As imagens de ressonância magnética ponderadas por difusão retratam a difusividade de moléculas de água presentes em tecidos biológicos. Em estruturas biológicas altamente organizadas e compactas como fibras nervosas e musculares, a difusividade é maior na direção paralela às fibras do que perpendicularmente às mesmas. Essa propriedade permite a reconstrução digital das trajetórias das fibras, técnica denominada tractografia, representando uma das poucas formas não invasivas de investigação da conectividade anatômica e organização estrutural do cérebro e do coração. A metodologia de tractografia mais difundida faz uso da integração numérica da direção principal de difusividade para reconstruir essas trajetórias. Porém, esta técnica apresenta problemas como o erro intrínseco a métodos de integração numérica e o erro associado a regiões de incerteza nos dados de difusividade. Uma metodologia considerada mais robusta consiste da modelagem da tractografia como a simulação de um sistema de partículas. No entanto, tal metodologia possui diversos parâmetros que precisam ser otimizados para cada caso e apresenta alta complexidade computacional. Esta dissertação apresenta uma metodologia de tractografia global baseada em sistema de partículas, mas com custo computacional reduzido pois evita passos desnecessários da otimização para reconstrução das trajetórias. Avaliamos sua acurácia em conjuntos de dados com graus de complexidade crescentes utilizando imagens sintéticas de difusão construídas digitalmente e em imagens reais de difusão do miocárdio humano. Nesses testes foram observadas reduções no consumo de tempo e maior acurácia para metodologia global apresentada com relação às descritas na literatura. Essa metodologia possui o potencial de evidenciar a organização e arquitetura de diversos tecidos do corpo humano com maior fidelidade e menor tempo de reconstrução. / The diffusion magnetic resonance imaging portray the diffusivity of water molecules present on biological tissues. High organized and compact biological structures like neuronal fibres and muscles present higher diffusivity parallel to the fibres than perpendicular to those. This property allows the digital reconstruction of fibres trajectories, technique named tractography, being one of the few non invasive ways of investigation of the anatomical connectivity and structural organization of the brain and heart. The most common tractography methodology uses numerical integration following the main diffusion direction in order to reconstruct trajectories. Yet, this technique is prone to intrinsic error to numeric integration and the error associated to uncertainty regions on diffusion data. A methodology considered more robust to such problems consists on modelling tractography as a particle system simulation. However, such methodology has several parameters that require fine tuning for each case and has a high computational complexity. This dissertation presents a global tractography methodology based on particle system but at lower computational cost because of the avoidance of unnecessary optimization steps on trajectory reconstruction. We evaluate its accuracy on synthetic diffusion datasets of increasing complexity and on real human cardiac diffusion images. Theses tests evidence reduced time consumption and increased accuracy for the presented methodology compared to the ones described in the literature. This methodology has the potential to reveal the organization and architecture of several tissues from the human body with higher fidelity and lower reconstruction time.

Neste trabalho a difusão de V, Cr, Mn e Fe por troca iônica, eletrodifusão e implante iônico foi efetuada na amostra natural de berilo incolor (goshenita). As medidas de termoluminescência (TL), ressonância spin paramagnética (EPR) e absorção ótica (AO) foram feitas na amostra natural com a finalidade de comparar as amostras apos a difusão em alguns casos a observação da variação das propriedades medidas. A amostra natural após a irradiação - delta com 10 Gy apresentou 3 picos TL a aproximadamente 150, 250 e 320ºC. Para altas doses o primeiro pico aumentou muito sua intensidade, sobrepondo-se sobre os outros dois picos de temperaturas altas. A amostra natural apresentou sinais EPR referentes aos íons Mn POT.2+ localizados na posição de Al POT.3+ e Fe POT.3+ no canal do cristal. As amostras irradiadas com altas doses de até 10 POT.6 Gy, além dos sinais mencionados, apresentaram novos sinais referentes ao CH IND.3, CO POT.-IND.3, H POT.GRAUS e Fe POT.3+. Este último íon, localizado em um ambiente tetraédrico, tem sinais na região de campos magnéticos baixos. As medidas de obsorção ótica na amostra natural apresentaram bandas muito intensas das moléculas de H IND.2O, situadas no canal, o que indica que os canais dessas amostras estão entupidos destas. A banda típica na região de 820 nm devido ao Fe POT.2+ no canal foi, também observada. As amostras, irradiadas com as mesmas doses que nas medidas de EPR, apresentaram bandas referentes ao Fe POT.+ na posição do Al POT.3+ na região entre 350 e 500 nm, bandas devido ao CO POT.-IND.3 na região entre 570 e 720 nm, o que geralmente é encontrado em berilos de tipo \"maxixe\" e, por último, uma banda na região entre 280 e 350 nm referentes ao Fe POT.3+ na posição do Be POT.2+. Para o processo de difusão, as amostras orientadas com a superfície ao longo do eixo-C PAE e perpendicular a este PEE foram usadas, com as dimensões de ) 8*6*1 mm3. No processo de difusão simples, 3 técnicas foram empregadas e denominadas difusão simples A, B e encapsulado. Para a difusão simples A e encapsulado uma camada fina de sal foi colocado numa das faces da amostra. Nestes dois processos os tempos de difusão foram de 1, 2 e 3 semanas à temperatura de 750ºC. Para a difusão simples B a amostra foi submersa dentro do sal num cadinho e a difusão foi feita à temperatura de 600ºC durante um mês. Para o processo de eletrodifusão uma camada de sal numa das faces da amostra PEE foi colocada (seta sobreE// C). Voltagens de 2500 V/cm e 5000 V/cm foram aplicadas entre os eletrodos. As amostras foram aquecidas até 500ºC. A eletrodifusão ao ar foi feita durante 24 horas e sob vácuo durante 5 dias. Além das experiências de difusão e eletrodifusão também foram feitos implantes de V, Cr, Mn e Fe nas amostras PAE e PEE. A energia usada no processo de implante foi de 400 keV e, as doses recebidas foram de 2.10 POT.16 átomos/cm POT.2 para Fe, Cr e Mn e de 9.10 POT.15 átomos/cm POT.2 para o V. As medidas de EPR, AO e TL das amostras após a difusão, eletrodifusão e implante iônico foram feitas. Devido à baixa concentração de íons difundidos no cristal as medidas de EPR das amostras, em todos os processo de difusão empregados, não mostraram sinais significativos dos íons difundidos com exceção do Fe difundido pelo processo simples A e encapsulado. O mesmo tem acontecido com as medidas de AO. Foram encontradas somente bandas devido aos íons de Fe e Cr na difusão simples A e B. Segundo estes resultados tudo indica que os íons estão se difundindo pelo mecanismo de vacância em maior proporção e em menor por interstícios. As medidas de TL mostraram um aumento considerável nos picos TL de altas temperaturas 250 e 320ºC talvez devido à criação de defeitos de estrutura devido à temperatura de difusão. Segundo os resultados obtidos ) para o coeficiente de difusão e energia de ativação tem se observado que os íons se difundem mais facilmente nas amostras PEE que nas PAE e, dos quatro íons empregados, V, Cr, Mn e Fe), o íon de Fe tem-se mostrado mais fácil de se difundir no cristal. Foi também observado que o campo cristalino exerce influência no processo de difusão. / In the present work diffusion of the ions V, Cr, Mn and Fe was carried out using ionic exchanges, electro diffusion and implant techniques in the natural uncolored beryl (goshenite). For comparison measurements of hermoluminescence (TL), electron paramagnetic resonance (EPR) and optical absorption (OA) were carried out on natural and ion diffused goshenite samples. The TL measurements of natural samples irradiates to 10 Gy additional delta-rays revealed three peaks around 150, 250 and 320GRAUSC. for higher delta doses the first peak intensity increases so rapidly to cover two other TL peaks. The typical Mn POT.2+ and Fe POT.3+ signals are found in the natural samples after EPR measurements. Mn POT.2+ is subtitutional to Al POT.2+ and Fe POT.3+ are located in the channel. Irradiation to 10 POT.6 Gy EPR signals due to CH IND.3, CO POT.-IND.3, H POT.GRAUS and Fe POT.3+ in tetrahedric position are added. The optical absorption spectrum of natural samples is characterized by 820 nm Fe POT.2+ band and very intense H IND.2O molecules band indicating the channels full of water molecules. After 10 POT.6 Gy irradiation absorption bands due to Fe POT.3+ subtitutional to Al POT.3+ between 35C and 500nm, band due to CO POT.-IND.3 between 570 and 720 nm (maxixe type) and a band between 280 and 350 nm due to Fe POT.3+ substituting Be POT.2+ are found. For diffusion thin plates of goshenite 1mm thick were prepared. Those with the surface perpendicular to C-axis was dominated PAE and those parallel to C-axis PEE. In the process of diffusion 3 techniques were used and denominated as: simple diffusion A, B and encapsulated diffusion. For the simple diffusion A and encapsulated a fine layer of salt was put in the faces of the sample. In these two process the diffusion times were of 1,2 and 3 weeks and in a furnace at 750°C. For the simple diffusion B the sample was kept immersed inside of the salt to be diffused during one month at 600°C. the electro diffusion process was also used for PEE plates under a field of 2500V/cm in one case and 5000 V/cm in another. The temperature varied from room temperature up to 500°C for 24 hours. The eletrodiffusion in air atmosphere was made during 24 hours and eletrodiffusion in vacuum for 5 days. Implant of V, C, Mn and Fe ions was also made. The energy used in the implant process was of 400 KeV and, the received doses were of 2.10 POT.16 atoms/cm² for Fe, Cr and Mn and 9.10 POT.15 atoms/cm² for the V. Due to relatively small concentration of ions diffused into the crystal only in the case of Fe introduced by technique A and encapsulated one a significant change in the EPR spectrum was observed. Again only for technique A and B produced variation in the optical absorption spectra. These results indicate the vacancy mechanism for diffusion. The measures of TL showed a considerable increase for the TL peaks of high temperatures 250 and 320°C. according to the results obtained for the diffusion coefficient and activation energy it seems that the ions are diffused more easily in the samples PEE that in PAE and among four ions (V, Cr, Mn and Fe) the ion of Fe has shown to diffuse easily in the crystal. It was also observed that the crystalline field influences the diffusion process.

O presente trabalho tem como objetivo geral a consolidação dos esforços iniciados anteriormente em nosso grupo para a utilização de marcação de spin sítio dirigida aliada à técnica de ressonância magnética eletrônica pulsada, em particular, ressonância dupla elétron-elétron (DEER), para medidas de distâncias entre sondas inseridas em moléculas biológicas. Como objetivo específico, interessa-nos a obtenção de informações estruturais de dois peptídeos pertencentes ao domínio de fusão da glicoproteína Spike do coronavírus causador da Síndrome Respiratória Aguda Grave (SARS) quando de sua ligação em modelos de membranas biológicas. Valemos-nos de uma abordagem conjunta envolvendo técnicas espectroscópicas, calorimétricas e computacionais para monitorarmos mudanças conformacionais nos peptídeos, suas conformações mais representativas e seus efeitos sobre a estrutura das membranas modelo. Os experimentos de calorimetria mostraram que os peptídeos perturbam fortemente o comportamento termotrópico de vesículas constituídas por fosfolipídios zwiteriônicos e negativamente carregados, sendo o efeito mais significativo na presença de lipídios negativos. Não somente a carga, mas também a estrutura da cabeça polar dos lipídios parece ter contribuição importante para a energética da interação. Os experimentos de dicroísmo circular mostraram que os peptídeos possuem alta flexibilidade conformacional, adotando diferentes estruturas secundárias em ambientes diversos. Uma mistura de conformações do SARSFP coexiste em solução aquosa e nos modelos de membranas, sugerindo alta plasticidade estrutural. Este peptídeo possui, ainda, alta capacidade de auto-associação e forma estruturas β e/ou agregados β regulares. Já o peptídeo SARSIFP adquire estrutura predominantemente α-helicoidal em micelas, estruturas β em lipossomos e conformações irregulares em água. Em particular, este peptídeo parece se ligar às membranas na forma de α-hélices, mas adquirir estruturas β em alta concentração. A flexibilidade conformacional dos peptídeos também foi estudada por dinâmica molecular (DM). Hélices, estruturas β, voltas, dobras e estruturas irregulares são visitadas durante as trajetórias dos dois peptídeos, mas o SARSIFP apresenta menor flexibilidade estrutural. O perfil de energia livre apresentado consiste de uma superfície plana, larga e rasa, sem grandes barreiras energéticas separando os diferentes estados conformacionais. A energia térmica à 300 K é suficiente para visitar boa parte do espaço conformacional acessível aos peptídeos ao longo dos parâmetros de ordem escolhidos. Por fim, obtivemos informações estruturais de análogos paramagnéticos dos peptídeos duplamente marcados com radicais nitróxidos quando em diferentes solventes e miméticos de membranas, além de estudarmos a oligomerização de derivados unicamente marcados. As distribuições de distâncias recuperadas dos sinais de DEER mostram que o SARSIFP adota primariamente α-hélices na presença dos miméticos, com provável formação de estruturas β na presença de micelas negativas. Para o SARSFP, uma larga distribuição de distâncias foi encontrada em todos os miméticos de membranas, refletindo a coexistência de conformações provavelmente bem compactas. Análogos unicamente marcados dos peptídeos ainda revelaram alta capacidade de formação de oligômeros em SDS-d25. Os resultados obtidos com esse conjunto de técnicas permitiram avanços consideráveis sobre as conformações adotadas pelos peptídeos nas diversas situações, o que pode revelar informações importantes acerca dos passos iniciais do mecanismo de fusão com membranas da glicoproteína Spike do coronavírus causador da SARS. / This thesis has the general goal of consolidating in our group the use of site directed spin labeling along with pulsed electron spin resonance, in particular double electron-electron resonance (DEER), for distance measurements in biological molecules. Our specific goal is to obtain structural information on two peptides belonging to the fusion domain of the spike glycoprotein from the SARS coronavirus when in the presence of membrane model systems. We used a joint approach involving spectroscopic, calorimetric, and computational techniques to monitor conformational changes in the peptides, their most representative conformations and their effects on the structure of model membranes. Calorimetric results showed that the peptides strongly perturb the thermotropic behavior of zwitterionic and negatively-charged lipid vesicles, with the largest effects seen with the later. Not only the charge, but also the lipid headgroup structure seems to be relevant for the energetics of the interaction. Circular dichroism experiments showed that the peptides present high conformational flexibility, assuming different secondary structures in diverse environments. A mixture of conformation of SARSFP coexists in aqueous solutions and in the membrane models, suggesting large structural plasticity. This peptide also showed high auto-association tendency forming β structures and/or regular β aggregates. On the other hand, the SARSIFP peptide is predominantly an α-helix when in micelles, β structures in lipossomes, and assumes irregular conformations in water. In particular, this peptide seems to bind to membranes as an α-helix, transitioning to β structures in high concentrations. The conformational flexibility of the peptides was also studied by molecular dynamics (MD). Helices, β structures, turns, hairpins and irregular structures are visited during the trajectories of both peptides, but SARSIFP presents less structural flexibility. The free energy profile is consistent with that of a plane, broad and shallow surface, without large energetic barriers separating the different conformational states. The thermal energy at 300 K is sufficient to make the peptides visit most of the conformational space accessible for a certain choice of order parameters. Lastly, we obtained structural information from paramagnetic analogs of the peptides, which were doubly-labeled with nitroxide radicals, in different solvents and membrane mimetics. We also studied the oligomerization process of singly-labeled analogs. The distance distributions determined from the DEER traces showed that SARSIFP adopts a primarily α-helix conformation in the presence of the mimetics, with the formation of β structures in the presence of negative micelles. DEER results for SARSFP showed a broad distribution of distances in all membrane mimetics, thus reflecting the coexistence of compact conformations. Singly-labeled analogs revealed the high tendency of formation of oligomers in SDS-d25. Our results allowed us to make considerable progress in understanding the conformations of the peptides in the conditions under investigation, which contributed with relevant information on the early steps of the membrane fusion mechanism carried out by the spike glycoprotein from the SARS coronavirus.

Cristais naturais de pumpelita Ca8Al8(Mg,Fe,Mn,Al)[(SiO4)4/(Si2O7)4/(OH)8(H2O, OH)4]), provenientes da mina de Brejui, município de Currais Novos, Rio Grande do Norte, foram investigados através das técnicas de termoluminescência (TL), absorção óptica (AO) e ressonância paramagnética eletrônica (EPR) com o intuito de entender os efeitos da radiação ionizante e de recozimento em altas temperaturas sobre estes cristais. As curvas TL obtidas apresentaram cinco picos, 90, 145, 220, 315 e 390 oC, após terem sido irradiadas para uma taxa de quecimento de 4 °C/s. A decomposição espectral da luz TL foi obtida para todos os picos e presentou uma emissão centrada em 575 nm e largura à meia altura de 75 nm e outras duas emissões menores em 470 nm e 660 nm indicando que o processo TL pode possuir mais de um centro de recombinação, independentemente das temperaturas dos picos. Em um segundo momento, foi investigado o efeito de diferentes tratamentos térmicos pré-irradiação (500, 600, 700, 800 e 900 °C) nas propriedades TL dos cristais. Somente a intensidade das emissões mostrou ser dependente da temperatura destes tratamentos térmicos, a posição dos quatro picos não foi alterada. Os picos em 220 e 390 °C apresentaram grande sensibilidade ao tratamento térmico. Uma análise termogravimétrica mostrou que entre 650 e 800 °C houve grande perda de massa envolvida num processo endotérmico, sugerindo uma provável mudança de estado. O espectro de ressonância paramagnética eletrônica mostra um sinal muito intenso que se estende de 1000 a 6000 Gauss e seis linhas típicas hiperfinas de Mn2+ entre 3000 e 4000 Gauss. O sinal EPR gigante é devido à interação dipolo (magnético) dipolo magnético) de Fe3+. Os espectros de AO de amostras recozidas em 600 °C, 700 °C e 900 °C mostram num resultado muito interessante, a banda em torno de 1060 nm, que, é devida a Fe2+ muda pouco com o tratamento térmico até 800 °C, mas, entre 800 °C e 900 °C a banda decresce. Nessa região de temperatura, ocorre a reação: Fe2+ temperaturae + Fe3+ Fe2+ perde um elétron e se torna Fe3+. Este processo é, também, responsável pelo aumento muito grande da intensidade EPR na região de g = 2,0, em amostras que sofreram recozimentos em temperaturas acima de 850 °C, Nestas temperaturas, a coloração da pumpelita é também afetada. Todos os picos TL sofrem fotoesvaziamento (bleaching), quando a amostra irradiada é exposta a luz UV. / Natural mineral of pumpellyite, one of the members of epidote group has been investigated. With chemical formula (Ca8Al8(Mg,Fe,Mn,Al)[(SiO4)4/(Si2O7)4/(OH)8(H2O, OH)4]), the sample here studied was collected from Brejui Mine, Currais Novos County, state of Rio Grande do Norte. The work was aimed to investigate its thermoluminescence (TL), color centers and electron paramagnetic properties. Annealing at high temperatures, heavy irradiation and UV irradiation techniques have been used. The physical properties of interest are due to the elements composing crystal structure such as Si, Al, Mg, Fe and Mn, however among about twenty elements that can be considered impurities; only Na, K and Cr participate. The TL glow curve obtained from 600 °C for one hour pre-annealed and then - irradiated sample has shown 90, 145, 220, 275 and 390 °C peaks. A heating rate of 4 °C has been used for TL read out. The lowest 90 °C peak is very unstable, however, it is by far the most sensitive one to the irradiation; at 50 Gy -dose its peak height is almost 100 times larger. Among others, the 315 °C peak grows faster. Heat treatments before irradiation increase the sensitivity of TL peaks slowly from 500 to 800 °C, but such increase becomes very large above 800 °C. For example the 390 °C peak sensitivity increases by a factor 100 on going from 500 C to 900 °C annealing. The spectral analysis of the emitted TL light has shown that there are 470, 575 and 600 nm bands indicating that there are at least three recombination centers. The 575 nm is by far the dominating one. The UV light bleaching has shown that all the TL peaks decay fast up to 10 minutes exposure and a residual TL is left after long time exposure. The optical absorption spectrum is characterized by four absorption bands in the visible region, one strong and broad band around 1060 nm and several in near IR region. The 1060 nm band is due to Fe2+ which around 850 900 °C annealing decreases indicating that Fe2+ liberates electrons leaving Fe3+. The EPR spectrum is dominated by Fe3+ spin spin interaction. Mn2+ six hyperfine lines superpose Fe line around g = 2,0. Under 850 900 °C heating, that broad Fe3+ lines becomes stronger and broader due to Fe2+ changing to Fe3+. The EPR intensity of 800 °C annealed sample and then irradiated to 1 kGy - dose increases with microwave power, but start saturation around 30 to 40 mW power.

Na primeira parte desta dissertação, nos concentramos na utilização de uma abordagem baseada na remoção oxidativa controlada de sementes/núcleos promovida pela adição de HCl na síntese poliol de nanofios de prata (Ag). Isto possibilitou um controle fino sobre a espessura dos nanofios gerados na faixa de de 65 a 765 nm, no qual as larguras obtidos apresentaram um aumento linear em função do aumento na concentração de HCl utilizado na reacção. Embora a largura também se mostrou dependente de outros parâmetros experimentais, tais como a concentração de AgNO3 e polivinilpirrolidona (PVP) e temperatura, remoção oxidativa promovida por HCl possibilitou o controle sobre uma faixa de tamanhos mais ampla. Também investigamos as propriedades ópticas dos nanofios de Ag em função do seu tamanho e sua aplicabilidade como substratos para detecção atraves do fenômeno de espalhamento Raman intensificado por superfície (SERS). Na segunda parte deste trabalho, nanotubos de Ag-Au, Ag-Pt e Ag-Pd contendo morfologias de superfície controladas foram obtidos através da reação de substituicão galvânica entre os nanofios de Ag e íons AuCl4-, PtCl62-, e PdCl42-, respectivamente. Nesse caso, superfícies lisas foram obtidas a 100 oC enquanto superfícies rugosas foram observadas a temperatura ambiente. Mostramos ainda que superfícies lisas também puderam ser obtidas usando-se uma solução saturada de NaCl como solvente durante a reação galvânica. Na terceira parte deste trabalho, investigamos o efeito da excitação da ressonância plasmônica de superfície (SPR) nos nanofios de Ag sobre a atividade catalítica frente a redução do 4-nitrofenol. Contudo, nossos resultados mostraram um queda da atividade catalítica pela excitação SPR, mostrando que a excitação do SPR também pode levar a efeitos detrimentais sobre a atividade catalítica dependendo do mecanismo de reação estudado e natureza de intermediários na etapa determinante da velocidade de reação. Como as propriedades de nanoestruturas metálicas são fortemente dependentes de tamanho, forma e composição, acreditamos que os resultados apresentados aqui relatados podem ter implicações importantes para o design de nanomateriais unidimensionais com características/propriedades desejadas para aplicações em diversas áreas, incluindo óptica e catalise. / In the first part of this thesis, we focused on the utilization of an approach based on controlled oxidative etching for the removal of seeds/nuclei promoted by the addition of HCl in the polyol synthesis of silver nanowires (Ag). This allowed a precise control over the width of the Ag nanowires in the 65-765 nm range. In this case, the widths showed a linear increase with the HCl concentration employed in the reaction. While the width was also dependent on other experimental parameters such as the concentration of AgNO3 and polyvinylpyrrolidone (PVP) as well as the temperature, oxidative etching promoted by HCl enabled the control over a wider range of sizes. We also investigated the optical properties of Ag nanowires as a function of their size and their applications as substrates for surface enhanced Raman scattering (SERS). In the second part of this work, Ag-Au, Ag-Pt, and Ag-Pd nanotubes displaying controlled surface morphologies were obtained by galvanic replacement reaction between the Ag nanowires and AuCl4-, PtCl62-, e PdCl42- ions, respectively. In this case, while smooth surfaces were obtained at 100 °C, rough surfaces were observed at room temperature. We also showed that smooth surfaces could be obtained by using a saturated solution of NaCl as the solvent during the galvanic reaction. Finally, in the third part of this study, we investigated the effect of surface plasmon resonance (SPR) excitation on Ag nanowires over the catalytic activity towards the 4-nitrophenol reduction. However, our results indicated a drop in catalytic activity with SPR excitation, showing that the SPR excitation can also lead to detrimental effects on the catalytic activity depending on the nature of the chemical reaction mechanism and intermediates in the rate-determining step of the reaction. As properties in metallic nanostructures are strongly dependent on size, shape and composition, we believe that the results reported here may have important implications for the design of one-dimensional nanomaterials design with desired features/properties for applications in various fields that include optics and catalysis.

O objetivo deste trabalho foi melhorar a relação sinal-ruído de um sistema de imagens por ressonância magnética nuclear (TORM 005), através do desenvolvimento de bobinas de recepção mais eficientes, de circuitos de sintonia balanceados, circuitos de desacoplamento de potência para as bobinas receptoras e da melhoria do ambiente eletromagnético no qual os transdutores trabalham. Para isso, houve necessidade de se modificar a blindagem eletromagnética interna ao TORM 005 e incorporar filtros nas linhas de sinal mais críticas para o sistema. Novas bobinas para imagem foram desenvolvidas, melhorando a relação sinal-ruído e permitindo a execução de exames clínicos de diversas anatomias com qualidade superior. Sistemas de sintonia balanceados para as bobinas foram estudados e implementados, garantindo uma redução nas perdas destas bobinas devido a presença de um paciente em seu interior e permitindo uma maior reprodutibilidade da sintonia delas quando um paciente é substituído por outro. Circuitos para proteção da entrada do receptor e para desacoplamento da bobina receptora durante os pulsos de RF na transmissão foram desenvolvidos, construídos e incorporados ao TORM 005. O conjunto destas implementações garantiram ao TORM 005 uma melhora na relação sinal-ruído, na confiabilidade de operação e na reprodutibilidade dos resultados e conseqüentemente uma melhor qualidade da imagem,, o que tem permitido o uso constante do aparelho para aplicações clínicas e no desenvolvimento de novos trabalhos relacionados com imagem por RMN em ultra-baixo campo magnético. / The aim of the present work was to optimize the signal to noise ratio in our NMR imaging system (TORM 005) by improving transducers\' reception quality through better designed coils, balanced tuning circuit for this coils and power decoupling circuits and by reducing interference from the electromagnetic environment. For this purpose, we had to modify the internal electromagnetic shielding and incorporate line filters in the more critica1 signal paths. Also, new types of coils were developed, improving the signal to noise ratio, and allowing us to make clinical exams with superior quality for severa1 anatomies. Balanced circuits for tuning and matching of the coil were studied and built, allowing a reduction of the coil losses because patient\'s load. This produced a more reliable coil tuning after positioning each new patient. Circuits to avoid the receiver input overload and decoupling circuits for the isolation of receiver coils from excitation coil were designed and incorporated to the TORM 005. All these alterations of our imaging system (TORM 005) contributed to a significant improvement in the signal to noise ratio, reliability and reproducibility of the system. This permitted to operate the system routinely for clinical applications, research and development in the area of ultra low magnetic field tomography.

Apresentam-se os resultados dos primeiros experimentos com o novo acelerador de elétrons do Laboratório do Acelerador Linear (LAL) do Instituto de Física da USP, cuja primeira fase de montagem encontra-se concluída. Adicionou-se uma linha de irradiação ao projeto original do Microtron, que permite usar o feixe de elétrons com 1,9 MeV de energia do injetor. Espectros de bremsstrahlung de elétrons em alvos finos de Ag e Au, observados a 30o e 60o em relação ao feixe, foram medidos com um detector coaxial de HPGe, cujas dimensões, inclusive do orifício interno e da camada morta do cristal, foram determinadas por medidas experimentais e simulações de Monte Carlo com o código MCNPX, a fim de estimar a resposta do detector para a deconvolução dos espectros. As secções de choque de produção de bremsstrahlung foram medidas tanto para todo o espectro observado (100 1910 keV) quanto para a região próxima ao tip (1700 1910 keV). Os resultados na região do tip concordam com as previsões dos códigos MCNPX e PENELOPE. As causas das discrepâncias observadas para energias menores que 1800 keV são discutidas. Apresenta-se também o projeto de um sistema de medidas de Ressonância Fluorescente Nuclear (NRF) para o estudo de excitações dipolares dos núcleos com fótons de bremsstrahlung, que se pretende usar assim que a energia dos elétrons do Microtron alcance 10 MeV. O projeto desse sistema leva em conta as particularidades da instalação do acelerador e da sala de irradiação e busca minimizar a radiação devida aos fótons espalhados nas paredes e aos nêutrons produzidos em reações fotonucleares. O comportamento dos elementos que conformam o sistema de NRF: radiador, colimador, blindagem dos detectores e coletor do feixe de fótons foram estudados por simulação em função das suas características dimensões, formas, materiais com o código MCNPX. Com o projeto final do arranjo experimental, avaliaram-se as intensidades de NRF que serão observadas pelos detectores de fótons com um alvo de 27Al, típico nesse tipo de medições, que indica a viabilidade desse tipo de experimento com o Microtron. / The results of the first experiments carried out in the new electron accelerator of the Linear Accelerator Laboratory (LAL) of the Physics Institute of Universidade de São Paulo are reported here. A 1.9 MeV beam line, which allows the use of the injector beam for experimental physics, was added to the original accelerator design. Electron bremsstrahlung spectra for Ag and Au thin targets observed at 30o and 60o with respect to the beam direction were collected in a HPGe coaxial detector, whose dimensions, including crystal inner hole dimensions and dead layer thickness, were estimated by means of combined experimental measurements and Monte Carlo simulations with the MCNP code, to evaluate the detector response function to perform the deconvolution of the spectrum. Cross sections for bremsstrahlung yield were determined for the entire measured energy range (100 1910 keV) and for the tip region (1700 1970 keV). The results in the tip region are in agreement with MCNPX and PENELOPE predictions. The possible causes for the disagreement at energies lower than 1800 keV are discussed. The design of a Nuclear Resonance Fluorescence (NRF) setup, aiming the study of dipolar excitations in nuclei with bremsstrahlung photons when the Microtron electron energy reaches 10 MeV, is also shown. The setup was designed with the characteristics of the Microtron building and facilities in mind, and searches to minimize the radiation caused by scattered photons and neutrons from photonuclear reactions. The behavior of the NRF setup elements: converter, collimator, detector shielding and photon beam dump, were studied by simulation as functions of their characteristics dimensions, shapes, materials using the MCNPX code. The spectral intensity to be observed by the photon detector in the designed NRF setup with a 27Al reference target, typical for NRF measurements, was assessed by simulation and shows the feasibility of this sort of experiment with the Microtron.

Garantir a qualidade da carne bovina produzida no Brasil tem sido uma preocupação dos produtores, pois contribui para aumentar a exportação e o consumo interno do produto. Por isso, tem-se pesquisado novos métodos que analisam e garantam a qualidade da carne, de forma rápida, eficiente e não destrutiva. A ressonância magnética nuclear (RMN) tem se destacado como uma das técnicas de controle de qualidade de carne. Neste trabalho as redes neurais artificiais estão sendo utilizadas para o reconhecimento de padrões dos dados de ressonância magnética nuclear oriundos de carne bovina. Mais especificamente, os respectivos dados têm sido utilizados por uma rede perceptron multicamadas para a extração de características da carne bovina, possibilitando a classificação do grupo genético e do sexo dos animais a partir de uma amostra da referida carne. Os resultados dos experimentos são também apresentados para ilustrar o desempenho da abordagem proposta. / Guaranteeing the quality of the bovine meat produced in Brazil has been a concern of the producers because it contributes to increase the export and the domestic consumption of the product. Therefore, new methods have been researched that analyze and guarantee the quality of the meat in a fast, efficient and non destructive way. Nuclear magnetic resonance (NMR) has been highlighted as one of the techniques of meat quality control. In this work study artificial neural networks are being used for pattern recognition from data obtained by the resonance equipment, originating from bovine meat. More specifically, the respective data have been used by a multilayer perceptron network for extraction of bovine meat characteristics, making possible the classification of both genetic group and animal sex starting from a single meat sample. Several results of experimental tests are also presented to illustrate the performance of the proposed approach.

Ressonância magnética detectada eletricamente (RMDE) de banda-X (9 GHz) e de banda-K (24 GHz) foram usadas para estudar diversos diodos baseados em tris-8(hidroxiquinolinolato) de alumínio III (Alq3). A técnica de RMDE consiste, basicamente, em medir a variação da condutividade quando o sistema entra na condição de ressonância magnética; assim, é possível relacionar propriedades de transporte elétrico com as funções de onda das moléculas envolvidas no processo. Para este estudo foram confeccionados diodos eletroluminescentes e unipolares de multicamadas no Laboratoire d'Optoélectronique des Materiaux Moléculaire (LOMM), da École Polytechnique Fédérale de Lausane (EPFL), Suíça, pelo Dr. Frank Nüesch. Faz parte também deste trabalho a montagem experimental do sistema de RMDE de banda-K, onde a maior parte dos dados foram obtidos. O sinal de RMDE dos diodos unipolares, da ordem de 1E-6, é atribuído ao processo dependente de spin de saltos eletrônicos que ocorre próximo às interfaces. O sinal típico de RMDE dos diodos eletroluminescentes é mais intenso, da ordem de 1E-4, e é atribuído à ressonância de spin-1/2 na formação dos éxcitons. O espectro de RMDE, por meio de ajuste de curvas, pôde ser decomposto em duas gaussianas: uma com largura de linha pico-a-pico DHPP de 1,6 mT, independente do campo elétrico aplicado no dispositivo, e outra variando de 2,0 mT a 3,4 mT. A componente mais estreita se deve à ressonância do radical positivo de Alq3, enquanto que a componente mais larga àquela do negativo. O estudo da forma de linha e de sua dependência com o campo elétrico dos espectros de RMDE de diodos unipolares dão suporte à ambas as atribuições. Neste trabalho, a questão da eficiência quântica e da zona de recombinação também são discutidas. / Electrically Detected Magnetic Resonance (EDMR) at X-band (9GHz) and K-band (24 GHz) were used to investigate Alq3 based diodes. EDMR technique consists basically of measuring conductivity variation at magnetic resonance conditions; thus, it is possible to correlate electrical transport properties with wave functions of the molecules involved in the process. Electroluminescent and unipolar multilayer diodes were prepared in the Laboratoire d'Optoélectronique des Materiaux Moléculaire (LOMM), at on École Polytechnique Fédérale de Lausane EPFL, Switzerland by Dr. Frank Nüesch. The experimental setup of the K-band EDMR system, where most of the data were obtained, was also part of this work. The unipolar diodes EDMR signal is of the order of 1E-6 and is attributed to spin dependent hopping process close to the interfaces. The electroluminescent diodes typical EDMR signal is more intense, of the order of 1E-4 , and is attributed to exciton´s formation spin-1/2 resonance. The EDMR spectrum can be decomposed into two Gaussians: one with peak-to-peak line width (DHPP) of 1.6 mT, independent of the electrical field applied to the devices, and other one whit DHPP of 2.0 mT to 3.4 mT. The narrower component is due to the resonance of positive Alq3 radical, while the larger component is due to the negative. Both attributions are supported by the investigation of line shape and its dependence of electrical field in the unipolar diodes EDMR spectra. In this work, the quantum efficiency and the recombination zone issues are also discussed.

Apesar dos avanços recentes na tecnologia dos aparelhos de ressonância magnética (RM) permitirem a aquisição de imagens de alta resolução, ainda não é possível delinear de forma confiável os limites entre regiões de diferentes citoarquiteturas baseando-se somente nesta modalidade. As imagens de histologia são mandatórias quando se necessita saber o limite exato entre diferentes regiões neuroanatômicas. Contudo, o processamento histológico inevitavelmente causa grandes deforma¸coes no tecido, o que torna a compara- ção direta entre as duas modalidades inviável. Os estudos de neuroimagem/neuroanatomia que necessitam de comparação com a histologia devem necessariamente incluir uma etapa de alinhamento entre as duas modalidades; tarefa que muitas vezes acaba sendo realizada manualmente. Entretanto, o registro manual ´e demorado e pouco acurado, se tornando inviável quando os exames de histologia geram centenas de imagens. Este trabalho propõe um método para registro de imagens de histologia e RM, composto por um conjunto de recomenda¸coes para o preparo das imagens cujo objetivo ´e otimizá-las para o registro; e por uma pipeline computacional capaz de registrar as imagens consideradas. O trabalho aqui descrito foi desenvolvido primeiramente com o intuito de registrar imagens de espécimens de hipocampo provenientes do projeto CINAPCE e, posteriormente, para registro de imagens de encéfalo inteiro provenientes do Banco de Cérebros da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo. A pipeline computacional foi testada com sucesso em imagens reais de dois encéfalos inteiros. A avaliação quantitativa dos registros realizados foi feita comparando segmenta¸coes manuais do hipocampo direito, núcleo caudado esquerdo e ventrículos laterais superiores, realizadas no volume de RM e da histologia registrada. A quantificação do resultado foi feita através do cálculo das métricas coeficiente de Dice (CSD) e distancia espectral ponderada (DEP) sobre as segmentações. A pipeline obteve um CSD médio de aproximadamente 0,77 e um DEP médio de aproximadamente 0,003. Os resultados mostraram que o método foi capaz de registrar as imagens de histologia nas respectivas imagens de RM exigindo interação mínima com o usuário. / Although latest advances in MRI technology have allowed the acquisition of higher resolution images, reliable delineation of cytoarchitectural boundaries is not yet possible based solely on that modality. Histological images are regularly required to locate the exact limits between neuroanatomical structures. Histological processing is nevertheless prone to cause a high amount of tissue distortion, which prevents direct comparison between the two modalities. Neuroimage/neuroanatomy studies that require direct comparison between histology am MRI must include a registration step. Such task is usually manually performed, but that becames infeasible for large histology volumes. Moreover, manual registration is time consuming and inaccurate. This thesis proposes a set of tissue processing recommendations aiming at optimizing the registration proccess, together with a computational pipeline for registering histology to MRI. The herein described work was initially designed to proccess hippocampi specimens from the CINAPCE project and posteriorly improved to process full brain images from the Brain Bank of the Brazilian Aging Brain Study Group. The pipeline was tested on two full brain histology volumes from the Brain Bank of the Brazilian Aging Brain Study Group. Results were assessed by comparison of manual segmentations of the left caudate nucleus, right hippocampus and superior lateral ventricles, performend on both MRIs and registered histology volumes. Quatitative evaluation was performed by computing the Dice coeficient (DC) and normalized weighted spectral distance (WESD) on the segmentations. The pipeline precessing yielded mean DC of 0.77 and mean WESD of 0.0033. The described method was able to sucessfuly register histology to their corresponding MRI volumes with minimal user interaction.