Imaging Fotoacustico: progettazione e sviluppo di una sorgente ottica impulsata basata su LED = Photoacoustic Imaging: design and development of a pulsed optical source based on LEDs

L'imaging biomedicale è un campo di grande interesse e attualità grazie alla continua evoluzione delle numerose tecologie che permettono di osservare in modo non invasivo numerose strutture anatomiche. La necessità di avere sistemi di imaging sempre più evoluti ha portato allo sviluppo e alla diffusione dell'imaging fotoacustico, tecnologia che mette in comunicazione l'ottica e l'acustica attraverso l'effetto da cui prende il nome. Questa tecnologia permette di visualizzare strutture anatomiche prima inosservabili o difficilmente misurabili con altre tecniche, come ad esempio il flusso sanguigno nei diversi vasi. L'imaging fotoacustico può essere realizzato utilizzando sistemi per imaging ad ultrasuoni già esistenti: la non invasività, i bassi costi e l'utilizzo di radiazioni non ionizzanti rendono pratico e sicuro l'utilizzo di questa tecnica. Si hanno inoltre vantaggi per quanto riguarda la portabilità e la facilità d'uso che lo rendono competitivo rispetto ad un esame RM o una TC. Negli ultimi anni sono state presentate diverse soluzioni dei sistemi di illuminazione dei tessuti che sono in grado di emettere impulsi luminosi nell'infrarosso vicino (NIR). Nell'ambito di ricerca e in quello commerciale le sorgenti ottiche più utilizzate sono basate su laser di vario tipo che permettono di ottenere impulsi ottici di breve durata (nanosecondi) anche con energie elevate (milliJoule). Grazie ai recenti progressi tecnologici di produzione, ultimamente sono stati proposti anche i diodi LED IR ad alta potenza che sono in grado di fornire prestazioni paragonabili ai laser allo stato solido ma con costi decisamente inferiori. Vengono così ridotti non solo i costi derivanti dall'impiego di LED, ma anche quelli legati alla sicurezza e all'ingombro di tutto il sistema per imaging, problema legato all'uso di sistemi laser. Grazie all'utilizzo di sorgenti a LED si possono quindi realizzare sistemi fotoacustici portatili, anche grazie ai bassi consumi energetici richiesti. L'obiettivo principale di questa tesi è quello di realizzare una sorgente luminosa per imaging fotoacustico utilizzando LED ad infrarossi ad alta potenza. Il dispositivo comprende sia la parte di controllo, sia le sorgenti luminose, in modo da avere una sola parte facilmente assemblabile e lavorabile. Il sistema realizzato è stato confrontato con sistema commerciale per fotoacustica, anch'esso basato su LED, e ha permesso di ottenere immagini di semplici strutture realizzate con agar aventi spessori fino ad alcuni millimetri. Le prove hanno quindi dimostrato la fattibilità e i limiti del sistema proposto.