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

Informazioni tesi

  Autore: Salvatore Melchionda
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2002-03
  Università: Università degli Studi di Pisa
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria biomedica
  Relatore: Luigi Landini
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 109

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.

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Introduzione 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 e non ha bisogno di ulteriori sollecitazioni esterne, la fonte di energia usata per la misura è fornita dal corpo stesso in esame, quindi è un sensore “passivo”. I sensori piroelettrici singoli sono facilmente reperibili sul mercato ed hanno un buon rapporto qualità-prezzo oltre a piccoli dimensioni che ci hanno permesso di ottenere una struttura meccanica di dimensioni soddisfacenti. 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 che ci siamo prefissi di raggiungere in questo lavoro di tesi sono: - riduzione delle dimensioni del precedente prototipo, tramite un diverso sistema di chopper, che utilizza 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 liquido più caldo rispetto alla temperatura esterna del condotto preso in esame. Nel primo capitolo della tesi forniremo quindi i necessari cenni sull’anatomia del sistema coronarico e sulla sua fisiologia, saranno poi introdotte le nozioni

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Parole chiave

bypass
cardiochiurgia
chopper
coronarie
cuore
ingegneria biomedica
misuratori a infrarossi
sensori piroelettrici
temperatura dei vasi sanguigni
termometri

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