Progettazione di un prototipo per l’illuminazione multi-angolare nell’imaging fotoacustico = Design of a prototype for multi-angle illumination in photoacoustic imaging

La presente tesi si concentra sull'applicazione pratica dell'imaging fotoacustico (PA - Photoacoustic), attraverso l’ottimizzazione di un sistema di illuminazione multi-angolare e l’impiego di un holder personalizzato realizzato mediante stampa 3D. L'obiettivo principale è ampliare le potenzialità dell’imaging PA, migliorando la qualità delle immagini e aumentando il Rapporto Segnale-Rumore (SNR – signal to noise ratio), al fine di favorire possibili applicazioni cliniche. L'imaging fotoacustico combina i vantaggi dell'ottica e degli ultrasuoni, consentendo la visualizzazione di strutture biologiche con alta risoluzione spaziale e buona profondità di penetrazione. Tuttavia, per ottenere immagini di elevata qualità, è fondamentale ottimizzare la configurazione di illuminazione durante la fase di acquisizione dati. A tal fine, si è adottato uno schema di illuminazione multi-angolare, che consente di esplorare diverse proiezioni e angoli di incidenza della luce, migliorando la discriminazione dei dettagli delle strutture analizzate. Per garantire una sperimentazione accurata, sono stati sviluppati due holder personalizzati attraverso la tecnologia di stampa 3D, i quali assicurano un posizionamento stabile e ripetibile del campione durante le acquisizioni. Questo approccio versatile e adattabile ha dettato una progettazione su misura degli holder, fornendo maggiore flessibilità. Durante gli esperimenti, sono stati utilizzati strumenti all'avanguardia, come il Phocus Mobile SE ed il Verasonics Vantage 256, rispettivamente per illuminare i campioni ed acquisire i dati ad ultrasuoni che sono stati utilizzati per ricostruire le immagini fotoacustiche. I test comparativi tra i diversi schemi di illuminazione multi-angolare prima e dopo il processing hanno confermato significativi miglioramenti in termini di qualità delle immagini e rapporto SNR. I test sono stati eseguiti utilizzando l'ambiente di programmazione MATLAB, che ha permesso di elaborare i dati acquisiti e ottenere immagini dettagliate. Inoltre, per garantire una sperimentazione realistica, i test sono stati condotti su dei fantocci preparati in prima persona, permettendo di simulare condizioni biologiche simili a quelle reali. Le potenziali applicazioni cliniche dell'imaging fotoacustico con uno schema di illuminazione multi-angolare ottimizzato per mezzo di un holder personalizzato sono, dunque, promettenti. Principalmente, questa tecnica offre opportunità avanzate per la diagnosi precoce di patologie, la monitorizzazione terapeutica e la comprensione approfondita dei tessuti biologici. In conclusione, i risultati ottenuti rappresentano un contributo significativo alla ricerca in questo campo, aprendo nuove possibilità per l'applicazione clinica di questa promettente tecnica. L'unione tra la PAT, la stampa 3D, l'uso di MATLAB e l'approccio della multi-illuminazione offre un'innovativa soluzione che può portare a importanti progressi nell'imaging biomedico, migliorando accuratezza e affidabilità delle immagini.