Improving the Accuracy of the Diffusion Model in Highly Absorbing Media

The diffusion approximation of the Boltzmann transport equation is most commonly used for describing the photon propagation in turbid media. It produces satisfactory results in weakly absorbing and highly scattering media, but the accuracy lessens with the decreasing albedo. In this paper, we presented a method to improve the accuracy of the diffusion model in strongly absorbing media by adjusting the optical parameters. Genetic algorithm-based optimization tool is used to find the optimal optical parameters. The diffusion model behaves more closely to the physical model with the actual optical parameters substituted by the optimized optical parameters. The effectiveness of the proposed technique was demonstrated by the numerical experiments using the Monte Carlo simulation data as measurements

Estudo de técnicas de modulação de fase para focar radiação laser em meios biológicos túrbidos

Atualmente tem-se vindo a registar um interesse progressivo na utilização de métodos ópticos na Medicina e Biologia. Apesar dos estudos existentes conseguirem reconhecer um vasto leque de possíveis tratamentos para contrariar os efeitos de doenças cancerígenas nos pacientes, estudos recorrendo à aplicação de radiação laser como ferramenta de destruição de neoplasias de forma eficaz e com detalhe são ainda escassos, uma vez que, em áreas como a fototerapia aplicada à oncologia ou imagiologia, a elevada difusão a que a radiação luminosa é submetida pelos tecidos biológicos tem restringido o seu propósito. Esta tese apresenta um estudo sobre técnicas de manipulação de frentes de onda que visam aumentar a eficácia dos tratamentos que utilizam radiação laser para a destruição de células cancerígenas. Para a obtenção de resultados foram elaborados um conjunto de algoritmos numéricos em MATLAB® (interface) com a capacidade de receber, processar e analisar os dados originados pelas simulações em ZEMAX™. Em função da técnica abordada, os resultados foram apresentados sob a forma de gráficos de irradiância (obtidos por detetores retangulares em ZEMAX™), gráficos de pontos ou tabelas para analisar a con-vergência do algoritmo. Com estas ferramentas foi possível avaliar qual dos métodos estudados é mais eficaz na modelação da frente de onda de um feixe de radiação laser, contrariando assim os efeitos da difusão que ocorre quando a luz atravessa um meio túrbido e que dificultam a obtenção de imagem a profundidades elevadas. A modelação do feixe, para o qual foram testadas várias técnicas e algoritmos, apre-sentou resultados favoráveis uma vez que se verificou um aumento da concentração, e, portanto, melhor focagem do feixe a profundidades superiores a 1 mm no interior do meio túrbido desenvolvido com características muito similares às da pele e tecido muscular (fantoma). Qualquer um dos algoritmos desenvolvidos apresenta boas perspetivas sobre uma eventual implementação deste modelo de simulação funcional com base em ZEMAX™