Compact eight channel system for time domain diffuse optical tomography

Diffuse Optical Tomography is a noninvasive imaging field aiming at retrieving the pres- ence and optical properties of inhomogeneities inside diffusive media. Recently, huge advancements have been accomplished to refine its techniques. One with ample mar- gins of improvements seems to be the adoption of a Time Domain approach, which still presents several issues, especially related to difficulty in computation, slowness, cost and dimensions. The described and tested system is an original proposal to overcome part of these limits, mainly featured with compactness and lowcost, taking advantage of innovative devices: eight Silicon PhotoMultipliers as detectors and a Time-to-Digital Converter as timing electronics. The development of the system and the analysis of its reconstruction capabilities are carried out following three main steps, which are formulated as questions during the description of the adopted approach. They concern the possibility to build such a system, to simulate its behaviour and obtain real measurements and their reconstructions. The answers to these questions are provided at the end of each Chapter. For the first one, the strategy and an initial characterization are presented. Simulations using a reconstruction software have been reported for the second one. Finally, for the third one, experimental measurements, both on a switchable phantom and in vivo, have been acquired and reconstructed. Despite the need of improvements, the shown results mainly confirmed the practicability and capability of the system to adequately provide 3D tomographies of inhomogeneous media.

La Diffuse Optical Tomography è una modalità di imaging non invasiva che mira ad individuare la presenza e le proprietà ottiche di disomogeneità all’interno di mezzi diffusivi. Di recente, cospicui avanzamenti sono stati compiuti per raffinare le sue tecniche. Una con ampi margini di miglioramento sembra essere l’adozione di un approccio Time Domain, che presenta ancora diversi problemi, specialmente in relazione alla difficoltà di calcolo, lentezza, costo e dimensioni. Il sistema descritto e analizzato è una proposta originale per superare parte di questi limiti, principalmente caratterizzato da compattezza e costo contenuto, usufruendo di dispositivi innovativi: otto Silicon PhotoMultipliers come detector e un Time-to-Digital Converter come elettronica di timing. Lo sviluppo del sistema e l’analisi delle sue capacità di ricostruzione sono eseguite seguendo tre step principali, che sono formulati come domande durante la descrizione dell’approccio adottato. Riguardano la possibilità di costruire tale sistema, di simulare il suo comportamento e ottenere misure reali e le loro ricostruzioni. Le risposte a queste domande sono fornite al termine di ogni Capitolo. Per la prima, la strategia e una iniziale caratterizzazione sono presentate. Simulazioni mediante un software di ricostruzione sono riportate per la seconda. Infine, per la terza, misure sperimentali, sia su uno switchable phantom sia in vivo, sono state acquisite e ricostruite. Nonostante la necessità di perfezionamenti, i risultati mostrati principalmente confermano la praticabilità e capacità del sistema di fornire adeguatamente tomografie 3D di mezzi non omogenei.