Esta dissertação é dedicada ao estudo de algumas das propriedades e aplicações do speckle dinâmico no monitoramento de atividade em tecidos biológicos. As estatísticas espaço-temporais de primeira e segunda ordem são discutidas em vias gerais. As principais técnicas para obtenção de dados a partir do granulado óptico são apresentadas, com especial destaque para a função de autocorrelação, as matrizes de co-ocorrência, o método de Fujii e a Análise de Contraste do Laser Speckle (LASCA). Uma nova metodologia de análise, baseada no estudo do contraste das correlações sucessivas, é proposta. Diversas simulações numéricas, utilizando diferentes funções densidade de probabilidade para as velocidades dos centros espalhadores, foram realizadas com intuito de testar os métodos de análise e fornecer subsídios para a interpretação de resultados in vivo. Tecidos vegetais e animais foram investigados, realizando-se o monitoramento do processo de senescência e mapas de vascularização em folhas, acompanhamento de frutos contaminados por fungos, mapeamento de atividade em flores e análise de cicatrização em ratos submetidos à cirurgia abdominal. Ensaios explorando o uso do biospeckle em microscopia são implementados. Por fim, é avaliado o potencial da técnica como ferramenta de diagnóstico em um caso de úlcera venosa crônica submetida a tratamento por meio de laserterapia de baixa intensidade. Os resultados encontrados revelaram o grande potencial em aplicações biológicas, através da construção de mapas que permitiram, por exemplo, a visualização detalhada da rede vascular de folhas vegetais. Também foi possível a identificação de áreas atacadas por micro organismos. Os estudos em tecidos animais e humanos apontaram perspectivas bastante promissoras do uso do biospeckle em ambiente clínico. / This master thesis is devoted to the study of some properties and applications of dynamic speckles on monitoring of activity in biological tissues. The first and second order space-time statistics are dicussed in an overview perspective. The main techniques used to obtain information from grainy pattern are presented, with special prominence to autocorrelation function, co-occurrence matrices, Fujii's method and the Laser Speckle Contrast Analisys (LASCA). A new methodology, based on the study of the contrast of sucessive correlations, is proposed. Several numerical simulations, using different probability density functions to velocities of scatterers, are done in order to test the analysis methods and supply subsidies for interpretation of in vivo results. Vegetable and animal tissues are investigated by monitoring of senescence process and construction of vascularization maps of leaves, accompanying of fungi contamined fruits, mapping of activity in flowers and analysis of healing in rats undergone to abdominal surgery. Experiments using the biospeckle phenomenon in microscopy are carried out. At last, it is evaluated the potentiality of the technique as diagnosis tool in a chronic vein ulcer undergone to treatment through low intensity laser therapy. The found results showed the great potential in biological applications, through the construction of maps that maked possible, for example, the detailed visualization of the vascular net on leaves. It was allowed the identification of areas injured by micro organisms. The studies on animal and human tissues pointed very promising perspectives of the use of biospeckle in clinical environment.

Esta dissertação é dedicada ao estudo de algumas das propriedades e aplicações do speckle dinâmico no monitoramento de atividade em tecidos biológicos. As estatísticas espaço-temporais de primeira e segunda ordem são discutidas em vias gerais. As principais técnicas para obtenção de dados a partir do granulado óptico são apresentadas, com especial destaque para a função de autocorrelação, as matrizes de co-ocorrência, o método de Fujii e a Análise de Contraste do Laser Speckle (LASCA). Uma nova metodologia de análise, baseada no estudo do contraste das correlações sucessivas, é proposta. Diversas simulações numéricas, utilizando diferentes funções densidade de probabilidade para as velocidades dos centros espalhadores, foram realizadas com intuito de testar os métodos de análise e fornecer subsídios para a interpretação de resultados in vivo. Tecidos vegetais e animais foram investigados, realizando-se o monitoramento do processo de senescência e mapas de vascularização em folhas, acompanhamento de frutos contaminados por fungos, mapeamento de atividade em flores e análise de cicatrização em ratos submetidos à cirurgia abdominal. Ensaios explorando o uso do biospeckle em microscopia são implementados. Por fim, é avaliado o potencial da técnica como ferramenta de diagnóstico em um caso de úlcera venosa crônica submetida a tratamento por meio de laserterapia de baixa intensidade. Os resultados encontrados revelaram o grande potencial em aplicações biológicas, através da construção de mapas que permitiram, por exemplo, a visualização detalhada da rede vascular de folhas vegetais. Também foi possível a identificação de áreas atacadas por micro organismos. Os estudos em tecidos animais e humanos apontaram perspectivas bastante promissoras do uso do biospeckle em ambiente clínico. / This master thesis is devoted to the study of some properties and applications of dynamic speckles on monitoring of activity in biological tissues. The first and second order space-time statistics are dicussed in an overview perspective. The main techniques used to obtain information from grainy pattern are presented, with special prominence to autocorrelation function, co-occurrence matrices, Fujii's method and the Laser Speckle Contrast Analisys (LASCA). A new methodology, based on the study of the contrast of sucessive correlations, is proposed. Several numerical simulations, using different probability density functions to velocities of scatterers, are done in order to test the analysis methods and supply subsidies for interpretation of in vivo results. Vegetable and animal tissues are investigated by monitoring of senescence process and construction of vascularization maps of leaves, accompanying of fungi contamined fruits, mapping of activity in flowers and analysis of healing in rats undergone to abdominal surgery. Experiments using the biospeckle phenomenon in microscopy are carried out. At last, it is evaluated the potentiality of the technique as diagnosis tool in a chronic vein ulcer undergone to treatment through low intensity laser therapy. The found results showed the great potential in biological applications, through the construction of maps that maked possible, for example, the detailed visualization of the vascular net on leaves. It was allowed the identification of areas injured by micro organisms. The studies on animal and human tissues pointed very promising perspectives of the use of biospeckle in clinical environment.

Orientadores: Inacio Maria Dal Fabbro, Adilson Machado Enes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola / Made available in DSpace on 2018-08-24T11:36:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fracarolli_JulianaAparecida_D.pdf: 5319280 bytes, checksum: 4488936faca98d4c091c7703b2fd0ca0 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Técnicas ópticas vêm sendo utilizadas para diversas finalidades técnicas e científicas. Algumas técnicas ópticas se caracterizam como métodos robustos, de baixo custo, não invasivos e não destrutivos para avaliação de materiais diversos, como produtos agrícolas, havendo aplicações desde a engenharia até a área da saúde humana e animal. Neste trabalho propõem-se a avaliação de frutos através da combinação de duas técnicas ópticas cujos estudos vêm comprovando suas aplicabilidades como métodos alternativos e inovadores, os quais empregam equipamentos de baixo custo na aquisição dos dados, permitindo automação de processos de seleção e classificação de produtos. Uma dessas técnicas é conhecida como Biospeckle, a qual fornece informações referentes à qualidade do material biológico em nível de estruturas celulares e a outra é o escaneamento com linha laser, que permite a obtenção de geometria do objeto nos eixos Xi (i = 1,2,3). O objetivo é proceder a um levantamento topográfico digital de materiais biológicos combinando o posicionamento geométrico dos pontos da imagem com informações referentes à atividade biológica. Foi realizada ainda a diferenciação entre frutos de formato variado, a classificação de frutos por formato, classe, coloração e defeitos por meio de processamento de imagens. Dessa forma é possível observar frutos com irregularidades superficiais, maturidade, danos mecânicos e latentes, entre outros. Esta pode se tornar a base para a seleção automática de produtos agrícolas. Foram utilizados um emissor de linha laser de diodo com 632 nm de comprimento de onda, luz branca difusa, câmera CCD, computador, mesa óptica, mamões, peras, tomates e esferas de isopor, bem como softwares ImageJ, Octave, Matlab. Foram desenvolvidos cinco programas computacionais para processamento das imagens. Foram realizados cinco experimentos, a saber: (1) Avaliação da Maturidade de Frutos; (2) Reconstrução Tridimensional e Mapeamento da Bioatividade; (3) Detecção de Formato Variado; (4) Mapeamento por Formato, Classe e Coloração; (5) Detecção de Defeitos. Na Avaliação da Maturidade foram correlacionados índices de maturidade tradicionais (parâmetros de Hunter L a b, pH, Sólidos Solúveis Totais (SST), a relação Sólidos Solúveis Totais e Acidez Total Titulável (SST/ATT), Módulo de Elasticidade, massa e diâmetro) e a técnica óptica Biospeckle, pelo cálculo do Momento de Inércia (MI). Para a Reconstrução Tridimensional os frutos foram rotacionados através de um motor de passo. A cada passo do motor, o fruto foi iluminado pela linha laser projetada e fotografado para obtenção dos dados de geometria e Biospeckle pelo método LASCA (Laser Speckle Contrast Analysis). Foi analisada a correlação entre os índices de maturidade tradicionais e os valores de MI na avaliação da maturidade. Esta tese mostra que é possível avaliar a maturidade dos frutos através do Biospeckle. Obteve-se um mapa tridimensional que integra as informações de topografia e bioatividade do fruto. Obteve-se, ainda, a detecção de formato variado, a classificação de frutos por mapeamento por formato, classe e coloração e detecção de defeitos através de software / Abstract: Optical techniques have been used for both technical and scientific purposes. Optical techniques are usually characterized as being robust, inexpensive, non-invasive and non-destructive methods in to evaluate a diversity of materials which include agricultural derived products. It also shows applications ranging from engineering to human and animal health. In this doctoral dissertation, a new technique to evaluate some fruit properties is proposed. It combines two optical techniques (i.e. Biospeckle and Scan-line laser) whose applicability has been demonstrated as being alternative and innovative. The new proposed technique allows low-cost data acquisition, automation of the entire process, and a proper selection and classification method of vegetable bodies (e.g. fruits). Biospeckle allows obtaining information regarding the quality level of biological material into cellular structures. Scan-line laser enables the attainment of the object geometry on the axes Xi (i=1,2,3). The main purpose of this doctoral dissertation is to obtain a digital survey of biological materials (i.e. papaya, pear and tomato) integrating both geometric positioning and information concerning to its biological activity. The differentiation between different fruit shapes, fruit sorting by size, class, color and defects through image processing was also carried out. Thus it was also possible to observe fruits with surface irregularities, maturity, and mechanical damage, among others. This is the basis proposed for the automatic selection of agricultural products. The following materials were employed in the tests: a line-emitting diode laser with a wavelength of 632 nm, diffuse white light, CCD camera, computer, optical table, papaya, pear and tomato fruits and polystyrene spheres. The softwares utilized were: ImageJ, Octave, Matlab. A total of five computer programs were developed for the image processing procedures. Five experiments were performed: (1) Maturity Assessment of Fruits; (2) Three Dimensional Reconstruction and Mapping of Bioactivity; (3) Miscellaneous Format Detection; (4) Mapping Format, Class and Coloration; (5) Defect Detection. In Maturity Assessment there were correlated traditional methods to verify the maturity (the Hunter parameters L a b, pH, Total Soluble Solids (TSS), the relationship between Total Soluble Solids and Titratable Acidity (TSS/TA), Modulus of Elasticity, weight and diameter) and the optical technique Biospeckle by calculating the Moment of Inertia (MI). For the Three Dimensional Reconstruction the fruits were rotated by a stepper motor. At every step of the motor, the fruit was illuminated by the projected laser line and photographed in order to obtain both geometric and biospeckle data by the LASCA (Laser Speckle Contrast Analysis) method. The correlation between traditional methods for the maturity assessment and values of MI was analyzed. This doctoral dissertation shows that it is possible to evaluate the maturity of fruits through Biospeckle. A three-dimensional map that includes topographical information and bioactivity of the fruit was generated. Also a software can now detect variations in size, classify fruit shapes, color and class as well as defect detection efficiently. / Doutorado / Maquinas Agricolas / Doutora em Engenharia Agrícola

Orientador: Marco Antonio de Oliveira Peres / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-07T03:24:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nieri_TamaraMaria_D.pdf: 4800971 bytes, checksum: 479a127e9ad76c6ea9d61025a1714615 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Hérnia incisional, afecção que incide em 2 a 15% das laparotomias, é uma complicação cirúrgica que continuará acompanhando, como vem fazendo até hoje, as cirurgias abdominais. A utilização mais freqüente de próteses tem alcançado resultados mais significativos na cura desta afecção. Diversos estudos vêm sendo realizados com diferentes métodos de avaliação da biocompatibilidade dos materiais protéticos. Modelos experimentais permitem estudos detalhados destas interações, no campo da anatomia, da fisiologia, da bioquímica, da microbiologia e da mecânica. O presente trabalho apresentou a criação de um modelo animal, que se mostrou viável, para o estudo da atividade tecidual da parede abdominal em sua interação com um material protético, utilizando um dos fenômenos ópticos da luz coerente (Laser), o biospeckle. Foram analisados 50 ratos Wistar machos, divididos em quatro grupos: Grupo 1 com 10 animais não submetidos à cirurgia; Grupo 2 com 10 animais submetidos a cirurgia sem a colocação de tela; Grupo 3 com 20 animais submetidos a cirurgia com colocação de tela de polipropileno pré-peritonial; Grupo 4 (Sham) com 10 animais. Nenhum animal apresentou complicações pós-operatórias, sendo levados, no 20º PO, ao ensaio óptico, que consistiu no posicionamento do animal anestesiado, em decúbito dorsal horizontal, sobre uma mesa óptica, tendo um feixe de Laser iluminando um ponto da linha média da parede abdominal. Um sistema de aquisição de imagens (LSI), composto por uma câmera (Charge Coupled Device - CCD), um processador digital de imagens e um microcomputador, captaram e processaram as imagens gerando um padrão STS (Space Time Speckle); este padrão, processado por um software, gerou uma Matriz de Ocorrências Modificada (MOM). O mesmo software calculou, a partir da MOM, o Módulo de Dispersão, um valor absoluto sem unidade, que foi o parâmetro de comparação dos espécimes, após tratamento estatístico. A análise dos dados obtidos permitiu concluir que o modelo animal criado é viável e que não houve diferença significativa, nos quatro grupos estudados, da atividade tecidual da parede abdominal de ratos, com e sem a implantação cirúrgica de prótese de polipropileno, quando utilizado o biospeckle / Abstract: Incisional hernia is an affection that occurs on 2% to 15% of laparotomy procedures, being also considered a surgical complication which has been following abdominal surgical procedures. Prosthesis applications have been conquered satisfactory results in heeling such affection. The literature discloses many research work reports on biocompatibility evaluation of prosthetic materials. Experimental models allow detailed studies of theses interactions under the anatomy point of view, as well as under the physiology, biochemistry, microbiology and mechanics. This research work reports the generation of an animal model useful in supporting the abdominal tissue activity considering its interaction with a prosthetic material, by means of technique based on the biospeckle phenomena. This way, 50 Wistar male rats were divided into four groups: Group 1, composed of ten animals not submitted to surgery; group 2, composed of ten animals submitted to surgery without polypropylene mesh; group 3, composed of 20 animals submitted to surgery followed by the mesh placement; group 4, sham with ten animals. None of the animals presented post surgical complications being submitted to the optical tests at the 20th postoperative day. The analysis from the biospeckle tests indicated that no significative difference was observed on the abdominal wall tissue activity in the four groups considered, with and without polypropylene mesh prosthesis implantation / Doutorado / Cirurgia / Doutor em Cirurgia