University of Oulu

Hardware improvements for detecting modulated near-infrared light in diffuse optical measurements of the human brain

Saved in:
Author: Marco Pérez, Leandro1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Information Technology and Electrical Engineering, Department of Electrical Engineering, Electrical Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 2.9 MB)
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201501211031
Language: English
Published: Oulu : L. Marco Pérez, 2015
Publish Date: 2015-01-21
Physical Description: 68 p.
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Kinnunen, Matti
Reviewer: Kinnunen, Matti
Myllylä, Teemu
Description:
Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) is a non-invasive in vivo brain imaging method. fNIRS systems can be used to detect diseases that alter the hemodynamics of the brain, but they are also applicable to the study of hemodynamics in healthy brains to investigate, for example, how brain hemodynamics change in response to external stimuli. The work carried out in this thesis involved improving parts of the light detection hardware that forms the core of a frequency-domain/spatially-resolved fNIRS system. Different narrow band-pass filter configurations were analyzed to determine the best option for a system of that type. Among the various alternatives, multifeedback filters and resonator filters were simulated and compared. Finally, two different resonator filter sets were physically implemented using printed circuit technology. The second part of the thesis describes the manufacture of six low-noise, high-sensitivity NIR light detectors designed to extend the light detection capabilities of the system. All these detectors were implemented on printed circuit boards. After implementation, the circuits were tested separately and in combination with other parts of the system, achieving good results in both cases. The most significant result was the detection of blood flow pulsations from the finger and forehead of a subject using the designed light detectors in combination with the designed filters and a lock-in amplifier. This result shows that the circuits are fully functional and can be used to expand the capabilities of the fNIRS device.
see all

Toiminnallisella lähi-infrapunaspektroskopialla tarkoitetaan usein ei-invasiivista aivojen optista kuvantamista. Menetelmää voidaan hyödyntää aivoperäisten sairauksien tutkimisessa, mutta myös terveiden aivojen toimintojen tutkimisessa, esimerkiksi tutkimalla kuinka ulkoinen ärsyke aiheuttaa aktivaation aivoissa, näkyen menetelmällä mitattavissa olevina aivojen happitasojen muutoksina. Tämän diplomityön aiheena oli olemassa olevan laitteiston vastaanotintekniikan kehittäminen, jota käytetään lähi-infrapunavalon FD-modulointiin perustuvassa tekniikassa. Useanlaisia kapeakaistaisia suodatinkonfiguraatioita analysoitiin parhaan suodatintyypin valitsemiseksi. Eri vaihtoehdoista valittiin ns. multifeedback- ja resonaattorisuodattimet, joita simuloitiin ja verrattiin keskenään. Lopuksi suunniteltiin kaksi resonaattorisuodatinsarjaa toteuttaen PCB-piirilevyllä. Diplomityön toisena osana suunniteltiin kuusi pienikohinaista ja herkkää lähi-infrapunavalovastaanotinta käytettäväksi olemassa olevassa laitteistossa. Kaikki vastaanottimet rakennettiin PCB-piirilevylle. Suunnitellut piirilevyt testattiin erikseen ja yhdistettynä laitekokonaisuuteen, saaden siinä hyviä tuloksia sekä suodattimilla että vastaanottimilla. Testeissä veren virtauksen pulsaatioita pystyttiin mittaamaan sormesta ja aivoista otsalohkon alueelta hyödyntäen olemassa olevaa ns. lock-in tekniikkaa. Testitulokset osoittivat, että suunnitellut piirilevyt toimivat hyvin ja paransivat mittalaitteen vastaanottimen suoritustasoa.
see all

Subjects:
Copyright information: © Leandro Marco Pérez, 2015. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.