Sistema ótico de Fototerapia Dinâmica para cápsulas endoscópicas

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia BiomédicaA cápsula endoscópica (CE) é uma ferramenta de diagnóstico inovadora, que possibilita a realização de um exame indolor, minimamente invasivo, sem administração de anestesia e a visualização de todo o trato gastrointestinal (GI), contrariamente ao que acontece na endoscopia convencional. A presente dissertação apresenta um estudo para a implementação de um módulo de Fototerapia Dinâmica (PDT, do inglês, Photodynamic Therapy) em CEs. A PDT é uma técnica de terapia minimamente invasiva já aplicada na endoscopia convencional, no tratamento de lesões do trato GI, que proporciona a redução ou a eliminação total de tecidos lesionados (TLs). Consiste na prévia administração de uma dose específica de um fármaco fotossensível (PS, do inglês, Photosensitizer) ao paciente, o qual, após um intervalo de tempo apropriado se acumula nos TLs. Posteriormente é ativado através da irradiação por luz, com uma intensidade e comprimento de onda ( ) específicos. Normalmente, para a ativação do PS, a utilização de luz visível, preferencialmente da região vermelha do espetro ( > 600 nm) é escolhida, uma vez que, a penetração no tecido é elevada. De forma a possibilitar a integração de um módulo de PDT na CE, foram considerados dois s de ativação, correspondentes a dois PSs diferentes: 630 nm associado ao Photofrin e 635 nm associado ao ácido 5-aminolevulínico (5-ALA). Além disso, um estudo de diversos requisitos necessários, nomeadamente, novas fontes de luz, filtros óticos baseados em filmes finos, novas baterias e sistema de comutação entre dois tipos de fontes de luz diferentes, foi realizado. Os melhores resultados foram obtidos com um LED (Light-Emitting Diode) de luz vermelha com o seu pico de emissão espetral nos 633 nm, o qual, após a simulação da aplicação de filtros óticos Fabry-Perot com 13 camadas, é centrado nos 630 nm e nos 635 nm. Desta forma, foram conseguidos intervalos de tempo de tratamento da PDT de algumas horas, para a ativação dos PSs considerando a intensidade luminosa proveniente unicamente pelos s de 630 nm e 635 nm, e de alguns minutos no caso da ativação dos PSs considerando a intensidade luminosa proveniente do intervalo de s de 550 – 700 nm. Neste intervalo ambos os fármacos possuem uma absorvância superior a zero. A introdução de uma nova bateria possibilita o funcionamento normal da CE e garante ainda o funcionamento do LED de luz vermelha durante um determinado intervalo de tempo. O sistema de comutação permite alternar entre os LEDs de luz branca presente nas CEs e o LED de luz vermelha. A implementação do respetivo módulo em CEs é bastante promissora sendo que, além do exame de diagnóstico já realizado pelas cápsulas irá acrescentar ainda a possibilidade da realização de terapia de forma pouco invasiva e em partes do trato GI de difícil acesso, como o intestino delgado.Endoscopic capsule (EC) is a innovative diagnostic tool that enables the realization of a painless, non-invasive, without administering anesthesia examanition and visualization of the entire gastrointestinal (GI) tract contrary to what happens in conventional endoscopy. This work presents a study for the implementation of a Photodynamic Therapy (PDT) module in ECs. PDT is a therapy technique minimally invasive already applied in conventional endoscopy in the treatment of lesions of the GI tract, which provides a reduction or total elimination of injured tissues (ITs). It consists on the prior administration of a specific dose of a photosensitive drug (PS – Photosensitizer) to the pacient wich after a suitable time interval accumulates in ITs. Subsequently is activated through irradiation by light with specific intensity and wavelength ( ). Typically for the activation of the PS, the use of visible light preferably of the red region of the spectrum ( > 600 nm) is chosen since the tissue penetration is high. In order to enable the integration of a PDT module in the EC were considered two activation s corresponding to two different PSs: 630 nm associated to Photofrin and 635 nm associated to 5-aminolevulinic acid (5-ALA). Moreover, a study of several necessary requirements including new light sources, optical filters based on thin films, new batteries and commutation system between two kinds of different light sources, was realized. The best results ware obtained with a red light LED (Light-Emitting Diode) with its spectral emission peak at 633 nm which after the simulation of the application of Fabry-Perot opical filters with 13 layers is centered on 630 nm and 635 nm. Thus were achieved PDT treatment time intervals of a few hours for the activation of PSs considering the light intensity only from the s of 630 nm and 635 nm and of a few minutes for activation of PSs considering the light intensity from the s range 550-700 nm. In this range both drugs have an absorbance greater than zero. The introduction of a new battery enables the normal operation of the EC and also ensures the operation of the red LED over a certain time interval. The commutation system allows switching between white light LEDs present in ECs and red light LED. The implementation of the respective module in ECs is quite promising and besides the diagnostic examination already done by capsules will add the possibility of conducting therapy in a minimally invase way and in the GI parts of difficult access as the small bowell