 cm-1 e em 1064 nm entre 0,09-1,70 cm-1, e uma banda de absorção em torno de 930 nm com gordura; o coeficiente de espalhamento em 532 nm entre 0,15 -3,96 cm-1 e em 1064 nm entre 0,17- 3,20 cm-1, valores inferiores para tecidos moles. O coeficiente Albedo mostrou que os géis apresentam caráter absorvedor entre 400-1200 nm. Foi desenvolvido um phantom para imagem por fotoacústica com um dos géis estudados (7%SEBS/5%PEBD) e com uma inclusão com pigmento de urucum e foram feitas imagens fotoacústicas em 532 nm e 1024 nm. Foi observado o sinal fotoacústico mais intenso para a imagem em 532 nm. Com este trabalho pode-se obter uma boa caracterização acústica e óptica de géis formados a partir de polímeros do tipo SEBS em conjunto com o PEBD ainda não descritos na literatura. Os materiais desenvolvidos se mostraram bons mimetizadores para tecidos compostos de gordura e com potencial para aplicações em fotoacústica. / Phantoms are structures composed by materials that mimic specific properties of biological tissues and they are commonly used to calibrate and characterize current medical imaging techniques such as ultrasound and optical imaging, and new imaging modalities such as photoacoustics. In this dissertation we developed an oil-based tissue mimicking gel material with mineral oil, triblock copolymer styrene-ethylene/butylene styrene (SEBS) and low-density polyethylene (LDPE). The gel phantoms were prepared mixing SEBS and LDPE in mineral oil at room temperature, varying the SEBS concentration between 5%15%, and low-density polyethylene (LDPE) between 0%-9% and glass microspheres. Acoustic properties such speed of sound and attenuation coefficient were measured using five unfocused ultrasound transducers with frequencies ranging between 2.2510 MHz. Optical properties such albedo, scattering and absorption coefficients ranging from 400-1200 nm were measured. Speed of sound from 1458.6 ± 3.1m/s and 1480.7 ± 1.9 m/s, and attenuation from 0.6 ± 0.1 dB/cm at 2.25 MHz and 11.3 ± 0.1 dB/cm at 10 MHz were observed. Absorption coefficient at 532 nm between 0.11-2.62 cm-1; at 1064 nm between 0.09-1.70 cm-1 were observed. Peak absorption around 930 nm was observed for all gels. Scattering coefficient at 532 nm between 0.15 -3.96 cm-1 and at 1064 nm between 0.17-3.20 cm-1 were found. Albedo coefficient showed that gels are absorptive characteristic for the selected range of wavelength. A phantom made with a 7% SEBS/5% LDPE gel containing an optical-absorber spherical inclusion made with the same material and annatto were developed. Photoacoustic spectroscopic images of the phantom were acquired using a laser operating at 532 nm and 1064 nm. The photoacoustic signal from the inclusion showed the highest intensities at 532 nm with as expected according to the measured absorption spectrum of annatto. With this dissertation we obtained a suitable acoustic and optical characterization of the SEBS/LDPE gels that was not described in the literature. The materials developed seem suitable to mimic fat tissue and have potential for applications in photoacoustics.

Mimetizadores do tecido biológico são objetos capazes de simular as propriedades mecânicas e acústicas do tecido biológico e são comumente chamados de phantoms. São utilizados para avaliar e calibrar equipamentos de ultrassom, auxiliar no desenvolvimento de transdutores, sistemas computacionais ou técnicas de diagnóstico e para treinamento em procedimentos médicos guiados por ultrassom, tais como biópsia de tireóide e mama, anestesia regional, entre outros. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da reticulação com glutaraldeído sobre as propriedades das blendas gelatina/poli (álcool vinílico) visando à produção de um material para ser usado como mimetizador do tecido biológico para ultrassonografia (phantoms). Inicialmente blendas de gelatina/PVA com diferentes concentrações dos polímeros na mistura (80/20, 60/40 e 40/60) foram preparadas e caracterizadas. Posteriormente, estas blendas foram reticuladas com 0,5% de glutaraldeído em pH 4 e 5 durante 5, 15, 30 e 60 min, e também com 1,0% de glutaraldeído em pH 5 durante 5min, pois observou-se que este tempo foi suficiente para obter um material com boas propriedades. As blendas foram caracterizadas em função de suas propriedades mecânicas, ângulo de contato, perda de umidade, velocidade de propagação do som e coeficiente de atenuação acústica. A concentração dos polímeros na blenda influenciou nas propriedades mecânicas, higroscópicidade e na perda de umidade dos géis formados. Assim, um aumento na concentração de PVA diminuiu a rigidez e o módulo de Young, e aumentou a velocidade do som das blendas gelatina/PVA. Acima de 60% de PVA houve separação de fases nas blendas com e sem reticulação. A reticulação com glutaraldeído aumentou a rigidez e diminuiu a hidrofilicidade da blenda. A blenda gelatina/PVA 80/20 reticulada com 0,5% de glutaraldeído em pH 5 apresentou as características mais promissoras para o desenvolvimento de materiais mimetizadores do tecido biológico. / Tissue mimicking materials are objects capable of mimic mechanical and acoustic properties of biological tissues and are commonly called phantoms. These objects are used to evaluate and calibrate ultrasound machines, development ultrasound transducer, informatics system or diagnostic techniques and for ultrasound-guided procedures training such as thyroid and breast biopsy, regional anesthesia, and others. The aim of this study was to evaluate the effect of the cross-linked of gelatin/polyvinyl alcohol (PVA) blends utilizing glutaraldehyde, resulting in a material for applications in ultrasound guided training phantoms. Gelatin/PVA blends were prepared with different concentrations of each polymer (80/20, 60/40, and 40/60) and characterized. Also, the same concentrations of the blends were cross-linked using 0.5% glutaraldehyde at pH4 and 5 for 5, 15, 30 and 60 minutes, and 1.0 % of glutaraldehyde at pH 5 for 5 minutes. The resulting blends were characterized by mechanical properties, contact angle, moisture loss, speed of sound and acoustic attenuation. The concentration of the polymers influenced over the mechanical properties, hygroscopicity e moisture loss of the manufactured blends. The increase of the amount of the PVA in the manufactured blends decreased the stiffness and increased the acoustic attenuation, moisture loss, hygroscopicity and speed of sound. Blends with more than 60% of PVA resulting in phase separation of the material. Glutaraldehyde cross-linked gelatin/PVA blend with a proportion of 80/20 with 0.5% of glutaraldehyde at pH 5 presented the most suitable properties for ultrasound-guided training phantoms.

Mimetizadores do tecido biológico são objetos capazes de simular as propriedades mecânicas e acústicas do tecido biológico e são comumente chamados de phantoms. São utilizados para avaliar e calibrar equipamentos de ultrassom, auxiliar no desenvolvimento de transdutores, sistemas computacionais ou técnicas de diagnóstico e para treinamento em procedimentos médicos guiados por ultrassom, tais como biópsia de tireóide e mama, anestesia regional, entre outros. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da reticulação com glutaraldeído sobre as propriedades das blendas gelatina/poli (álcool vinílico) visando à produção de um material para ser usado como mimetizador do tecido biológico para ultrassonografia (phantoms). Inicialmente blendas de gelatina/PVA com diferentes concentrações dos polímeros na mistura (80/20, 60/40 e 40/60) foram preparadas e caracterizadas. Posteriormente, estas blendas foram reticuladas com 0,5% de glutaraldeído em pH 4 e 5 durante 5, 15, 30 e 60 min, e também com 1,0% de glutaraldeído em pH 5 durante 5min, pois observou-se que este tempo foi suficiente para obter um material com boas propriedades. As blendas foram caracterizadas em função de suas propriedades mecânicas, ângulo de contato, perda de umidade, velocidade de propagação do som e coeficiente de atenuação acústica. A concentração dos polímeros na blenda influenciou nas propriedades mecânicas, higroscópicidade e na perda de umidade dos géis formados. Assim, um aumento na concentração de PVA diminuiu a rigidez e o módulo de Young, e aumentou a velocidade do som das blendas gelatina/PVA. Acima de 60% de PVA houve separação de fases nas blendas com e sem reticulação. A reticulação com glutaraldeído aumentou a rigidez e diminuiu a hidrofilicidade da blenda. A blenda gelatina/PVA 80/20 reticulada com 0,5% de glutaraldeído em pH 5 apresentou as características mais promissoras para o desenvolvimento de materiais mimetizadores do tecido biológico. / Tissue mimicking materials are objects capable of mimic mechanical and acoustic properties of biological tissues and are commonly called phantoms. These objects are used to evaluate and calibrate ultrasound machines, development ultrasound transducer, informatics system or diagnostic techniques and for ultrasound-guided procedures training such as thyroid and breast biopsy, regional anesthesia, and others. The aim of this study was to evaluate the effect of the cross-linked of gelatin/polyvinyl alcohol (PVA) blends utilizing glutaraldehyde, resulting in a material for applications in ultrasound guided training phantoms. Gelatin/PVA blends were prepared with different concentrations of each polymer (80/20, 60/40, and 40/60) and characterized. Also, the same concentrations of the blends were cross-linked using 0.5% glutaraldehyde at pH4 and 5 for 5, 15, 30 and 60 minutes, and 1.0 % of glutaraldehyde at pH 5 for 5 minutes. The resulting blends were characterized by mechanical properties, contact angle, moisture loss, speed of sound and acoustic attenuation. The concentration of the polymers influenced over the mechanical properties, hygroscopicity e moisture loss of the manufactured blends. The increase of the amount of the PVA in the manufactured blends decreased the stiffness and increased the acoustic attenuation, moisture loss, hygroscopicity and speed of sound. Blends with more than 60% of PVA resulting in phase separation of the material. Glutaraldehyde cross-linked gelatin/PVA blend with a proportion of 80/20 with 0.5% of glutaraldehyde at pH 5 presented the most suitable properties for ultrasound-guided training phantoms.