Validación de un modelo para la estimación del contenido de agua del suelo mediante espectroscopía en el infrarrojo cercano

El monitoreo del contenido de humedad en el suelo es especialmente importante, ya que proporciona información relevante para tomar decisiones acertadas, en cuanto a riego, fertirriego y manejo del estrés hídrico. Este trabajo tiene como objetivo validar un modelo de estimación del contenido de agua en el suelo, mediante espectroscopía de reflectancia difusa en el rango del infrarrojo cercano. Los suelos evaluados provienen de los municipios de Puerto Gaitán (Meta), Espinal (Tolima) y Mosquera (Cundinamarca). En los dos primeros se establecieron redes rígidas, para seleccionar los puntos de muestreo y empleando dos profundidades en cada caso (0-10 y 10-30; 0-10 y 10-25 cm, respectivamente). Para el tercero, se describieron 77 calicatas y se tomaron muestras a 0-10 y 10-35 cm de profundidad. Posteriormente, se evaluó el contenido de humedad considerando 0, 15 y 30 % de humedad. Los datos obtenidos se analizaron con estadística descriptiva. Se empleó la validación cruzada y externa para cada modelo y se obtuvo un modelo general, a partir de los datos de los tres sitios. Los modelos obtenidos para cada sitio de muestreo y el modelo general tienen buena capacidad predictiva. Según los resultados, se afirma que la espectroscopía de reflectancia difusa NIR es una excelente opción para determinar el contenido de agua en el suelo. De igual manera, a partir del análisis de componentes principales, se identificó una diferenciación entre contenidos de agua de los suelos estudiados.

Monitoring soil moisture content is especially important as it provides relevant information for making informed decisions regarding irrigation, fertigation, and water stress management. This study aims to validate a model for estimating soil water content using diffuse reflectance spectroscopy in the near-infrared range. The evaluated soils come from the municipalities of Puerto Gaitán (Meta), Espinal (Tolima), and Mosquera (Cundinamarca). In the first two municipalities, rigid networks were established to select sampling points, with two depths considered for each case (0-10 and 10-30 cm; 0-10 and 10-25 cm, respectively). For the third municipality, 77 soil pits were described, and samples were taken at depths of 0-10 and 10-35 cm. Subsequently, moisture content was evaluated at 0, 15, and 30 % moisture levels. The obtained data were analyzed using descriptive statistics. Cross-validation and external validation were applied to each model, and a general model was developed based on the data from all three sites. The obtained models for each sampling site and the general model demonstrated good predictive capacity. Based on the results, it is affirmed that near-infrared diffuse reflectance spectroscopy is an excellent option for determining soil water content. Similarly, principal component analysis identified differentiation between water contents of the studied soils.

Effects of storage on vis-NIR-SWIR reflectance spectra of Mombasa grass leaf samples / Efeitos do armazenamento no espectro de reflectância vis-NIR-SWIR de amostras foliares de capim Mombaça

ABSTRACT: Vis-NIR-SWIR reflectance spectra of leaf samples, collected in the laboratory, allow the calibration of predictive models to quantify their physicochemical attributes in a practical manner and without producing chemical residues. This technique should enable the development of management strategies for intensification of pasture use. However, spectral analysis performed in the laboratory may be affected by the deterioration of plant material during transport from the field to the lab, so storage methods are necessary. This research aimed to evaluate the effects of different storage methods on the spectral response of Mombasa grass leaves. Three methods were evaluated: (i) artificially refrigerated environment, (ii) humid environment, and (iii) without microenvironment control. These methods were tested in five different storage times: 2 hours, 4 hours, 8 hours, 24 hours and 48 hours. The spectral behavior of the leaves still inserted in the plant was used as a quality reference. Results showed notable changes at the earliest storage time for the treatment without microenvironment control. Both methods with microenvironment control stabilized the occurrence of spectral changes over 48 hours of the samples storage, thus both were suggested for this species.

RESUMO: Espectros de reflectância vis-NIR-SWIR de amostras foliares, coletados em laboratório, permitem a calibração de modelos preditivos para quantificação de seus atributos físico-químicos de maneira prática e sem produção de resíduos químicos. Esta técnica permite o desenvolvimento de estratégias de manejo para a intensificação do uso de pastagens. Contudo, análises espectrais realizadas em laboratório podem ser afetadas pela deterioração do material vegetal durante o transporte do campo ao laboratório, fazendo-se necessário a utilização de métodos de armazenamento. O presente trabalho objetivou avaliar o efeito de diferentes métodos de armazenamento na resposta espectral de folhas de capim Mombaça. Avaliou-se três métodos: (i) ambiente refrigerado artificialmente; (ii) ambiente úmido; e (iii) ao ar livre, sem controle do microambiente; assim como, cinco diferentes tempos de armazenamento: 2 horas, 4 horas, 8 horas, 24 horas e 48 horas. O comportamento espectral das folhas ainda inseridas na planta foi utilizado como referência de qualidade. Os resultados mostraram alterações pronunciadas para o armazenamento ao ar livre já nos primeiros intervalos de tempo. Ambos métodos com controle de microambiente permitiram estabilizar a ocorrência de alterações espectrais ao longo das 48h de armazenamento das amostras, sendo ambos sugeridos para esta espécie.

La lente dermatológica… historia y algo más / Dermatological vision lens... history and something else

El microscopio es un instrumento, que desde hace muchos años es herramienta diagnóstica en Dermatología. La evolución del microscopio ha ido en sinergia con el avance de la tecnología, siendo el desarrollo de imágenes microscópicas digitalizadas, fuente de estudio en la época actual. El uso de estas imágenes en Dermatología ha permitido realizar diagnósticos en tiempo real; situación que vence la celeridad diagnóstica y aminora tanto para el médico como para el paciente, la lentitud de otras técnicas. El conocimiento sobre los diferentes métodos que se utilizan actualmente, para confirmar diagnósticos de enfermedades cutáneas, como: la dermatoscopía, la dermatoscopía multiespectral y la microscopía confocal de reflectancia, son imprescindibles para la formación del dermatólogo de hoy en día, ya que, con ellos se resumen pasos para el manejo definitivo de los pacientes. Con esta disertación, realizaremos un breve análisis de la historia de la microscopía, desde sus inicios hasta la era digital y los beneficios que se obtienen, con el uso de cada una de estas técnicas diagnósticas.

The microscope, is an instrument that for many years is used as a diagnostic tool in Dermatology. The evolution of the microscope has gone in synergy with the advancement of technology, being the development of digitized microscopic images a source of study and research in the present time. The use of these images in Dermatology has carried out diagnoses in real time; situation that overcomes the diagnostic speed and reduces for both the doctor and the patient the slowness of other techniques. The knowledge about the different methods currently used to confirm skin diseases, such as dermatoscopy, multispectral dermoscopy and confocal reflectance microscopy, is essential for the formation of today's dermatologist, since they summarize the steps for the definitive management of patients. With this dissertation, we will make a brief analysis of the history of microscopy from its beginnings to the digital age, and the benefits obtained with the use of each of these diagnostic techniques.

La mitocondria como un sistema de multicapas ópticas para la propagación de los campos electromagnéticos

El artículo propone estudiar la propagación de los campos electromagnéticos a través de la mitocondria. Se presenta un modelo simplificado de la mitocondria como un sistema periódico de multicapas de índices de refracción alternantes. Mediante el método de transferencia matricial se calcula la dependencia, la reflectancia y transmitancia en función de la longitud de onda del campo electromagnético incidente. Se observa la existencia de una región de longitudes de onda (o frecuencia prohibidas) en la cual no existe propagación de los campos a través del sistema, esto corresponde a una reflectancia máxima R=1.

The article aims to study the propagation of electromagnetic fields through the mitochondria. We present a simplified model of the mitochondrion as a periodic multilayer of alternating refractive indices. Using the transfer matrix method calculates dependence reflectance and transmittance versus wavelength of incident electromagnetic field. Observe the existence of a wavelength region (or prohibited frequency) in which there is no spread of the fields through the system, this corresponds to a maximum reflectance R = 1.

O artigo tem como objetivo estudar a propagação de campos eletromagnéticos através das mitocôndrias. Nós apresentamos um modelo simplificado da mitocôndria como uma multicamada periódica de alternância de índices de refração. Utilizando o método de matriz de transferência calcula reflectância dependência e transmitância contra o comprimento de onda de campo eletromagnético incidente. Note-se a existência de uma região de comprimento de onda (ou frequência proibida) em que não há nenhuma propagação dos campos através do sistema, isto corresponde a um máximo de reflectância R = 1.

Discriminação entre solos formados em região transicional por meio de sua resposta espectral / Dicrimination between soils formed in transitional region through spectral response

Os levantamentos pedológicos são amplamente utilizados nos mapeamentos de solo por serem métodos confiáveis, no entanto, apesar de tal vantagem são demorados e trabalhosos. Dentro deste contexto, surge o sensoriamento remoto como uma técnica rápida e promissora capaz de auxiliar nos levantamentos, de forma a tornar o processo mais dinâmico. O objetivo deste trabalho foi avaliar a possibilidade de discriminação de cinco classes de solos localizadas no planalto de Apucarana por meio de suas respostas espectrais. Foi estabelecido um grid de 500 m x 500 m em uma área com dimensão de 2500 ha, a partir do qual foram coletadas amostras a 0-0,2 m e 0,8-1,0 m de profundidade. As reflectâncias foram obtidas com o FiedSpec 3 JR, na faixa de 350 a 2500 nm. Equações discriminantes e simulações foram geradas a partir das respostas espectrais das amostras de solo. Das 88 variáveis avaliadas, apenas 8 foram selecionadas pelo procedimento STEPDISC para fazerem parte dos modelos. As equações discriminantes geradas foram testadas, obtendo-se matrizes de confusão, as quais apresentaram acerto acima de 70% para cada classe de solo. Da mesma forma, equações discriminantes simuladas foram geradas, obtendo-se resultados mais significativos para reclassificação quando utilizados dados que fizeram parte da geração do modelo (60%) em comparação com os dados independentes do modelo (40%). As respostas espectrais das amostras de solo empregadas na análise discriminante foram capazes de dar subsídio para separação das cinco classes de solo da área de estudo, comprovando ser uma ferramenta valiosa mesmo em condições de elevada variabilidade pedológica e de atributos como em regiões transicionais.

The pedological surveys are widely used in soil mapping because they are reliable methods, however, although this advantage are time consuming and laborious. Within this context, remote sensing appears as a quickly and promising technique able to assist in the surveys in order to make the process more dynamic. The objective this work was to evaluate the possibility of discrimination of five classes of soils located in the plateau of Apucarana through their spectral responses. Was established a grid of 500 m x 500 m in an area with dimensions of 2500 ha, from which samples were collected at 0 to 0.2 and of 0.8 to 1.0 m deep. The reflectances were obtained with the FiedSpec 3 JR, in the range 350 to 2500 nm. Discriminant equations and simulations were generated from the spectral responses of soil samples. Of the 88 variables evaluated, only 8 were selected by the procedure STEPDISC to be part of the models. The discriminant equations generated were tested, resulting in confusion matrices, which showed accuracy above 70% for each class of soil. Likewise, simulated discriminant equations were generated, obtaining most significant results for reclassification when used data that were part of the model generation (60%) in comparison with the model independent data (40%). The spectral responses of soil samples used in discriminant analysis were able to give support for separation of five classes of soil in the study area, proving to be a valuable tool even in conditions of high pedological and attribute variability as in transitional regions.

Estudio de la sensibilidad y especificidad diagnóstica del microscopio confocal de reflectancia (MCR) en lesiones tumorales de la piel / Diagnostic sensitivity and specificity of the Reflectance Confocal Laser Microscope (RCLM) in tumors of the skin

Introducción: El Microscopio Láser Confocal de Reflectancia (MCR) es una técnica no invasiva, con resolución cuasi histológica, que permite la visualización de células y estructuras de la piel. Esta tecnología es especialmente útil en el diagnóstico de lesiones tumorales. Material y métodos: Se trata de un estudio retrospectivo que busca medir la sensibilidad y especificidad del MCR en el diagnóstico de lesiones tumorales de la piel. Luego de obtener imágenes con el MCR de las lesiones, éstas se resecaron y se enviaron a estudio histopatológico, observando la correlación entre ambas técnicas. Resultados: Encontramos un 98 por ciento de concordancia entre el diagnóstico por MCR y el diagnóstico histopatológico para el total de tumores. El MCR mostró una sensibilidad y especificidad de 100 por ciento paramelanomas y sensibilidad de 93 por ciento y especificidad de 100 por ciento para carcinoma basocelular. En el caso de nevus atípico, la sensibilidad fue de 100 por ciento y la especificidad de 97 por ciento. Sólo dos lesiones que en la histopatología demostraron ser carcinomas basocelulares superficial y nodular fueron confundidas conqueratosis liquenoide y nevus atípico respectivamente. Discusión: Este estudio demostró una alta concordancia entre el MCR y la histopatología en tumores malignos. Sin duda que el MCR es y seguirá siendo un pilar fundamental en el diagnóstico de las lesiones tumorales de la piel, así como en la investigación y seguimiento in vivo de diversas lesiones de la piel.

Introduction: The Reflectance Confocal Laser Microscope (RCLM) is a new non-invasive technology, with quasi-histological resolution, which allows visualization of cells and skin structures and is particularly useful in the diagnosis of skin tumors. Material and methods: This is a retrospective study aimed to determine the diagnostic sensitivity and specificity of the RCLM in tumors of the skin using conventional histology as the gold standard for diagnosis. The images were obtained from patients with tumors of the skin using the RCLM, which were subsequently excised and sent to histopathological analysis. Results: We found a 98 percent concordance between the previous diagnosis by RCLM and pathology results. Diagnosis by confocal microscopy showed a sensitivity and specificity of 100 percent for melanomas, 93 percent sensitivity and 100 percent specificity for basal cell carcinoma and a sensitivity of 100 percent and specificity of 97 percent for atypical nevi. Only 2 lesions on histopathology proved to be superficial and nodular basal cell carcinomas were confused with lichenoid keratosis and atypical nevi, respectively. Discussion: We believe that RCLM is and will remain a really useful tool in the diagnosis of tumours of the skin as well as in research and in vivo monitoring of various types of skin lesion.

Uso de la microscopia confocal de reflectancia en dermatología / Use of confocal reflectante microscopy in dermatology

La microscopia confocal de reflectancia (MCR) es una herramienta de imágenes no invasiva que permite la visualización in vivo y en tiempo real de estructuras microscópicas de la epidermis, unión dermo-epidérmica y dermis superficial con una resolución cuasi histológica. Ha sido utilizada en la evaluación de lesiones benignas y malignas, demostrando un gran potencial para aplicaciones en investigación básica y en dermatología clínica. En el presente trabajo se revisan conceptos acerca del desarrollo y principios básicos del funcionamiento de la MCR, así como de sus aplicaciones en la práctica clínica.

Reflectance confocal microscopy (RCM) is a noninvasive imaging tool that allows in-vivo and realtimevisualization of microscopic structures of the epidermis, dermo-epidermal junction and superficialdermis with a quasi-histological resolution. It has been used in the evaluation of benignand malignant lesions, showing a great potential for applications in basic research and clinicaldermatology. This paper reviews concepts about the development and basic principles of the RCMand its applications in clinical practice.

In-flight absolute calibration of the CBERS-2 CCD sensor data

Since the first images of the sensors on board of CBERS-2 (China-Brazil Earth Resources Satellite) satellite were made available by the National Institute for Space Research (INPE), users have asked information about the conversion of image digital numbers to physical data (radiance or reflectance). This paper describes the main steps that were carried out to calculate the in-flight absolute calibration coefficients for CBERS-2 CCD level 2 (radiometric and geometric correction) images considering the reflectance-based method. Remarks about the preliminary evaluation of these coefficients application are also presented.

Desde o início da distribuição de imagens dos sensores do satélite CBERS-2 (China-Brazil Earth Resources Satellite) por parte do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), a comunidade de usuários solicitava informação sobre a conversão dos números digitais em valores físicos (radiância ou reflectância). Este artigo descreve os principais passos adotados no cálculo dos coeficientes de calibração absoluta para as imagens disponibilizadas no nível 2 de correção (correções radiométrica e geométrica) da câmera CBERS-2 CCD, considerando o método baseado na reflectância de uma superfície de referência. São apresentados também alguns resultados da avaliação preliminar da aplicação desses coeficientes na conversão mencionada.

Spectral characterization of mangrove leaves in the Brazilian Amazonian Coast: Turiaçu Bay, Maranhão State

Mangrove communities are tropical systems which have fewer species than tropical forests, especially in Latin America and display a single architecture, usually lacking the various strata commonly found in other forest ecosystems. The identification of mangrove communities by orbital data is not a difficult task but the most interesting challenge is to identify themselves by the dominant species. The first step toward that floristic identification is the spectral characterization of detached leaves. Leaves from four species of mangrove trees were spectrally characterized considering the Directional Hemispherical Reflectance Factor (DHRF) determined through radiometric measurements using an integrating sphere LICOR 1800 attached to a spectroradiometer SPECTRON SE-590. In the visible bands (0.45-0.69 µm) the button-shaped mangrove Conocarpus erectus was brighter and the red mangrove Rhizophora mangle was darker than the other two species which shows very close DHRF values. Otherwise the black mangrove Avicennia germinans and the white mangrove Laguncularia racemosa can be distinguished from one another in the Near Infra Red (NIR) region (0.76-0.90 µm and in this region of the spectrum the DHRF of C. erectus and R. mangle become very close.

Comunidades de manguezais são sistemas tropicais que apresentam poucas espécies constituintes em relação às florestas tropicais úmidas, especialmente na América Latina e apresentam arquitetura simples, freqüentemente com a falta de vários estratos encontrados em outros ecossistemas florestais. A identificação de manguezais mediante a observação de dados orbitais não é uma tarefa muito complicada, porém um desafio interessante seria sua diferenciação mediante a identificação de espécies dominantes. O primeiro passo para essa identificação florística é a caracterização espectral de folhas isoladas. Folhas de quatro espécies arbóreas de manguezais foram caracterizadas espectralmente considerando o Fator de Reflectância Direcional-Hemisférico (FRDH) determinado através de medidas radiométricas realizadas com o uso de uma esfera integradora LICOR 1800, acoplada a um espectrorradiômetro SPECTRON SE-590. Na região do visível (0,45-0,69 mm), o denominado mangue de folhas arredondadas de Canocarpus erectus foi o mais brilhante e o mangue vermelho de Rhizophora mangle foi o mais escuro, em comparação com os dois demais manguezais estudados, que apresentaram valores de FRDH muito próximos entre si. O denominado mangue preto de Avicennia germinans pode ser distinguido do mangue branco de Laguncularia racemosa na região do Infravermelho Próximo (0,76-0,90 mm) e nessa mesma região, os espectros de FRDH de C. erectus e de R. mangle foram muito similares entre si.

Monitoração da saturação de oxigênio em circulação extracorpórea por reflectância óptica / Monitoring of oxygen saturation in extracorporeal circulation using an optical reflectance transducer

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a avaliação de um transdutor óptico de reflectância para monitoração da saturação de oxigênio (SO2) no sangue arterial e venoso fluindo pelo circuito de circulação extracorpórea (CEC). O transdutor opera com dois diodos emissores de luz com picos de emissão nas faixas do espectro do vermelho e do infravermelho e um fotodiodo. O transdutor óptico é utilizado em conjunto com um conector transparente, especialmente projetado para ser colocado na linha do circuito de CEC sem alterar o escoamento do sangue. O desempenho de quatro transdutores ópticos foi avaliado em ensaios in vitro e durante monitoração da SO2 em pacientes (n = 16) submetidos à cirurgia cardíaca com CEC. Nos ensaios in vitro utilizou-se sangue de cães em um sistema para simulação de CEC. Os índices de correlação entre os valores de SO2 medidos por reflectância óptica e a SO2 medida por aparelho comercial de gasometria foram de 0,9979 ± 0,0004 nos ensaios in vitro e 0,87 ± 0,05 nas cirurgias com CEC. Os resultados demonstram a possibilidade de se utilizar o princípio de reflectância óptica em 2 comprimentos de onda de luz para determinar a SO2 de forma contínua e em tempo real durante cirurgias com CEC.