Design and characterization of a time domain multichannel near infrared spectroscopy medical device

The following dissertation concerns the design and characterization of a time domain space multiplexing multichannel functional near infrared spectroscopy (fNIRS) medical device for the non-invasively monitoring of brain cortex activity. First, the physical principles, the basics of modelling and data analysis are introduced, then the instrumentation design (light sources, injection and collection systems, acquisition technique, control section) is described. The work presents also the assessment of the instrumental performances through international characterization protocols (MEDPHOT and nEUROPt) and the final preparation of the instrument for in-vivo fNIRS measurements to be performed on glaucomic patients at Luigi Sacco Hospital in order to get a new insight on the physiopathology of this disease.

La seguente tesi riguarda la progettazione e caratterizzazione di un dispositivo medico basato sulla spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) risolta in tempo per il monitoraggio non invasivo delle funzioni cerebrali. In primo luogo sono introdotti i principi fisici, i modelli di base e le tecniche di analisi dei dati, in seguito è descritta la strumentazione realizzata (sorgenti luminose, sistemi di iniezione e collezione della luce, tecniche di acquisizione, sezione di controllo). Il lavoro presenta anche la valutazione delle performance strumentali attraverso l’esecuzione di protocolli internazionali di caratterizzazione (MEDPHOT e nEUROPt) e la preparazione finale dello strumento per l’esecuzione, all’ospedale Luigi Sacco di Milano, di inedite misure su pazienti affetti da glaucoma in maniera tale da ottenere dati per un approccio alternativo alla determinazione della fisiopatologia della malattia.