Sistema miniaturizzato per spettroscopia ottica a contatto

The main purpose of this project is to design and realize an innovative system for time domain functional near infra-red spectroscopy (fNIRS), aimed at the non-invasive monitoring of the func-tional activity of the brain. At the state of art, the main limitations of systems based on this tech-nique, are represented by their considerable costs of realization and management, combined with the use of a bulky instrumentation. The innovation introduced by the developed system are the very restrained dimensions (2.5 cm X 2.5 cm): the front end indeed employs a laser source of the low dimensions of 1 mm2 and a SPAD detector, where the diameter of the collection area is 200 µm, realized by the CMOS technologic process. The integration of the laser and the detector on the same electronic board, which dimensions are 2.5 cm x 2.5 cm, was possible thanks to the use of these devices. Such as constrained dimensions al-low the board to be put in direct contact with the head during fNIRS operations. An experimental characterization of a SPAD detector with 1 mm diameter of the collection area has been carried on as a parallel activity, as well to evaluate the possibility of using it in optical spectroscopy measurements; this device represents the SPAD with the greatest collection area ev-er realized in literature.

Si è progettato e realizzato un innovativo sistema per misure di spettroscopia ottica nel dominio del tempo, finalizzato al monitoraggio non invasivo dell’attività funzio-nale del cervello. Allo stato attuale, i sistemi basati su questa tecnica presentano, come principale li-mitazione, notevoli costi di realizzazione e gestione, uniti all’impiego di una stru-mentazione ingombrante. Il sistema sviluppato, al contrario, impiega una sorgente laser delle dimensioni infe-riori 1 mm2 ed un rivelatore SPAD, realizzato mediante il processo tecnologico CMOS, il cui diametro dell’area di collezione è di 200 µm. Grazie all’utilizzo di questi dispositivi è stato possibile integrare la sorgente e il rive-latore su un unico front end delle dimensioni contenute di 2,5 cm X 2,5 cm, così da poterlo porre a diretto contatto con la testa durante le misure di spettroscopia otti-ca funzionale. Come attività collaterale si è effettuata la caratterizzazione sperimentale di un rive-latore SPAD con diametro dell’area di collezione di 1mm, così da valutarne la possi-bilità di impiego per misure di spettroscopia ottica nel dominio del tempo; questo rappresenta lo SPAD con maggiore area di collezione mai realizzato in letteratura.