Sviluppo e caratterizzazione di un sistema per spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso mediante time gated SPAD

In questo lavoro di tesi viene presentato un nuovo setup per misure di spettroscopia funzionale risolte in tempo nel vicino infrarosso (functional Near Infrared Spectroscopy, fNIRS) basato sull’approccio a distanza interfibra quasi nulla. Tale approccio è reso possibile grazie all’uso di un modulo in grado di abilitare in poche centinaia di picosecondi un rivelatore di singoli fotoni (Single-Photon Avalanche-Diode, SPAD). Lo strumento realizzato è composto dal modulo di time-gated SPAD, una sorgente laser Four-Wave Mixing, una scheda per Time-Correlated Single-Photon Counting (TCSPC) e l’ottica di iniezione, focalizzazione e raccolta dell’impulso. Esso è stato costruito e caratterizzato nel suo complesso dopo aver valutato le prestazioni e la stabilità del modulo time-gated SPAD e del laser. In questo lavoro vengono presentate anche le misure di caratterizzazione delle prestazioni dello strumento realizzate su phantom. Sono state poi compiute misure dell’attivazione cerebrale con task motori (finger-tapping) per determinare l’efficacia dello strumento nel valutare la risposta emodinamica in seguito all’attivazione. Dalle misure effettuate si nota che il limite dell’approccio a distanza interfibra ridotta è rappresentato da un aumento dei conteggi di fondo in seguito all’iniezione di una potenza ottica elevata sullo SPAD ancora in fase di off. Vista l’assenza in letteratura di riferimenti a tale fenomeno è stata effettuata una caratterizzazione approfondita poiché l’innalzamento dei conteggi di fondo del rivelatore determina una diminuzione della dinamica disponibile, limitando quindi, il contrasto ottenibile per attivazioni in profondità nei tessuti. A seguito delle misure è stato possibile ipotizzare che l’effetto sia dovuto a fenomeni di intrappolamento delle cariche fotogenerate al di fuori della zona svuotata del fotorivelatore.