Development of a diffuse correlation spectroscopy system for real-time hemodynamic analysis with a hybrid optical imaging platform

This thesis presents the development, characterization, and in-vivo testing of a hybrid instrument combining Diffuse Correlation Spectroscopy (DCS) and Time-Domain Near-Infrared Spectroscopy (TD-NIRS) for hemodynamic and metabolic measurements. These optical techniques employ infrared laser light to probe biological tissues non-invasively, providing valuable insights into blood flow and tissue composition. The selection of hardware components for DCS technique is discussed in detail, referencing relevant literature to support the design choices. Additionally, various algorithmic approaches for data processing are reviewed and compared to assess their efficacy. Performance evaluations of the instrument were conducted through comparisons with established literature findings across four different in-vivo experimental protocols, offering a comprehensive validation of the system’s accuracy and reliability.

Questa tesi presenta lo sviluppo, la caratterizzazione e la sperimentazione in vivo di uno strumento ibrido che combina la Spettroscopia Diffusiva di Correlazione (DCS) e la Spettroscopia nel Dominio del Tempo nel Vicino Infrarosso (TD-NIRS) per misurazioni emodinamiche e metaboliche. Queste tecniche ottiche utilizzano luce laser a infrarossi per sondare i tessuti biologici in modo non invasivo, fornendo preziose informazioni sul flusso sanguigno e sulla composizione tissutale. La selezione dei componenti hardware viene discussa in dettaglio, con riferimenti alla letteratura pertinente a supporto delle scelte di progettazione. Inoltre, vengono esaminate e confrontate sistematicamente diverse metodologie algoritmiche per l'analisi dei dati, al fine di valutarne l’efficacia. Le prestazioni dello strumento sono state valutate attraverso confronti con risultati consolidati nella letteratura scientifica, applicati a quattro diversi protocolli sperimentali in vivo, fornendo una valida conferma dell’accuratezza e affidabilità del sistema.