Light & vacuum. Sviluppo di un phantom ottico e studio di un sistema di compressione a supporto di una innovativa tecnologia di diagnosi precoce del cancro della mammella

R&D targeted at improving the design of DeHCA Light & Sound/Breast, an innovative device for the early diagnosis of breast cancer. Development of an optical phantom that can support the implementation of the algorithm of the sofware for the dynamic optical imaging. Research and prototyping of a new compression technique that makes use of voiding of air from a polymeric membrane.

I tumori maligni sono attualmente una tra le prime cause di morte nel mondo e l’incidenza di queste malattie è destinata ad aumentare. Nel 2015 si sono registrati 17,5 milioni di nuovi casi. Di questi, circa 2,4 milioni sono risultati essere neoplasie maligne della mammella e circa 500.000 donne sono decedute a causa di queste patologie, che detengono il 29% dell’incidenza di tutti i casi di cancro sulle donne. La lotta contro questo enorme problema trova la sua prima arma nella ricerca e nello sviluppo di nuove e migliori terapie ma anche e soprattutto di nuovi sistemi diagnostici. Seppur esistano già dispositivi approvati dalla comunità scientifica, sono tuttora diversi i limiti che li affliggono, tra i quali la possibilità di effettuare programmi di prevenzione secondaria su pazienti di giovane età. Il percorso di ricerca, prototipazione e validazione oggetto di questa tesi si inserisce all’interno di tale delicato contesto, a supporto dello sviluppo del progetto DeHCA Light & Sound/Breast, un innovativo dispositivo per la diagnosi precoce del cancro della mammella. Con lo sviluppo di tale dispositivo Novaura srl, in collaborazione con Politecnico di Milano, si propone di congiungere due differenti tecnologie: l’imaging ottico dinamico e l’ecografia. L’integrazione delle informazioni funzionali e morfologiche ottenute dall’unione di queste due tecnologie permetterebbe infatti di superare alcuni importanti limiti e difetti degli strumenti diagnostici tradizionali. L’attività di ricerca di questa tesi si è concentrata su due principali aspetti, funzionali all’evoluzione di DeHCA L&S/B, che allo stato attuale è ancora in una fase progettuale di pre-industrializzazione. Il primo intervento è consistito nella produzione di una serie di sistemi phantom con caratteristiche ottiche assimilabili a quelle della mammella, necessari per consentire agli ingegneri informatici dell’azienda lo sviluppo e l’implementazione dell’algoritmo di ricostruzione di impronte e immagini funzionali relativo all’imaging ottico dinamico. Il secondo intervento ha invece avuto come oggetto la validazione e l’indagine di una nuova metodica di compressione che sfrutta lo svuotamento dell’aria da una membrana posta intorno alla mammella, ideata presso Novaura per rispondere ai vincoli e ai requisiti derivati dal progetto DeHCA Light & Sound/Breast. Questa parte dell’attività ha visto la suddivisione del lavoro su due differenti ambiti, portati avanti in parallelo. Per poter effettuare i test di comprensione è stato necessario sviluppare anzitutto dei sistemi di simulazione del complesso mammella-torace, definiti dummies meccanici, che permettessero di valutare la tenuta e l’effettiva compressione. In contemporanea si sono sviluppati quasi 30 differenti prototipi di studio della membrana, impiegando diversi materiali e processi, per poter anzitutto riscontrare la validità della nuova metodica proposta e in seguito individuare i fattori chiave che influenzano l’efficacia della compressione.