Feasibility study on the impact of the skin in breast cancer imaging systems at millimeter waves

Breast cancer represents the leading cause of death by tumor among women worldwide. A fundamental role to increase the survival rate is played by prevention. Many screening techniques are available to make early diagnoses, however, because of their limitations, only mammography is implemented in a national screening program. In the last decades, microwaves have been the focus of research to develop an imaging system capable of assisting mammography. Recently, the interest shifted towards millimeter waves, which allow to achieve a better resolution at the cost of a lower penetration depth. One of the major problems of such a technique is constituted by the skin. Given the strong attenuation due to the high frequency range, it is important to carefully consider the impact of the skin to understand the limits and the potentialities of millimeter-wave imaging systems. The goal of this thesis is to study how the presence of the skin affects the dynamics of the system, taking into account specifically the dielectric losses, the propagation losses and the reflection at the interface. To do so, both a simulation software and experimental measurements were implemented. The thesis reports the results from the processed data, together with the conclusions drawn from this research.

Studio di fattibilità sull’impatto della pelle in sistemi di imaging per il tumore al seno ad onde millimetriche. Il carcinoma mammario rappresenta la causa principale di morte per tumore tra le donne in tutto il mondo. Un ruolo fondamentale nell’aumentare il tasso di sopravvivenza è svolto dalla prevenzione. Ci sono diverse tecniche di screening a disposizione per effettuare diagnosi precoci, tuttavia, a causa delle loro limitazioni, soltanto la mammografia viene utilizzata in un programma di screening a livello nazionale. Negli scorsi decenni, le microonde sono state al centro delle ricerche per sviluppare un sistema di imaging in grado di affiancare la mammografia. Recentemente, l’interesse si è spostato verso le onde millimetriche, che permettono di ottenere una risoluzione migliore a scapito di una minore profondità di penetrazione. Uno dei problemi principali di una tecnica di questo genere è costituito dalla pelle. Data la forte attenuazione causata dalla banda di frequenze elevate, è importante considerare con attenzione l’impatto della pelle per capire i limiti e le potenzialità di sistemi di imaging ad onde millimetriche. Lo scopo di questa tesi è di studiare in che modo la presenza della pelle influisce sulle dinamiche del sistema, tenendo in considerazione, nello specifico, le perdite dielettriche, le perdite dovute alla propagazione e la riflessione all’interfaccia. Per fare ciò, sono stati usati sia un software di simulazione che misure sperimentali. La tesi riporta i risultati dell’elaborazione dei dati ottenuti, insieme alle conclusioni tratte da questo studio.