Tecnologia Microonde per diagnosi di malattie neurodegenerative = Microwave technology for diagnosis of neurodegenerative diseases

La tecnologia microonde risulta essere una innovativa tecnologia che negli ultimi anni ha attirato l’attenzione di numerosi studi di ricerca nelle applicazioni in banda ISM (Industrial, Scientific and Medical). Tra le promettenti aspettative la più evidente riguarda la disponibilità e i bassi costi associati poiché implica l’utilizzo di radiazioni alle frequenze in banda delle telecomunicazioni, una tecnologia affermatasi con evidente successo dal secolo scorso ad oggi. Negli ultimi decenni l’interesse ha coinvolto anche il campo della ricerca medica, i cui sforzi sono volti allo sviluppo di tecniche di bioimaging o valutazione diagnostica. Tale aspettative nascono dall’esigenza di fornire uno strumento di supporto alle tecniche diagnostiche già collaudate al fine di concretizzare applicazioni che possano superare i limiti associati ad esse. I dispositivi diagnostici in commercio, come TC, PET, SPECT e MRI sono ben conosciuti per l’elevata affidabilità diagnostica ma anche per l’elevato ingombro e costi associati nonché, esclusa la MRI, per l’utilizzo di radiazioni ionizzanti che ne comportano l’esigenza di un ridotto utilizzo per minimizzare l’esposizione del paziente. Dispositivi non invasivi, quali sonde a US, non risultano nocivi per la salute dei pazienti sotto indagine ma la bassa risoluzione ad essi associati rendono la tecnica a bassa efficacia diagnostica per la maggior parte patologie. Obiettivo della tesi consiste nella valutazione di una possibile applicazione della tecnologia a microonde come strumento che possa sia diagnosticare che monitorare la progressione delle malattie neurodegenerative. Viene messo a disposizione per le prove computazionali un dispositivo a casco in fase di sviluppo, fornito dal gruppo di ricerca LACE (Antenna and Electromagnetic Compatibility Laboratory), a basso costo, pratico e non dannoso per la salute del paziente, sviluppato con il progredire degli studi di ricerca di questo gruppo volti al monitoraggio dell’edema cerebrale. Esso consiste in 24 antenne disposte tangenzialmente su una superficie emisferica che lavorano alla frequenza di circa 1 GHz e irradiano un campo polarizzato quasi linearmente. La valutazione viene condotta con approccio differenziale e si basa sull’analisi dei parametri di scattering rilevati dalle antenne come risultato dei fenomeni di trasmissione e riflessione che avvengono nel mezzo biologico. Inizialmente ci si è riferiti all’atrofia come caratteristica percepibile dal dispositivo essendo il meccanismo neuropatologico che accomuna le malattie neurodegenerative: sono state svolte simulazioni con un modello fornito dalla segmentazione dei dati forniti dalla Visible Human Project® su cui viene riprodotta la diminuzione percentuale di volume dell’encefalo secondo dati ricavati in letteratura da pazienti nella fase pre- e post-sintomatica di patologia neurodegenerativa a intervalli di circa 400 giorni. Viene anche valutata la rilevabilità del segnale ricevuto aggiungendo rumore con ampiezza crescente in modo da approssimare la situazione reale a partire dai risultati delle simulazioni che computano in condizioni ideali. In base ad evidenze rilevate da un’attenta analisi in letteratura, sono state rilevate ulteriori caratteristiche connesse ai meccanismi neuropatologici delle malattie neurodegenerative e, in generale, a un gran numero di neuropatologie che consistono in variazioni della permittività complessa del CSF e simulazioni aggiuntive sono state svolte.