Il monitoraggio degli organi e l’imaging profondo nel corpo umano sono tradizionalmente ottenuti grazie all’uso di ultrasuoni, raggi X (inclusa la tomografia computerizzata), tomografia a emissione di positroni e risonanza magnetica. Queste tecniche consentono, tuttavia, solo misure di funzionalità molto limitate e sono solitamente combinate con agenti esogeni e radioattivi.
Sei partner, coordinati dall’azienda olandese Single Quantum, hanno unito le forze per superare tali limiti sviluppando un sensore a elevatissime prestazioni in diverse tecniche di imaging, destinato a migliorare radicalmente la microscopia e l’imaging.
Il nuovo sensore è basato su rivelatori di singolo fotone a nanofilo superconduttivo (superconducting nanowire single-photon detectors, SNSPDs), già dimostratisi estremamente veloci ed efficienti. Tuttavia, fino ad oggi, la dimensione di questi rivelatori è limitata all’ordine di grandezza dei micrometri e il numero di pixel a poche decine.
Con il suo innovativo sensore di singoli fotoni abilitato velocemente e ad altissima efficienza quantica, il progetto fastMOT (fast gated superconducting nanowire camera for multi-functional optical tomograph) vuole invece consentire l’imaging profondo nel corpo umano con tecniche di ottica diffusa. Il sensore, una volta integrato in un nuovo tomografo ottico multifunzionale, permetterà un miglioramento di due ordini di grandezza nel rapporto segnale-rumore, se confrontato con rivelatori esistenti.
Accanto alla capofila Single Quantum partecipano al progetto il Center for Ultrafast Science and Biomedical Optics (CUSBO) del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano in Italia (responsabile di unità professor Alberto Dalla Mora), l’Institute of Photonic Sciences (ICFO) in Spagna, la Technische Universiteit Delft nei Paesi Bassi, il network dello European laser research infrastructures Laserlab-Europe AISBL in Belgio, il Forschungsverbund Berlin e.V. in Germania e lo University College London nel Regno Unito.
FastMOT è un progetto finanziato dal programma EU Horizon Europe (grant agreement 101099291) e dallo UK Research and Innovation (UKRI) nell’ambito del fondo di garanzia governativo per progetti Horizon Europe (grant number 10063660).
“Il progetto fastMOT rappresenta un’affascinante sfida sotto un duplice aspetto: quello tecnologico (realizzare il sensore di singolo fotone con caratteristiche così innovative) e quello applicativo (fare imaging funzionale di organi profondi in modo totalmente non invasivo). Il progetto conta sei partner che rappresentano l’eccellenza nel loro ambito specifico e che sapranno rispondere al meglio alle sfide poste del progetto”, sottolinea Laura Di Sieno – docente di Fisica Sperimentale al Politecnico di Milano.
Sei partner, cinque Paesi coinvolti, quattro anni per sviluppare il progetto e circa 3 milioni di euro di fondi: 2,49 milioni di euro dallo European Innovation Council e 525.000 euro dallo UK Research and Innovation (UKRI), nell’ambito del fondo di garanzia governativo per progetti Horizon Europe.
Il consorzio di fastMOT ambisce ora allo sviluppo di nuove tecniche per arrivare a dimensioni dell’ordine di grandezza dei millimetri e alla definizione di 10.000 pixel. Tutto questo in aggiunta allo sviluppo di nuove strategie per la spettroscopia nel vicino infrarosso risolta in tempo (time domain near infrared spectroscopy, TDNIRS) e per la spettroscopia ottica a contrasto di speckle nel dominio del tempo (time domain speckle contrast optical spectroscopy, TD-SCOS), finalizzate a ottimizzare l’uso del nuovo rivelatore anche grazie a simulazioni Monte-Carlo.
L’innovativa tecnologia di rivelazione avrà principalmente impatto in diversi settori: non solo migliorerà le prestazioni nell’ambito della microscopia e dell’imaging medicale, ma consentirà applicazioni rivoluzionarie che porteranno nuove conoscenze e un notevole impulso economico. Il tomografo ottico multifunzionale proposto permetterà di ottenere immagini di organi e strutture ottiche profonde, nonché il monitoraggio di parametri funzionali, come ad esempio ossigenazione, emodinamica, perfusione e metabolismo. Avrà inoltre la possibilità di migliorare in modo significativo l’accuratezza nell’ambito della diagnosi non invasiva del tumore al seno, riducendo quindi il rischio di effettuare biopsie in conseguenza a falsi positivi a beneficio della qualità di vita delle pazienti e della sostenibilità del sistema sanitario.
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