ETD

• animal experimentation
• biological models
• imaging fotoacustico
• modelli biologici
• numerical simulation
• phantom fotoacustici
• photoacoustic imaging
• photoacoustic phantoms
• python
• python
• SIMPA
• SIMPA
• simulazione numerica
• sperimentazione animale

L’imaging fotoacustico è una tecnica di imaging ibrida che combina il contrasto ottico con la profondità di penetrazione e la risoluzione spaziale degli ultrasuoni, risultando particolarmente adatta allo studio di strutture biologiche e di parametri funzionali. La complessità dei processi fisici coinvolti rende la simulazione numerica uno strumento fondamentale per l’interpretazione dei dati e la progettazione sperimentale.
In questa tesi viene analizzato l’utilizzo del framework open-source SIMPA per la simulazione di immagini fotoacustiche e per lo studio qualitativo del comportamento del segnale. Dopo una descrizione dei principi fisici e dell’architettura del simulatore, vengono presentati studi di simulazione a complessità crescente: un modello vascolare semplificato per l’analisi del contrasto in funzione della lunghezza d’onda, la simulazione di un phantom tubulare con confronto qualitativo con dati sperimentali e, infine, la simulazione della vescica come struttura biologica realistica.
I risultati mostrano come la simulazione fotoacustica possa supportare efficacemente lo studio dei meccanismi di formazione dell’immagine e contribuire alla riduzione e alla progressiva sostituzione della sperimentazione animale, limitando il ricorso a studi in vivo alle sole fasi necessarie.


Photoacoustic imaging is a hybrid imaging modality that combines optical contrast with the penetration depth and spatial resolution of ultrasound, making it suitable for the investigation of biological structures and functional parameters. The complexity of the underlying physical processes makes numerical simulation an essential tool for data interpretation and experimental design.
This thesis investigates the use of the open-source framework SIMPA for photoacoustic image simulation and qualitative analysis of photoacoustic signal behavior. After introducing the physical principles and the architecture of the simulation framework, studies with increasing complexity are presented, including a simplified vascular model to analyze wavelength-dependent contrast, the simulation of a tubular experimental phantom with qualitative comparison to experimental data, and the simulation of the bladder as a realistic biological structure.
The results show that photoacoustic simulation can effectively support the understanding of image formation mechanisms and contribute to the reduction and potential replacement of animal experimentation, restricting in vivo studies to strictly necessary stages.