Progettazione di un sensore ad ultrasuoni per la rilevazione di bolle d'aria nelle linee sangue in circolazione extracorporea. = Design of an ultrasonic sensor for detecting air bubbles in bloodlines during extracorporeal circulation.

L’insorgenza di bolle d’aria è un fenomeno critico in diverse applicazioni industriali e mediche: dalle piattaforme oceaniche ai prodotti cosmetici, alla circolazione extracorporea. Rilevare in tempo reale le bolle d’aria che si possono generare è di fondamentale importanza per valutare l’integrità dei prodotti industriali o, in ambito biomedico, per non compromettere la vita dei pazienti. Alcuni sensori sfruttano gli ultrasuoni, altri si basano su metodi ottici, altri ancora su metodi capacitivi. Sempre crescente è l’impiego di sensori ad ultrasuoni in medicina per il rilevamento di bolle d’aria, data la loro capacità di effettuare misurazioni non invasive e l’elevata risoluzione temporale, rendendo possibile seguire qualsiasi fenomeno in rapida evoluzione per un intervallo di tempo prolungato. La presente tesi si pone l’obiettivo di progettare un sensore ad ultrasuoni per la rilevazione di bolle d’aria in circolazione extracorporea. Il sensore progettato è basato sul principio di trasmissione degli ultrasuoni fra due trasduttori piezoelettrici posti frontalmente e presenta un'uscita analogica in tensione le cui rapide variazioni indicano il passaggio di una bolla. Dopo un’analisi preliminare dei principi fisici alla base del dispositivo stesso sono state analizzate le diverse configurazioni possibili dei trasduttori alla base del sensore, valutandone benefici e limitazioni.  Scelta la configurazione ottimale sono state simulate le risposte in presenza di bolle sia in condizioni stazionarie sia in presenza di fluido a scorrimento variabile. Le simulazioni hanno permesso di sviluppare un modello che lega la tensione generata alla dimensione delle bolle, a partire da un modello lineare presente in letteratura. Successivamente tale modello è stato esteso analizzando informazioni aggiuntive relative alla portata del flusso all’interno del tubo e alle caratteristiche del fluido utilizzato. Sulla base dei risultati ottenuti è stata proposta una possibile architettura del sensore che potrà essere oggetto di lavori successivi finalizzati alla futura realizzazione del dispositivo.