Orientador: Rickson Coelho MesquitaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb WataghinResumo: Técnicas de espectroscopia baseadas em óptica de difusão são essenciais para a obtenção das propriedades ópticas e dinâmicas em meios turvos, caracterizados pela predominância dos efeitos de espalhamento sobre a absorção. Nestas condições, a luz se propaga esfericamente no meio, num regime aproximadamente difusivo. A luz espalhada pode então ser detectada no mesmo plano de incidência, e sua detecção fornece informação das propriedades ópticas e dinâmicas das moléculas que compõem o meio. Em particular, a técnica encontra uma vasta aplicação no estudo das propriedades do tecido biológico, uma vez que este se comporta como um meio turvo na região do infravermelho próximo. Por se tratar de uma técnica experimental relativamente recente, pouco é conhecido em relação à propagação da luz em meios com diferentes geometrias, principalmente em relação às propriedades dinâmicas do meio. Este projeto propôs um estudo teórico-experimental detalhado da propagação da luz em meios turvos semi-infinitos e de duas camadas, com foco na obtenção das propriedades dinâmicas do meio, através de uma técnica óptica de difusão conhecida como espectroscopia de correlação de difusão (DCS). Mais especificamente, esse projeto testou as geometrias de um meio semi-infinito e de duas camadas, com o uso de simulações de Monte Carlo e experimentos em ambientes controlados. Foi mostrado que o uso da geometria de duas camadas, ao invés da de um meio semi-infinito, como é usualmente feito na literatura, traz melhoras significativas para a recuperação das propriedades de fluxo do meio. As geometrias usadas neste trabalho representam aproximações mais precisas das estruturas muscular e cerebral, por exemplo, e retratam diferentes situações encontradas em Biologia e Medicina. Por fim, o sistema também foi testado em voluntários sadios. Os resultados obtidos neste projeto tem aplicação direta nas áreas citadas, e podem contribuir significativamente para o desenvolvimento de técnicas físicas para o monitoramento cerebral e muscular na clínica médicaAbstract: Spectroscopic techniques based on diffuse optics are essential for determination of the optical and dynamical properties of turbid media, in which scattering predominates over absorption. Under these conditions, light propagates spherically in the medium, in an approximate diffusive regimen. Scattered light can thus be detected at the same plane of incidence, and its detection can provide information both on the optical and dynamical properties of the medium. Diffuse optical techniques are particularly useful to study the properties of biological tissue, since it behaves like a turbid medium in the near infrared region. Because diffuse optics is a relatively novel experimental technique, not much is known regarding the propagation of light in media with different geometries, particularly with relation to the dynamical properties of the medium. This project proposes a combined theoretical and experimental study of light propagation in semi-infinite and two-layered turbid media, focusing on the dynamical properties of the medium with a diffuse optical technique called diffuse correlation spectroscopy (DCS). More specifically, this project employed the semi-infinite and the two-layer geometries, testing them using Monte Carlo simulations and controlled enviroments. It was shown that by using a two-layer geometry, instead of the semi-infinite geometry, as routinely done in the literature, it is possible to significantly improve the accuracy of the recovered dynamical properties. The geometries tested in this work represent more accurate approximations for muscle and brain structures, for example, and therefore could depict different situations encountered in problems in the fields of Biology and Medicine. Last, the system was also tested in healthy subjects. The results obtained in this project have direct application in the above-cited fields, and may significantly contribute to the development of experimental techniques for diagnosis and/or monitoring of the brain and muscle in the clinicMestradoFísicaMestre em Físic
