Caratterizzazione di sensori di temperatura in fibra ottica basati su reticoli di Bragg = Characterization of fiber optic temperature sensors based on Bragg gratings

Negli ultimi anni gli avanzamenti tecnologici in ambito oncologico hanno portato, da una parte diagnosi più veloci, rendendo possibile il riconoscimento di tumori in fase iniziale e quindi ancora di piccole dimensioni, dall’altra il dover fronteggiare maggiori costi del sistema sanitario. In questo contesto trovano applicazione i trattamenti di ablazione termica, una terapia alternativa e più economica rispetto alla chirurgia tradizionale. Questa mira ad indurre necrosi cellulare nella lesione tumorale, attraverso il calore, senza danneggiare il tessuto sano circostante. Per tal motivo è necessario monitorare la temperatura, il più accuratamente possibile, nell’area trattata. Nella termometria una tecnologia promettente è quella dei sensori in fibra ottica, in quanto offre diversi vantaggi, quali le dimensioni ridotte, l’elevata sensibilità e l’immunità all’ interferenza magnetica, compatibile quindi con tecniche di ablazione laser e ablazione a radiofrequenza. In particolare, in questo lavoro di Tesi, sono stati utilizzati i reticoli di Bragg (FBG), realizzati modificando in modo periodico l'indice di rifrazione del core di una fibra ottica per telecomunicazioni. La tecnica di scrittura ha permesso di realizzare un fitto array di reticoli ottenendo così un sensore di temperatura multi punto. Lo studio si è concentrato sulla caratterizzazione di tali sensori dopo averli incapsulati all’interno di capillari di vetro. Il rivestimento dei reticoli è infatti necessario a prevenire errori di misura dovuti alle deformazioni meccaniche della fibra. La caratterizzazione si è svolta con un setup termico appositamente sviluppato e ha permesso di trovare i parametri che legano la lunghezza d’onda di Bragg alla temperatura, e di valutare, ripetendo le caratterizzazioni, le incertezze di taratura. A titolo di confronto è stato realizzato e caratterizzato anche un sensore a reticolo di Bragg incapsulato in un capillare in PEEK, un polimero utilizzato in termometria, anche in ambito biomedicale. È stato implementato, inoltre, un modello termico mediante il Partial Differential Equation Toolbox di Matlab per valutare gli errori introdotti dal capillare di protezione delle fibre in presenza di una distribuzione lineare di temperatura. Sono stati presi in considerazione diversi materiali, con differenti proprietà termiche, quali vetro, PEEK, acciaio inox e rame. Infine, i reticoli caratterizzati sono stati utilizzati in una prova di ipertermia a microonde su fantoccio in agar dove hanno permesso di monitorare l'evoluzione della temperatura in condizioni reali, dimostrando quindi la fattibilità dell'approccio proposto.