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Campo DCValorLengua/Idioma
dc.creatorAlves, Guilherme Henrique Sousa-
dc.date.accessioned2025-02-03T14:39:00Z-
dc.date.available2025-02-03T14:39:00Z-
dc.date.issued2024-12-12-
dc.identifier.citationALVES, Guilherme Henrique Avanços na monitoração da saturação de oxigênio em tecidos biológicos e vigilância do SARS-CoV-2: integração da imagem no domínio da frequência espacial com rede neural artificial. 2024. 161 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.22.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44705-
dc.description.abstractThe infectious disease coronavirus 2019 (COVID-19), caused by Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS) Coronavirus 2 (CoV-2), also known as SARS-CoV-2, can range from asymptomatic to severe respiratory problems and multiple organ failure. The complexity and rapid progression of the disease, often without noticeable signs, highlight the need for close monitoring and early intervention. Among the possible approaches, visualization of oxygenation in large tissue areas can significantly improve the management of patients in intensive care. The Spatial Frequency Domain Imaging (SFDI) technique has shown promise for measuring the optical properties of biological tissues, offering rapid and accurate measurements over large areas and enabling this type of monitoring. In this study, we developed a technique that combines SFDI with Artificial Neural Network (ANN) to determine oxyhemoglobin (Coxy), deoxyhemoglobin (Cdeoxy), and oxygen saturation (SpO2) concentrations in biological tissues. Using optical phantoms made of polydimethylsiloxane (PDMS) matrix, titanium dioxide (TiO2) as scattering agent, and India ink as absorbing agent, we evaluated their optical properties with the Inverse Adding-Doubling (IAD) and SFDI techniques to validate and calibrate the SFDI optical device. To apply the IAD technique, we used an integrating sphere coupled to a spectrometer to measure the spectrum of transmitted and diffusely reflected light. SFDI images were obtained by projecting two-dimensional light patterns with different spatial frequencies onto the sample and analyzing the effects of scattering and absorption on the diffuse reflectance (Rd) values captured by a camera. Using a MATLAB algorithm, we created spatial maps of light absorption and scattering on the surface of the samples. The use of ANN allowed us to directly determine the concentrations of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin from the SFDI images, without the need to measure absorption coefficients at different wavelengths. The model showed correlations of 0.997 and 0.982 for the concentrations of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin, respectively, with average errors of 0.98% and 0.99%. In an in vivo study, the technique demonstrated feasibility in obtaining functional images of the concentrations of oxyhemoglobin, deoxyhemoglobin, and oxygen saturation. Oxygenation imaging provided quantitative measurements in irregularly shaped tissues, without direct contact and with a fast response. Although promising, the technique faces limitations, including the need for post-processing of the images and the lack of three-dimensional measurements of the tissue profiles, which limit accuracy. Addressing these limitations will be crucial to adapt the technique to more precise applications and to increase its sensitivity to different experimental conditions.pt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectCOVID-19pt_BR
dc.subjectImagem no Domínio da Frequência Espacialpt_BR
dc.subjectSpatial Frequency Domain Imagingpt_BR
dc.subjectFantomaspt_BR
dc.subjectPhantomspt_BR
dc.subjectTecido biológicopt_BR
dc.subjectBiological tissuept_BR
dc.subjectEspalhamento de luzpt_BR
dc.subjectLight scatteringpt_BR
dc.subjectAbsorção de luzpt_BR
dc.subjectLight absorptionpt_BR
dc.subjectRede Neural Artificialpt_BR
dc.subjectArtificial Neural Networkpt_BR
dc.subjectSaturação de oxigêniopt_BR
dc.subjectOxygen saturationpt_BR
dc.subjectFísicapt_BR
dc.titleAvanços na monitoração da saturação de oxigênio em tecidos biológicos e vigilância do SARS-CoV-2: integração da imagem no domínio da frequência espacial com rede neural artificialpt_BR
dc.title.alternativeAdvances in monitoring oxygen saturation in biological tissues and surveillance of SARS-CoV-2: integration of spatial frequency domain imaging with artificial neural networkpt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.contributor.advisor-co1Cunha, Diego Merigue da-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2199681079558387pt_BR
dc.contributor.advisor1Monte, Adamo Ferreira Gomes do-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2149564760914561pt_BR
dc.contributor.referee1Guerra, José de los Santos-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3910065518034212pt_BR
dc.contributor.referee2Souza, Fabrício Macedo de-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/4863464442817340pt_BR
dc.contributor.referee3Cruz Junior, Luismar Barbosa da-
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/2130109944029550pt_BR
dc.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/8045272985166128pt_BR
dc.description.degreenameTese (Doutorado)pt_BR
dc.description.resumoA doença infecciosa coronavírus 2019 (COVID-19), causada pela Síndrome Respiratória Aguda Grave (SARS, do inglês Severe Acute Respiratory Syndrome) Coronavírus 2 (CoV-2), também conhecida como SARS-CoV-2, pode variar de assintomática a graves problemas respiratórios e falência múltipla de órgãos. A complexidade e rápida evolução da doença, muitas vezes sem sinais perceptíveis inicialmente, destacam a necessidade de monitoramento rigoroso e intervenção precoce. Dentre as possíveis abordagens, a visualização da oxigenação em grandes áreas de tecido pode melhorar significativamente o manejo dos pacientes em cuidados intensivos. A técnica de Imagem no Domínio da Frequência Espacial (SFDI, do inglês Spatial Frequency Domain Imaging) tem se mostrado promissora para a medição das propriedades ópticas de tecidos biológicos, oferecendo medições rápidas e precisas em grandes áreas, possibilitando esse tipo de monitoramento. Neste estudo, desenvolvemos uma técnica que combina SFDI com Rede Neural Artificial (RNA) para determinar concentrações de oxihemoglobina (Coxi), desoxihemoglobina (Cdeoxi) e saturação de oxigênio (SpO2) em tecidos biológicos. Utilizando fantomas ópticos feitos de matriz de polidimetilsiloxano (PDMS), dióxido de titânio (TiO2) como agente espalhador, e tinta nanquim como agente absorvedor, avaliamos suas propriedades ópticas com as técnicas de Inverse Adding-Doubling (IAD) e SFDI para validar e calibrar o dispositivo óptico SFDI. Para a aplicação da técnica IAD, utilizamos uma esfera integradora acoplada a um espectrômetro para medir o espectro da luz transmitida e refletida difusamente. Imagens SFDI foram obtidas projetando padrões de luz bidimensionais com diferentes frequências espaciais na amostra e analisando os efeitos de espalhamento e absorção nos valores de refletância difusa (Rd) capturados por uma câmera. Usando um algoritmo em MATLAB, criamos mapas espaciais de absorção e espalhamento de luz na superfície das amostras. A utilização da RNA permitiu determinar diretamente as concentrações de oxi e desoxihemoglobina a partir das imagens SFDI, sem a necessidade de medir coeficientes de absorção em diferentes comprimentos de onda. O modelo apresentou correlações de 0,997 e 0,982 para as concentrações de oxi e desoxihemoglobina, respectivamente, com erros médios de 0,98% e 0,99%. Em um estudo in vivo, a técnica demonstrou viabilidade na obtenção de imagens funcionais da concentração de oxihemoglobina, desoxihemoglobina e saturação de oxigênio. A imagem de oxigenação ofereceu medições quantitativas em tecidos de formato irregular, sem contato direto e com resposta rápida. Embora promissora, a técnica enfrenta limitações, incluindo a necessidade de processamento posterior das imagens e a falta de medidas tridimensionais dos perfis do tecido, que limitam a precisão. Abordar essas limitações será crucial para adaptar a técnica a aplicações mais precisas e aumentar sua sensibilidade a diferentes condições experimentais.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Físicapt_BR
dc.sizeorduration161pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICApt_BR
dc.identifier.doihttp://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.22pt_BR
dc.orcid.putcode177291228-
dc.crossref.doibatchid643223d6-67cd-4ba0-aa79-db8ae25b6358-
dc.subject.autorizadoFísicapt_BR
dc.subject.autorizadoCOVID-19, Pandemia de, 2020-2023pt_BR
dc.subject.autorizadoTecidos (Anatomia e fisiologia)pt_BR
dc.subject.autorizadoOxigênio ativo no organismopt_BR
dc.subject.odsODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades.pt_BR
Aparece en las colecciones:TESE - Física

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