Sensori di temperatura in fibra ottica quasi-distribuiti basati su reticoli di Bragg = Quasi-distributed fibre optic temperature sensors based on fiber Bragg gratings

L'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) afferma che il cancro sia una delle principali cause di morte in tutto il mondo, con quasi 10 milioni di decessi nel 2020. Oggigiorno, diagnosi tempestive e trattamenti efficaci dei tumori, ulteriormente ostacolati, nel 2020, dalla pandemia di COVID-19, sono più o meno perseguibili a seconda di quale sia il distretto corporeo affetto dalla malattia. In seguito alla diagnosi, la rimozione chirurgica del tumore è generalmente l'opzione preferita. Tuttavia, tale procedura spesso richiede la somministrazione di anestetici generali, alcuni di giorni di ricovero ospedaliero e numerose sedute riabilitative, affinché il paziente sia nuovamente in grado di svolgere le principali attività quotidiane. Per queste ragioni, e al fine di sviluppare dei trattamenti alternativi meno costosi, ma altrettanto efficaci, viene introdotta l'ablazione termica del tumore. I trattamenti termici minimamente invasivi disponibili si suddividono in ipertermici e ipotermici. I primi includono ablazione con radiofrequenza (RFA), ablazione con microonde (MWA) e ablazione laser (LA), mentre il principale trattamento basato su ipotermia è la crioablazione. Durante le procedure termiche di rimozione del tumore, per ottimizzare il risultato, è necessario un monitoraggio continuo e accurato della temperatura dell'area soggetta al trattamento. È bene sottolineare, però, che, nel caso dell'ablazione laser, siano necessarie accortezze particolari, dal momento che i sensori convenzionali sono causa di artefatti importanti quando esposti alla luce laser. Gli strumenti più promettenti per la misurazione della temperatura durante l'ablazione laser sono i sensori in fibra ottica, in quanto non soggetti a errori imputabili all'assorbimento della luce proveniente dalla sorgente laser. Tra i sensori di temperatura in fibra ottica, risultano di particolare interesse quelli basati sui reticoli di Bragg, poiché possono essere integrati nella fibra che eroga il fascio laser, consentendo una rilevazione multi-punto della temperatura in tempo reale. Pertanto, l'operatore diviene in grado di gestire la durata del trattamento e la potenza erogata dal laser e, dunque, di ottenere risultati migliori. Il lavoro si è concentrato sullo studio di un sensore in fibra ottica incapsulato all'interno di un sottile capillare di vetro. A titolo di confronto, sono state analizzate ulteriori configurazioni, utilizzando un ago in metallo e la fibra ottica nuda: nel primo caso, il dispositivo risulta robusto e semplifica l'inserimento del sensore, ma non può essere utilizzato in presenza di radiazione laser, mentre, nel secondo caso, i tempi di risposta sono inferiori, ma si è sensibili alle eventuali deformazioni tissutali. È stato implementato un modello termico mediante il Partial Differential Equation Toolbox™ di Matlab® per simulare l'andamento lineare di temperatura all'interno di una porzione di agar, in presenza di un sensore di temperatura in essa inserito. Successivamente, è stato realizzato un phantom di agar, sottoposto a condizioni termiche controllate, sul quale sono state svolte attività di tipo sperimentale per l'analisi dei dati acquisiti da sensori basati su reticoli di Bragg in presenza di una distribuzione lineare di temperatura, previa caratterizzazione dei reticoli stessi finalizzata all'ottenimento della relazione matematica tra temperatura e lunghezza d'onda.