MARCELLO MAGRI AMARAL

MARCELLO MAGRI AMARAL

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Avaliação dos efeitos do laser de Er,Cr:YSGG na dentina por tomografia por coerência óptica
2016 - SANTOS JUNIOR, S.L.; FERREIRA, E.S.; BENETTI, C.; AMARAL, M.M.; ZEZELL, D.M.; GOMES, A.S.L.; ANA, P.A.
Introdução: Mesmo com formas de tratamento bastante conhecidas, as doenças que envolvem os tecidos duros da cavidade oral ainda são bastante prevalentes, o que demonstra a necessidade de se continuar a busca por novos métodos de diagnóstico e prevenção. A literatura mostra possibilidades promissoras relacionadas à utilização dos lasers de alta intensidade para prevenção da cárie [1], tendo em vista o aquecimento promovido pelos mesmos [2]. Por outro lado, o diagnóstico de lesões de cárie em estágios iniciais possibilita a adoção de procedimentos para paralisar as mesmas. Os métodos baseados em biofotônica podem auxiliar neste processo, considerando os bons resultados reportados tanto para prevenção das lesões, empregando-se lasers em alta intensidade, quanto para diagnóstico óptico, empregando-se radiação não ionizante. A técnica de tomografia por coerência óptica (OCT) fornece imagens transversais de estruturas através de imageamento óptico, não é invasiva e não utiliza radiação ionizante[3]. Neste sentido, este estudo objetiva avaliar o efeito do laser de Er,Cr:YSGG para prevenção do surgimento de lesões de cárie radicular, assim como avaliar o potencial da OCT no monitoramento da progressão desta lesões. Material e Método: Foi conduzido um estudo in vitro cego com 75 blocos de dentina radicular de 2 x 2 x 4 mm, os quais foram aleatoriamente distribuídos em 5 grupos experimentais (n=15): G1 – sem tratamento, G2 – grupo tratado com flúor fostato acidulado (FFA – 1,23% F, pH 3,3 – 3,9, por 4 minutos – controle positivo), G3 – grupo irradiado com laser de Er,Cr:YSGG (l = 2,78 μm, 20 Hz, 6 J/cm2, sem refrigeração), G4 – grupo irradiado seguido da aplicação de FFA, G5 – grupo tratado com FFA seguido da irradiação laser. As amostras foram submetidas a um desafio cariogênico in vitro por meio de ciclagem de pH com duração de 8 dias. Após, as amostras foram avaliadas por tomografia por coerência óptica (OCT Callisto, l = 930 nm, Thorlabs Inc., Estados Unidos), em que foram realizados 5 escaneamentos equidistantes por amostra ao longo eixo das lesões formadas. Depois da aquisição das imagens, foi calculado o coeficiente de atenuação óptica a partir do decaimento exponencial da intensidade da luz retroespalhada de todos os grupos, utilizando-se rotina desenvolvida em software MatLab. A análise estatística foi executada empregando-se o teste estatístico de Kruskal-Wallis e Student-Newman-Keuls, considerando-se o nível de significância estatística de 5%. Resultados: Nenhum dos tratamentos pospostos apresentou desgaste da superfície após desafio cariogênico. Observouse que o grupo irradiado apresentou coeficiente de atenuação óptica (13,6 ± 1,57 μm-1) significativamente maior (p < 0,05) que os demais grupos experimentais. Os demais grupos apresentaram os seguintes valores de coeficiente de atenuação óptica: G1: 12,72 ± 0,98 μm-1 12,65 ± 0,92 μm-1 12,6 ± 1,4 μm-1 12,76 ± 1,15 μm-1. Desta forma, os outros grupos, quando comparados entre si, não diferiram estatisticamente. Conclusões: A irradiação da dentina com laser de Er,Cr:YSGG isoladamente possibilitou a redução da desmineralização, evidenciada pelo aumento do coeficiente de atenuação óptica. Ainda assim, a tomografia por coerência óptica apresenta-se como uma técnica promissora para avaliação dos efeitos da irradiação laser sobre as lesões incipientes de cárie.
Avaliação da espessura da epiderme em hemangioma por optical coherence tomography
2016 - AMARAL, M.M.; TEIXEIRA, L.R.C.; CARVALHO, M.T.; GOMES, A.S.L.; ZEZELL, D.M.
Introdução: Os Hemangiomas são lesões vasculares que comumente encontradas na região da cabeça e pescoço, atingindo cerca de 10% das crianças ao redor do mundo [1]. O diagnóstico precoce pode levar ao tratamento das lesões e redução de suas consequências estéticas e psicológicas causadas ao paciente. A biopsia excisional é o padrão ouro para diagnostico a nível celular, porém é uma técnica invasiva e que pode causar efeitos colaterais. As alternativas não invasivas disponíveis são a tomografia computadorizada (CT), a imagem por ressonância magnética (MRI) e o ecografia por ultrassom (US) [1, 2]. Tanto o CT quanto o MRI apresentam um custo proibitivo para aplicações clínicas de rotina. Já o US está presente em hospitais e possui custo mais acessível com aplicações no diagnóstico vascular. A imagens US atinge camadas profundas com resolução e alguns milímetros no do tecido biológico, não atendendo aos hemangiomas que aparecem nas camadas mais superficiais da pele. Uma possível alternativa é a técnica Optical Coherence Tomography (OCT) que produz imagens em seção transversal com resolução micrométrica do tecido biológico utilizando luz. Ela encontra aplicações na dermatologia [3] e pode ser usado para caracterização funcional, óptica ou morfológica de tecido biológico. O objetivo deste trabalho foi avaliar as diferenças de espessura da epiderme em regiões de lesão vascularizada e normal utilizando a técnica OCT. Materiais e Métodos: As imagens OCT foram adquiridas utilizando-se um sistema OCT swept source com resolução axial de 9 μm e lateral de 18 μm. As imagens possuem 512x1024 pixel (axial x lateral) e foram adquiridas a uma taxa de 25 quadros / s. Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética do IMIP (protocolo no. 728.993). Neste estudo fo ram utilizadas imagens da mão de um paciente nas regiões de hemangioma e pele sadia, possibilitando a identificação de suas diferenças. Foi implementado um algoritmo em ambiente Matlab para determinar a espessura da epiderme em todas as 541 imagens de lesão vascularizada e as 50 de pele normal. Resultados: Através da medição automatizada da espessura da epiderme na região de lesão e sadia (figura 1) foi possível observar a distribuição de profundidade em cada uma destas regiões. A região de lesão possui uma distribuição de profundidade mais estreita e com espessura menor que a de pele normal. Já a região de pele normal apresenta uma distribuição mais larga, porém com dois valores de maior probabilidade, isso se deve tanto a presença de glândulas mais visíveis na pele sadia quanto a uma maior presença de papilas dérmicas na junção derme-epiderme. Conclusões: A medição da espessura da epiderme mostrou-se válida como um possível marcador da presença de hemangioma. O uso desta abordagem poderia ser complementar a outros marcadores possíveis de serem extraídos do sinal OCT. A ampliação do painel de estudo e comparação com outras técnicas padrão ouro deverá ser realizada em futuros estudos.
General model for depth-resolved estimation of the optical attenuation coefficients in optical coherence tomography
2019 - AMARAL, MARCELLO M.; ZEZELL, DENISE M.; MONTE, ADAMO F.G.; CARA, ANA C.B. de; ARAUJO, JEANN C.R.; ANTUNES, ANDREA; FREITAS, ANDERSON Z.
We present the proof of concept of a general model that uses the tissue sample transmittance as input to estimate the depth-resolved attenuation coefficient of tissue samples using optical coherence tomography (OCT). This method allows us to obtain an image of tissue optical properties instead of intensity contrast, guiding diagnosis and tissues differentiation, extending its application from thick to thin samples. The performance of our method was simulated and tested with the assistance of a home built single-layered and multilayered phantoms (~100 μm each layer) with known attenuation coefficient on the range of 0.9 to 2.32 mm−1. It is shown that the estimated depth-resolved attenuation coefficient recovers the reference values, measured by using an integrating sphere followed by the inverse adding doubling processing technique. That was corroborated for all situations when the correct transmittance value is used with an average difference of 7%. Finally, we applied the proposed method to estimate the depth-resolved attenuation coefficient for a thin biological sample, demonstrating the ability of our method on real OCT images.
Evaluation of intra root canal Er,Cr:YSGG laser irradiation on prosthetic post adherence
2019 - QUINTO JUNIOR, JOSE; AMARAL, MARCELLO M.; FRANCCI, CARLOS E.; ANA, PATRICIA A.; MORITZ, ANDREAS; ZEZELL, DENISE M.
Purpose: In clinical prosthetics procedures, including endodontics and post fixation, the presence of a smear layer can reduce the post bond strength. An Er,Cr:YSGG laser, which emits at 2780 nm, can promote a smear-layer-free surface due to the ablation process. Considering these aspects, the purpose of this work was to evaluate the influence of Er,Cr:YSGG laser irradiation using either a radial or an axial fiber tip on the bond strength of three resin cements to the fiber-reinforced composite posts. Materials and Methods: Ninety recently extracted single rooted human teeth had their root canal instrumented and were randomly distributed into nine experimental groups, in which three resin cements (total-etching Variolink II, self-etching Panavia F, and self-adhesive RelyX Unicem Aplicap) and three root canal treatments (no treatment, laser irradiation using the radial fiber tip, laser irradiation using the axial fiber tip) were used. Specimens were then sectioned into three sections (cervical, middle, and apical thirds) with two slices on each section. A push-out test was performed on each slice, and the values were recorded as MPa. The push-out data were analyzed by a Ryan-Joiner normality test followed by a two-way ANOVA test and Tukey pairwise comparison. The statistical analysis was performed on each third section separately, with a 5% significance level. Results: Laser irradiation with axial fiber tip significantly increased the post bond strength of RelyX Unicem Aplicap on middle third of specimens (p < 0.001) when compared to other root canal treatments (unlased or irradiated with radial tip). Considering the Panavia resin cement, laser irradiation with either axial or radial tips promoted a significant increase on the post bond strength of middle third when compared to unlased specimens (p < 0.001); however, laser irradiation did not influence the post bond strength of Variolink resin cement. Conclusions: The use of the Er,Cr:YSGG laser for clinical prosthetics procedures enhances the post bond strength of Panavia and RelyX Unicem Aplicap resin cements, mainly at middle third of roots, and does not interfere with the bond strength of Variolink resin cement. For the RelyX Unicem Aplicap system, the use of axial tip is most advantageous and can be recommended for future clinical application.
The use of optical coherence tomography for the evaluation of the effects of an infrared laser on dentin demineralization
2018 - ANA, PATRICIA A.; SILVA, ELIZABETE dos S.F.; BENETTI, CAROLINA; AMARAL, MARCELO M.; ZEZELL, DENISE M.; GOMES, ANDERSON S.L.
The effect of Er,Cr:YSGG laser on dentin demineralization was evaluated by optical coherence tomography, which was able to quantify and to evidence that this laser is a promissory alternative for preventing dentin caries.
Hemangioma vascular lesion characterization by optical coherence tomography
2016 - AMARAL, M.M.; TEIXEIRA, L.R.C.; CARVALHO, M.T.; GOMES, A.S.L.; ZEZELL, D.M.
Hemangioma vascular lesions are common childhood tumors appearing mainly in the neck and head. It affects 10% of children worldwide [1]. In most cases the lesions does not bring consequences for the patient's health, although some patient can develop complications caused by tissue deformities. In extreme cases, it could be a life risk. The early diagnosis of the lesion could lead to an early treatment and a reduction on its aesthetic and psychological consequences. In this work, we evaluate the use of the Optical Coherence Tomography to differentiate between hemangioma vascular lesions from normal skin. Using a swept source OCT (9 m and 18 m axial and lateral resolution) 541 images of hemangioma lesion and 50 image of normal skin on the hand region was acquired. IMIP Ethics Committee approved this study (protocol no. 728.993). In order to characterize the normal skin and the hemangioma vascular lesion it was implemented an automated analysis using Matlab ©. Two approaches was implemented, a morphological analysis [2] to evaluate the epidermis thickness and an attenuation coefficient analysis [3] to evaluate the optical feature of the tissue. It was possible to evaluate the depth distribution of epidermis for booth normal skin and hemangioma lesion. Normal skin presented a thicker epidermis layer and a broader distribution, while hemangioma lesion presented a narrower epidermis layer and uniform distribution. The attenuation coefficient of hemangioma lesion presented 9.2% higher values than normal skin. Booth approaches proved to be valid for hemangioma diagnosis and could be complementary to each other and the combination of these approaches will be discussed in this work.
Labial mucosa evaluation in systemic sclerosis using optical coherence tomography
2017 - PIRES, NATALIA S.M.; DANTAS, ANDREA T.; DUARTE, ANGELA L.B.P.; AMARAL, MARCELLO M.; FERNANDES, LUANA O.; DIAS, TEREZA J.C.; MELO, LUCIANA S.A.; MOTA, CLAUDIA C.B.O.; SILVA, PATRICIA F.C.; GOMES, ANDERSON S.L.
A clinical study was developed to evaluate the labial mucosa using optical coherence tomography in 33 systemic sclerosis patients and 35 healthy control. The mucosa presented statistically significant characteristics between the groups.
Photonics and optics applications: from Time and Frequency metrology to Biomedical Engineer
2016 - AMARAL, MARCELLO M.; LIMA, ICARO T.; VARELA, DANIEL; GARCIA, GUILHERME; TARELHO, LUIZ V.G.; ZEZELL, DENISE M.
Optical and photonic techniques have been applied on a broad range of problems from different fields of science. It has an important role on the solution of not only several physical problems but also of biological ones, too. Nowadays, laser technology is broadly applied from daily dentistry clinical procedures to industrial cutting machines. Moreover, spectroscopy is also applied from analysis of biological tissue to interrogation of atomic cesium (Cs) at time and frequency metrology. Additionally, interferometric techniques have been applied for vibration measurement, optical fiber fail detection and retinal diagnostics; particularly OCT (Optical Coherence Tomography) is one of these techniques. In this work, we briefly present our development at INMETRO (Brazilian National Metrology Institute) in the Primary Time and Frequency Laboratory, showing the importance of optics and photonics on daily work, specially the role of laser frequency stabilization and atomic spectroscopy on Brazilian Thermal Cs Beam Primary Frequency Standard (primary atomic clock). Furthermore, we show our work in biomedical applications at IPEN (Nuclear and Energetic National Institute) in the Biophotonics Laboratory of the Center for Lasers and Applications, presenting the interferometry technique (OCT) for odontology and dermatology applications. Even though, they seem to be subjects very different and apart they are under the same knowledge area. Summarizing, the study of optics and photonics techniques has allowed to apply this knowledge to apparently different subjects achieving relevant results for Brazilian Metrology and the Biomedical Engineering field.
Optical coherence tomography as a method for quantitative skin evaluation in systemic sclerosis
2018 - PIRES, NATALIA S.M.; DANTAS, ANDREA T.; DUARTE, ANGELA L.B.P.; AMARAL, MARCELLO M.; FERNANDES, LUANA O.; DIAS, TEREZA J.C.; MELO, LUCIANA S.A. de; GOMES, ANDERSON S.L.
Hemangioma vascular lesion characterization by Optical Coherence Tomography attenuation coefficient
2016 - AMARAL, M.M.; TEIXEIRA, L.R.C.; CARVALHO, M.T.; GOMES, A.S.L.; ZEZELL, D.M.
OCT was used to obtain optical attenuation coefficient from normal and vascular skin lesion, with a simple decay model. Lesioned skin presented 9.2% higher values than normal, which could be helpful for early hemangioma diagnosis.