Analisi della fattibilità e valutazione del rischio di tecniche diagnostiche basate su radar UWB per l’individuazione del tumore al seno

Le emissioni di tipo UWB risalgono a più di 100 anni fa, quando Guglielmo Marconi nel 1901 inviò la prima trasmissione ad impulsi wireless dall'isola di Wight verso la Cornovaglia. I contributi allo sviluppo nel campo dei segnali UWB cominciarono già alla fine degli anni ‘60 con Harmuth all’università cattolica d’America, Ross e Robbins alla Sperry Rand Corporation, Paul Van Etten nel centro di sviluppo aereo a Roma, ed in Russia. Un grosso aiuto allo sviluppo della tecnologia UWB si deve sicuramente a Larry Fullerton, tra gli anni ‘70 e ’80. Il termine Ultra Wide Band fu introdotto nel 1989 e contiene un gran numero di significati come quello di impulso, portante libera, banda base, dominio del tempo, segnale non sinusoidale, e molti altri.
Con il termine UWB (banda ultra larga), si indica una tecnologia sviluppata per trasmettere e ricevere segnali mediante l’utilizzo di impulsi di energia a radiofrequenza di durata estremamente ridotta (da poche decine di picosecondi a qualche nanosecondo). Questi impulsi sono rappresentati da pochi cicli d’onda di una portante a radiofrequenza e quindi la forma d’onda risultante rende l’UWB poco sensibile alle interferenze dovute alla riflessione dell'onda stessa. La larghezza della banda fa sì che la densità di energia sia molto bassa; questa caratteristica permette l’utilizzo di tali tecniche anche nel campo delle telecomunicazioni poiché il segnale è difficilmente intercettabile (ha una intensità simile a quella del rumore di fondo).
La tecnologia UWB è spesso utilizzata in applicazioni basate su segnali di tipo impulsivo, quale ad esempio il radar, perché la durata dell'impulso, e quindi la larghezza di banda del segnale, limita la risoluzione del sistema. In genere antenne a banda ristretta riescono a trasmettere efficacemente la loro radiazione, quando lavorano alla frequenza di risonanza la quale è legata alla geometria dell'antenna, ed in particolare alla sua lunghezza. Il modello di onda stazionaria si verifica per multipli della frequenza fondamentale di risonanza. Tipicamente la larghezza di banda per un'antenna risonante è inferiore a quella di un'antenna a onda progressiva. Queste antenne sono utilizzate nelle comunicazioni, in cui l'onda portante ad alta frequenza viene modulata attraverso un segnale a banda stretta.
In pratica le antenne UWB irradiano senza entrare in risonanza. Utilizzando un’antenna a onda progressiva, l'energia è irradiata fuori dalla struttura all'interno dello spazio libero. La tecnica basata su radar a microonde per la rilevazione del cancro al seno utilizza impulsi di breve durata, caratterizzati pertanto da un'ampia banda di frequenze, emessa da un'antenna a banda stretta. La funzione di tale antenna non è quella di determinare le proprietà elettriche dei tessuti, ma piuttosto di identificare il luogo in cui si trovano le interfacce specifiche di tessuto.
Un'antenna UWB viene utilizzata per inviare un impulso all'interno del mezzo, e le riflessioni provenienti da oggetti nascosti, vengono raccolte per ricavare la presenza e la posizione di questi ultimi. Di solito una forte riflessione, nel caso in esame, viene osservata in corrispondenza dell'interfaccia della pelle, e se l'antenna è posta troppo vicina a quest'ultima, si verifica un accoppiamento indesiderato.
Un'eventuale disomogeneità all'interno del mezzo aumenta il rapporto signal-clutter, e la profondità di rilevamento è limitata dal fenomeno dell'attenuazione ad alta frequenza. I segnali a bassa frequenza penetrano più in profondità, mentre le frequenze più alte subiscono attenuazione maggiore, ovvero esse penetrano nel mezzo a minore distanza dalla superficie. Il fatto che la profondità di penetrazione dipenda dalla frequenza determina un allargamento spaziale dell'onda alle profondità maggiori. Questo fenomeno è chiamato dispersione.