• ultra wideband imaging
• breast microwave imaging
• realizzazione fantocci
• misure proprietà dielettriche
• phantom construction
• dielectric properties measurements

Il carcinoma mammario è ancora la prima causa di morte per neoplasie nelle donne; per ridurre il tasso di mortalità del tumore al seno sono attivi programmi di screening mammografico come strumento di monitoraggio e diagnosi precoce. Recentemente, come alternativa priva di rischi ai metodi a raggi X è emerso l’imaging a microonde a banda ultra larga (UWB) che sfrutta i contrasti nelle proprietà dielettriche per il rilevamento di lesioni mammarie. Per un dispositivo di imaging mammario la valutazione delle prestazioni di sistema, in termini di specificità e sensibilità dell'apparato, prevede l'impiego di “Breast Phantom”. I fantocci antropomorfi sono modelli fisici che simulano il comportamento elettromagnetico di differenti tessuti mammari esposti a microonde; sono realizzati con materiali tessuto-equivalenti non organici e poco costosi. I fantocci dovrebbero avere elevata durabilità nel tempo, facile reperibilità, riproducibilità e bassi costi di produzione. Il lavoro di tesi è stato svolto in collaborazione con UBT S.r.l e mostra l’intero processo di fabbricazione di fantocci mammari antropomorfi. Partendo da una composizione a base di gelatina, olio di girasoli e coloranti alimentari, i fantocci sono stati sviluppati e caratterizzati elettromagneticamente ed è stato trovato un metodo di conservazione per gli stessi. Il composto proposto ha permesso la creazione di tre tipologie di fantocci che simulano il tessuto sano (ad alta, media e bassa densità) e tre varietà di tumore. In aggiunta, è stato progettato uno stampo-controstampo di PLA disegnato in SolidWorks, a partire da immagini MRI e realizzato con stampante 3D, all’interno del quale è stato fatto polimerizzare il composto a base di gelatina. Sia i materiali costituenti il fantoccio che i differenti campioni sono stati caratterizzati elettromagneticamente mediante una sonda a cavo coassiale aperto e confrontati con la letteratura. È stato sperimentalmente dimostrato che, attraverso il metodo di conservazione qui proposto, le proprietà dielettriche del fantoccio rimangono inalterate fino a 14 giorni. Usando materiali facilmente reperibili e bassi costi di produzione è stato progettato un fantoccio eterogeneo, multistrato, realistico e verosimile alla condizione anatomo-patologica. Il fantoccio è stato quindi impiegato per caratterizzare la capacità di rilevamento e le prestazioni di un sistema di imaging a microonde.

Breast cancer is still the leading cause of cancer death in women; to reduce breast cancer mortality rate mammography screening programs are active as an instrument of monitoring and early diagnosis. Recently, ultra-wideband (UWB) microwave imaging has emerged as a risk-free alternative to X-ray methods for breast lesions detection. Microwave imaging exploits the contrasts in dielectric properties. For a breast microwave imaging device, the evaluation of system performance in terms of specificity and sensitivity of the apparatus involves the use of “Breast Phantom”. Anthropomorphic phantoms are physical models that simulate the electromagnetic behavior of different breast tissues exposed to microwaves; they are made with non-organic and low-cost tissue-equivalent materials. Anthropomorphic phantoms should have long-term stability, easy availability, reproducibility, and low costs manufacturing and materials. This thesis work has been carried out in collaboration with UBT S.r.l and shows the entire manufacturing process of anthropomorphic mammary phantoms. Starting from a process based on a mixture of gelatin, sunflower oil, and food colorants, phantoms have been developed with ad-hoc electromagnetic properties; a preservation method has also been investigated and described. The proposed mixture allowed the creation of three types of healthy-mimicking tissues (high, medium, and low density) and three types of cancer mimicking tissues. Moreover, starting from MRI images, a PLA mould-counter mould has been designed in SolidWorks and finally fabricated with a 3D printer. The gelatin-based mixture has been polymerized in the moulder. Both the materials and the different samples have been electromagnetically characterized by using an open-ended coaxial probe and then compared with the literature data. It has been experimentally demonstrated that the dielectric properties of the phantom remain unchanged up to 14 days by using the proposed preservation method. By means of readily available materials and low production costs, a heterogeneous, multi-layered, realistic phantom for microwave imaging systems has been designed. The phantom has been then used to characterize the detection capability of a microwave imaging system.