Ebollizione di liquido surriscaldato in campo ultrasonico medicale

Le indagini svolte in questa tesi si inseriscono nell’ambito di una ricerca che si pone come finalità la valutazione degli effetti biofisici degli ultrasuoni. Il seguente lavoro rappresenta il proseguimento di una serie di studi precedenti, finalizzati, ma limitati, alla realizzazione e alla verifica di un sistema “tessuto equivalente” in grado di emulare gli effetti meccanici in vivo (su un tessuto organico) di un fascio ultrasonico medicale. Con il presente si é inteso caratterizzare, almeno parzialmente, i risultati ottenuti applicando le metodologie proposte. Il sistema “tessuto equivalente” adottato, consiste in un dosimetro a cavitazione, composto da una matrice a base di glicerina, in cui sono state disperse micro gocce di perfluorocarburo mantenute in uno stato surriscaldato metastabile; esse si trovano, infatti, liquide in condizioni di temperatura e pressione corrispondenti alla regione di vapore del diagramma di fase. L’interazione con il campo ultrasonoro, a causa delle microalterazioni pressorie locali indotte dall’onda meccanica, dà luogo alla vaporizzazione delle gocce (“acustic droplets vaporization”, ADV). La formazione di microcavità gassose, a seguito della esposizione al campo ultrasonoro, infatti, è riscontrabile, in vivo, su organi quali polmoni ed intestino, o distretti caratterizzati dalla presenza di elementi gassosi. L’uso dei mezzi di contrasto contenenti gas, allora, può essere all’origine di analoghi fenomeni anche nei tessuti organici diversamente caratterizzati. In presenza di ampiezze pressorie elevate, la “vaporizzazione acustica” può portare, nei tessuti con presenza di gas, ad una possibile instabilità delle bolle e causare il verificarsi di microemorragie o altri bioeffetti locali indesiderati. Nei tessuti non contenenti gas, invece, la genesi delle bolle è da interpretarsi come il fenomeno per il quale si manifesta il distaccamento degli strati tissutali durante la fase di rarefazione dell’onda acustica pressoria. Lo scopo di questa tesi è stato, quindi, quantificare/caratterizzare l’effetto meccanico delle onde ultrasoniche nel materiale precedentemente descritto, attraverso la valutazione del numero di bolle gassose formatesi, in funzione di un parametro indicatore dei bioeffetti meccanici (Indice Meccanico (MI)). La prima fase dello studio ha riguardato lo sviluppo di un software per il conteggio delle bolle generate a seguito dell’irraggiamento ultrasonico. Il programma è stato realizzato con il codice IDL, specifico per l’analisi di immagini biomedicali. La fase successiva è stata poi, la caratterizzazione del “rivelatore” per mezzo di una serie di prove a differenti temperature e valori dell’indice meccanico, a cui hanno seguito esami tomografici finalizzati alla generazione delle immagini da elaborare. Infine sono stati correlati i risultati ottenuti via software con i valori dell’indice meccanico utilizzato, tenendo conto anche della temperatura di lavoro, per studiare il tipo di risposta del sistema a frequenze comunemente impiegate nella pratica clinica. La valutazione numerica delle cavità gassose generate nella microemulsione può permettere, non solo di ottenere informazioni dosimetriche, ma anche di “quantizzare”, in termini di effetti meccanici, le conseguenze dell’esposizione alla radiazione ultrasonica, così da determinare, in prima analisi, quali siano le condizioni non a rischio per la salute umana