Diagnosi del tumore al seno a onde millimetriche: sviluppo di un modello numerico per la simulazione di sistemi di acquisizione planari per imaging 3D

Il carcinoma mammario richiede diagnosi tempestive per garantire percorsi terapeutici efficaci. Le tecniche di screening tradizionali presentano limitazioni intrinseche specialmente nei tessuti radiograficamente densi. L'imaging radar a microonde emerge come un'alternativa diagnostica sicura e promettente sfruttando il netto contrasto dielettrico tra il tessuto adiposo sano e le lesioni neoplastiche. I sistemi operanti a frequenze inferiori ai 15 GHz difettano tuttavia della risoluzione spaziale necessaria per identificare bersagli sub-centimetrici. Per infrangere questo limite, la ricerca recente si è rivolta allo spettro delle onde millimetriche ottenendo risultati eccellenti ma limitati prevalentemente a modelli bidimensionali. Il presente lavoro pone le basi teoriche e computazionali per un innovativo sistema di imaging radar tridimensionale a onde millimetriche, attraverso lo sviluppo e la validazione di un modello numerico atto a dimostrare la fattibilità diagnostica di ricostruzioni volumetriche ad alta risoluzione. Il nucleo del lavoro risiede nello sviluppo in ambiente MATLAB di un modello numerico dedicato alla generazione di matrici di scattering sintetiche con antenne in configurazione planare, passaggio fondamentale per la successiva ricostruzione volumetrica (3D) delle immagini tramite algoritmo Delay-and-Sum (DAS). Lo studio avanza per gradi partendo dalla validazione dei modelli planari noti in letteratura per poi compiere la completa transizione verso il dominio 3D esplorando inizialmente, in spazio libero, la risposta di un singolo centro di scattering isolato, per valutare le prestazioni di diverse topologie geometriche dell'array sintetico. Successivamente, le simulazioni si estendono all'analisi di geometrie complesse, fase in cui i limiti teorici di risoluzione spaziale impongono un'ottimizzazione del setup strumentale. L'analisi ha confermato che solo l'estensione dello spettro operativo (18-40 GHz) congiunta all'ampliamento dell'array (matrice 10x10) garantisce la risoluzione spaziale necessaria per una corretta ricostruzione morfologica, giustificandone l’adozione per tutte le successive indagini volumetriche. Definita l'architettura operativa, l'ambiente di propagazione viene progressivamente alterato transitando dallo spazio libero omogeneo a un mezzo dissipativo equivalente al tessuto adiposo. In questo scenario viene condotto uno studio quantitativo rigoroso introducendo il rumore termico per testare la resilienza dell'algoritmo di ricostruzione. L'iter simulativo si conclude con l'implementazione del modello stratificato aria-grasso, che sfrutta un risolutore numerico basato sulla Legge di Snell per determinare l'esatto cammino ottico dei segnali, permettendo così una corretta focalizzazione in ambienti disomogenei. Lo strato cutaneo è stato programmaticamente omesso per evitare che le forti riflessioni superficiali mascherino la risposta del bersaglio, in stretta continuità metodologica con i precedenti studi bidimensionali. In queste condizioni realistiche il sistema dimostra di poter localizzare la massa anomala preservandone la comprensibilità morfologica fino a una profondità clinica di circa 4 centimetri.