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Publicação
Development of a controlled irradiation device for photodynamic therapy
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
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| 48.2 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Photodynamic Therapy (PDT) has evolved in recent years, establishing itself as an effective, non-invasive treatment for various oncological and non-oncological diseases. However,
the widespread use of this technique faces barriers due to the high cost and architectural rigidity of commercially available equipment, as well as the scarcity of systems capable of compensating for light dosimetry based on the distance between the light source and the target tissue. In this context, this work presents a low-cost modular prototype for PDT applications. The system integrates three LED arrays encapsulated in acrylic structures, which serve both as electrical insulators and physical protective barriers during treatment. The technological difference lies in a control algorithm based on a Lookup Table with bilinear interpolation, which processes distance data from Time-of-Flight (TOF) sensors and adjusts the LED duty cycle (PWM). System management is centralized in a Human-Machine Interface (HMI) with a touchscreen, responsible for communication among all system devices and for enforcing safety limits and barriers during prototype operation. Tests demonstrated the integrity of the communication signals and power lines. Under normal operating conditions, the system’s thermal stability was achieved after 6.5 minutes of continuous operation, with a final temperature of 49.2 °C. Based on thermal and optical constraints, the equipment’s safe operating range was defined between 40 mm and 130 mm using software. Prototype validation demonstrates technical feasibility, dosimetric precision, and clinical safety.
A Terapia Fotodinâmica (PDT) evoluiu nos últimos anos para se consolidar como um tratamento eficaz e não invasivo para diversas doenças oncológicas e não oncológicas. No entanto, a ampla utilização desta técnica encontra barreiras no alto custo e na rigidez arquitetónica dos equipamentos disponíveis comercialmente, além da escassez de sistemas capazes de compensar a dosimetria da luz com base na distância entre a fonte luminosa e o tecido alvo. Neste cenário, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um protótipo modular de baixo custo para aplicações em PDT. O sistema integra três matrizes de LEDs encapsuladas por estruturas em acrílico, que atua tanto como isolante elétrico, quanto como barreira física de proteção no decorrer do tratamento. O diferencial tecnológico reside num algoritmo de controlo, baseado numa Lookup Table com dupla interpolação linear, que processa os dados de distância adquiridos por sensores Time-of-Flight (TOF) e ajusta o ciclo de trabalho (PWM) dos LEDs. O gestão do sistema é centralizado numa Interface Homem-Máquina (IHM), com ecrã tátil, responsável pela comunicação de todos os dispositivos do sistema e por impor limites e barreiras de segurança durante a operação do protótipo. Os ensaios realizados demonstraram a integridade dos sinais de comunicação e das linhas de alimentação. Sob condições normais de operação, a estabilidade térmica do sistema foi alcançada após 6,5 minutos de funcionamento contínuo, atingindo 49,2 ◦C. De acordo com as restrições térmicas e ópticas, a gama de operação segura do equipamento foi delimitada entre 40 mm e 130 mm via software. A validação do protótipo demonstra viabilidade técnica com precisão dosimétrica e segurança clínica.
A Terapia Fotodinâmica (PDT) evoluiu nos últimos anos para se consolidar como um tratamento eficaz e não invasivo para diversas doenças oncológicas e não oncológicas. No entanto, a ampla utilização desta técnica encontra barreiras no alto custo e na rigidez arquitetónica dos equipamentos disponíveis comercialmente, além da escassez de sistemas capazes de compensar a dosimetria da luz com base na distância entre a fonte luminosa e o tecido alvo. Neste cenário, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um protótipo modular de baixo custo para aplicações em PDT. O sistema integra três matrizes de LEDs encapsuladas por estruturas em acrílico, que atua tanto como isolante elétrico, quanto como barreira física de proteção no decorrer do tratamento. O diferencial tecnológico reside num algoritmo de controlo, baseado numa Lookup Table com dupla interpolação linear, que processa os dados de distância adquiridos por sensores Time-of-Flight (TOF) e ajusta o ciclo de trabalho (PWM) dos LEDs. O gestão do sistema é centralizado numa Interface Homem-Máquina (IHM), com ecrã tátil, responsável pela comunicação de todos os dispositivos do sistema e por impor limites e barreiras de segurança durante a operação do protótipo. Os ensaios realizados demonstraram a integridade dos sinais de comunicação e das linhas de alimentação. Sob condições normais de operação, a estabilidade térmica do sistema foi alcançada após 6,5 minutos de funcionamento contínuo, atingindo 49,2 ◦C. De acordo com as restrições térmicas e ópticas, a gama de operação segura do equipamento foi delimitada entre 40 mm e 130 mm via software. A validação do protótipo demonstra viabilidade técnica com precisão dosimétrica e segurança clínica.
Descrição
Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Palavras-chave
Photodynamic therapy Time-of-Flight sensors Control Optical dosimetry