Sviluppo di un dispositivo ad infrarossi per misure in vivo di temperatura per applicazioni cardiochirurgiche

Lo scopo finale di questo lavoro di tesi è lo sviluppo di un dispositivo a basso costo per la determinazione della temperatura di un vaso sanguigno tramite la rilevazione di raggi infrarossi. La temperatura può essere quindi correlata al flusso ematico al suo interno; utilizzando questa relazione è possibile per esempio valutare l’esito di un impianto di by-pass, evitando così altri tipi di indagini emodinamiche. Così come, con misurazioni più raffinate, si può determinare il flusso all’interno delle coronarie, per verificare la presenza o meno di stenosi. Il sensore utilizzato è di tipo piroelettrico. I sensori piroelettrici singoli sono facilmente reperibili sul mercato ed hanno un buon rapporto qualità-prezzo oltre a piccoli dimensioni. Proprio il basso costo è uno dei punti di forza di questo progetto, in quanto i sistemi oggi in commercio hanno costi molto elevati.
Gli obiettivi del lavoro di tesi sono:
- ridotte dimensioni del prototipo, tramite l'utilizzo di un otturatore fotografico, che garantisce robustezza e semplicità di pilotaggio;
- implementazione di un sistema di puntamento da utilizzare in accoppiamento alla lente. La lente è utilizzata per localizzare una zona ben delimitata sulla quale effettuare la misura, cosa indispensabile date le ridotte dimensioni dei vasi sanguigni in esame. Il sistema di puntamento è composto da due fasci laser che convergono in un punto posto alla corretta distanza focale;
- la determinazione della presenza di flusso in un condotto tramite l’analisi dei dati forniti dal dispositivo, valutando l’incremento di temperatura dovuto al passaggio di fluido a temperatura maggiore di quella esterna al condotto preso in esame.

Nel primo capitolo della tesi si possono trovare i necessari cenni sull’anatomia del sistema coronarico e sulla sua fisiologia, le nozioni preliminari di emodinamica, quindi la correlazione tra flusso sanguigno e temperatura.

Nel secondo capitolo sono illustrati i principi fisici che correlano la temperatura all’emissione di infrarossi.

Il terzo capitolo descrive il funzionamento e le caratteristiche dei sensori che rilevano gli infrarossi, dapprima parlando in generale delle varie tipologie di sensori di temperatura, soffermandoci in seguito sulla descrizione dell’effetto piroelettrico e dei sensori che sfruttano tale fenomeno, per poi arrivare ad analizzare nello specifico le caratteristiche tecniche dei vari modelli di sensori utilizzati durante le fasi di progettazione e sperimentazione.

Lo sviluppo del prototipo e la sua realizzazione fisica sarà descritta nel quarto capitolo; illustrando le varie metodologie di chopperaggio confrontandole e descrivendone i pregi ed i difetti, giustificando poi la scelta finale, nonché le nozioni fondamentali di ottica i per l’utilizzo della lente di focalizzazione e quindi il sistema di puntamento utilizzato per determinare la giusta distanza focale.

Il quinto capitolo infine descrive le prove e le misure effettuate in laboratorio.