Técnicas de Interferometria óptica aplicada à medicina, odontologia e comunicações ópticas

Abstract

No trabalho descrito nessa tese, utilizamos duas técnicas interferométricas. A refletometria óptica coerente no domínio das freqüências (COFDR, sigla para coherent optical frequency domain reflectometry ) e a tomografia por coerência óptica (TCO), cuja sigla em inglês é OCT para optical coherence tomography , ambas baseadas no interferômetro de Michelson. Essas técnicas foram utilizadas para aplicações em comunicações ópticas e na geração de imagens médicas e odontológicas. Faremos uma descrição geral sobre as técnicas de interferometria óptica. Discorremos um pouco sobre o desenvolvimento da interferometria na história da ciência e sobre alguns interferômetros e suas aplicações principais. As diferentes fontes de luz que podem ser utilizadas também serão discutidas. Descreveremos os princípios da técnica de COFDR e sua aplicação em comunicações ópticas, especialmente na caracterização de amplificadores ópticos. Iremos também descrever sobre o amplificador baseado em fibra dopada com túlio (AFDT) que foi desenvolvido em nossos laboratórios e as diferentes formas de bombeamento que podem ser empregadas. Mostraremos como a técnica de COFDR é eficiente, não só para otimizar o comprimento da fibra dos amplificadores, mas também como uma ferramenta importante na análise da dinâmica dos processos de bombeamento, sem que, para isso, a fibra tenha sido cortada. Juntamente com outras técnicas, o AFDT desenvolvido foi totalmente caracterizado e um protótipo desenvolvido. A partir deste ponto, será dada ênfase à tomografia por coerência óptica. Inicialmente descrevemos sobre a técnica de TCO, suas características básicas e algumas das suas principais aplicações. Também falaremos sobre a aplicação da tomografia óptica na odontologia, área que vem crescendo bastante e cada vez mais se utilizando de recursos ópticos para melhoria e precisão dos tratamentos e dos diagnósticos. Iremos mostrar os resultados obtidos em dois experimentos onde essa técnica é empregada: na caracterização de fendas em restaurações dentárias com amálgama e resina composta; e no teste da viabilidade do uso dessa técnica para acesso a informações da polpa do dente de ratos. Mostraremos como é possível construir imagens tomográficas dessa estrutura dos tecidos biológicos, no nosso caso dos dentes, de forma não invasiva e sem causar nenhum dano (não é necessária a remoção do tecido, a análise pode ser feita in situ). Também será demonstrado como a técnica de TCO é sensível para a visualização da estrutura interna das amostras. Iremos descrever sobre uma variação muito importante na técnica de TCO, a detecção no domínio de Fourier. Descreveremos sobre experimentos dos quais participei durante meu doutorado sanduíche no M.I.T., sob a orientação do professor James Fujimoto, pioneiro no desenvolvimento dessa técnica. Descreveremos sobre as duas variações da TCO no domínio de Fourier, a tomografia por coerência óptica espectral (spectral OCT ou SOCT) e a tomografia por coerência óptica com a fonte com comprimento de onda variável (swept source OCT), este último é similar ao COFDR aplicado par geração de imagens tomográficas. Iremos descrever dois experimentos usando TCO espectral realizados no M.I.T. e com aplicações diretas na medicina, mais especificamente na oftalmologia. O primeiro experimento foi o desenvolvimento de um equipamento clínico utilizado para gerar imagens da retina humana e colocado em uma clínica oftalmológica, onde pacientes poderiam ter a sua retina observada. Apresentaremos alguns resultados, imagens de olhos normais e com patologias, mostrando a qualidade das imagens geradas por esse dispositivo. No segundo experimento, foi realizado o desenvolvimento de um instrumento para gerar imagens da retina de ratos e camundongos in vivo. O objetivo final desse equipamento é ser capaz de identificar pequenas mudanças na morfologia da retina desses animais, modelos para algumas doenças humanas da retina. Apresentaremos as vantagens dessa forma de detecção, comparada a TCO no domínio temporal, com relação à velocidade e sensitividade. Por ultimo, faremos uma revisão dos trabalhos realizados, a partir do qual chegamos às nossas conclusões. Falaremos sobre a importância dessas duas técnicas, COFDR e TCO, em cada uma das áreas em que são aplicadas e como esse trabalho poderá ser continuado. Essa tese teve como objetivo maior mostrar como técnicas de interferometria baseadas em dispositivos desenvolvidos há mais de um século continuam atuais e que cada vem mais têm ganhado importante papel em várias áreas do conhecimento. A ciência, em especial a óptica, tem se tornado cada vez mais aplicada. Experimentos desenvolvidos nos laboratórios têm se transformado em equipamentos comerciais cada vez mais rapidamente e é preciso acompanhar esse ritmo. Projetos multidisciplinares e a associação da universidade com a indústria são os caminhos corretos para manter a ciência atual e produtiva