Desenvolvimento de um sistema de esfera integradora dupla para medição de propriedades óticas

Abstract

This thesis reports the development of an optical properties measurement system using the double integrating sphere technique. The aim of this project is to be able to use this system to measure optical properties of biological samples: absorption coefficient, reduced scattering coefficient and scattering anisotropy. The system developed allows to measure the optical parameters (diffuse reflectance, diffuse transmittanc and collimated transmittance) used to solve the equation of radiative transfer. Using these optical parameters, features of the analysed sample and properties of the components of the measurement system, the Inverse Adding-Doubling (IAD) computational method solves the radiative transfer equation and returns the optical properties of the sample. The precision, the accuracy and the repeatability of the measures was evaluated to characterise the developed instrument.To do so, measurements were made with reflectance standards, Indian ink, intralipid and absorbance filters. These measures were also used to determine the optical parameters input range for which the IAD method returns valid optical properties values. The documentation on the IAD method mentions that the algorithm assumes that the integrating spheres used to measure the optical parameters have a baffle. For this reason it became important to study, through computational simulations, the equivalence between measures of optical properties, obtained using integrating spheres with and without baffle.

Nesta dissertação apresentam-se os trabalhos realizados para o desenvolvimento de um sistema de medição de propriedades óticas baseado na técnica de esfera integradora dupla. O objetivo do sistema é conseguir medir propriedades óticas de amostras de tecidos biológicos: o coeficiente de absorção, o coeficiente de dispersão e a anisotropia de dispersão. O sistema de medição permite obter os valores de parâmetros óticos (refletância difusa, transmitância difusa e transmitância colimada ) usados para determinar a solução da equação de transporte radiativo. A partir dos parâmetros óticos, de algumas características da amostra a analisar e de propriedades dos componentes do sistema de medição, o método computacional Inverse Adding Doubling (IAD) resolve a equação de transporte radiativo e devolve as propriedades óticas. Na caracterização do instrumento criado avaliou-se a precisão, exatidão e repetibilidade das medidas. Foram feitas medições com padrões de refletância, tinta da china, intralípido e filtros de absorbância. Estas medidas foram ainda utilizadas para determinar as gamas de valores dos parâmetros óticos para as quais é possível obter as propriedades óticas. Durante o estudo do funcionamento do método IAD foi verificada que este assume a presença de um baffle nas esferas integradoras. Por esse motivo tornou-se importante estudar, recorrendo a simulações computacionais, a equivalência das medidas das propriedades óticas obtidas usando esferas integradoras com e sem baffle.