Diffuse optical spectroscopy : a tool for lungs diseases diagnosis ?

This thesis project is an introductive work focused on understanding if it is possible to probe lung tissue with optical spectroscopy, with the final goal of diagnosing some lungs diseases. It is interesting to use this kind of technique on this particular problem since it can retrieve potentially useful diagnostic information about the tissue condition (composition and structure) without being invasive: this is not possible with currently used diagnostic methods. The situation appears complex, because lungs are inside the body, surrounded by the pleura, under a superficial layer composed of muscles, bones, fat and blood circulation system. In addition, lungs are part of a really dynamic environment, so there are several no controllable factors, as for example changes in blood oxygenation, that can perturb measurements. In order to face the problem in a simpler and more controllable condition, we tried to understand if it is possible to detect the most natural change in lungs, the one due to respiration. To do this, we first did some simulations to understand if this measurement is in principle possible. Then we made a real but controllable system, a so called tissue phantom, and we performed measurements on it. Finally we did some in vivo measurements in order to make a comparison between ideal and real conditions.

Questo progetto di tesi è un lavoro introduttivo focalizzato sul capire se sia possibile ottenere informazioni sul tessuto polmonare tramite la spettroscopia ottica, con l'applicazione finale di diagnosticare alcune malattie polmonari. Utilizzare una tecnica ottica per studiare questo particolare problema può essere interessante perché in tal modo sarebbe possibile ottenere informazioni, potenzialmente utili per una diagnosi, sulla condizione del tessuto (composizione e struttura) senza essere invasivi, cosa che non è possibile con gli attuali metodi diagnostici. La situazione è complessa: i polmoni si trovano all'interno del corpo, ricoperti dalla pleura e al di sotto di uno strato composto da muscolo, ossa, adipe e sangue. Inoltre, i polmoni sono parte di un ambiente molto dinamico e dunque sono presenti molti fattori difficilmente controllabili, come ad esempio l'ossigenazione del sangue, che possono perturbare le misure. Con l'idea di affrontare il problema in una condizione semplice e maggiormente gestibile, abbiamo cercato di capire se sia possibile rilevare la variazione più naturale dei polmoni: quella dovuta alla respirazione. Per fare ciò, abbiamo prima eseguito delle simulazioni per capire se la misura sia possibile in linea di principio. Successivamente abbiamo creato un sistema reale ma controllabile, un cosiddetto phantom del tessuto, e abbiamo eseguito delle misure su di esso. In conclusione abbiamo fatto delle misure in vivo per avere un confronto tra condizioni ideali e reali.