20442

۲۰۴۴۲

طراحي، مدل سازي و بهينه سازي سيستم تصويربرداري نفوذ پرتو فروسرخ براي كاربردهاي پزشكي

كارشناسي ارشد

الكترونيك

۱۳۹۵

۱۳۹۷/۱۲/۱۵

دكتر محمد عظيم كرمي

برق

در اين پايان نامه، سيستم تصويربرداري نفوذ پرتو فروسرخ بهينه سازي، مدل سازي و بهبود داده شده است. تصويربرداري نفوذ پرتو فروسرخ، يك روش جديد براي تصويربرداري از بدن انسان و يا ساير بافت ها مي باشد كه كاربرد هاي مختلفي دارد. اين روش، با استفاده از دريافت و تحليل نور فروسرخ، تصويربرداري را انجام مي دهد. از آنجايي كه در اين روش نور استفاده شده فروسرخ مي باشد، هيچ گونه ضرري به بدن انسان نمي رساند. در حالي كه، برخي از روش هاي تصويربرداري مانند پرتو ايكس، از پرتو پرانرژي استفاده مي كنند كه مي تواند به سلامتي شخص مورد تصويربرداري آسيب برساند. هزينه راه اندازي اين سيستم بسيار مقرون به صرفه است. به طور معمول، در سيستم مورد استفاده، از PMT به عنوان حسگر استفاده مي شود كه معايبي مانند حساسيت به ميدان مغناطيسي، ولتاژ كاري بالا و حجم زياد را دارد. در قسمت اول پايان نامه، استفاده از چندبرابركننده سيليكوني در اين سيستم، مورد بررسي قرار گرفته است. با توجه به نتايج تحليلي اين حسگر داراي محدوده پويايي قابل قبولي در حدود 80 دسيبل است كه قابل استفاده در سيستم تصويربرداري نفوذ پرتو فروسرخ مي باشد. اين حسگر به ميدان مغناطيسي حساس نيست و ولتاژ كاري پاييني دارد. در بين چندبرابركننده هاي سيليكوني، چندبرابركننده سيليكوني ديجيتال به دليل حساس نبودن به نويز هاي الكترونيكي و تغييرات دما نسبت به چندبرابركننده سيليكوني آنالوگ مزيت دارند. در قسمت دوم پايان نامه، با هدف كاهش نويز تاريك حسگر، دو ساختار بهينه سازي شده جديد ارائه شده است كه با توجه به نتايج بدست آمده، نويز تاريك كمتري در تغييرات دما و ولتاژ باياس اضافه در مقايسه با ساختار موجود در منبع پيشين دارند. لذا استفاده از آن ها در چندبرابركننده سيليكوني سبب كاهش نويز تاريك اين حسگر مي شود. در قسمت سوم پايان نامه، مدار شمارنده حلقوي جديد ارائه شده است كه مهمترين هدف آن كاهش تاخير انتشار مدار شمارنده حلقوي موجود در بلوك تبديل كننده زمان به ديجيتال است. از نظر تعداد اجزا استفاده شده در آن نسبت به شمارنده پيشين تعداد فليپ فلاپ، ترانزيستور و گيت بيشتري دارد كه اين باعث مي شود ضريب پرشدگي كاهش پيدا كند. راه حل اين مشكل استفاده از يك تبديل كننده زمان به ديجيتال براي كل پيكسل ها به جاي استفاده از اين بلوك براي تك تك پيكسل ها است. در نهايت توان مصرفي اين شمارنده در حدود 20 نانووات محاسبه شد.

1398/02/15

Design, Modeling and Optimization of a Diffuse Optical Imaging System for Biomedical Applications

3/5/2020 12:00:00 AM

Diffuse Optical Imaging (DOI) is a fast growing method for human body imaging, more especifically for brain, breast and joint imaging. DOI uses Infrared and Near Infrared (IR, and NIR) light source, which has enough penetration depth in the living tissues (~ 6 cm in breast and~ 2 to 3 cm in brain and joints) and is deleterious effect free for the body organs. In this thesis, 3 main works for improving the quality of DOI method will be proposed. The first work is in system level. By using novel detectors instead of traditional ones, some characteristics of the DOI method will be improved. Digital silicon Photomultipliers (dSiPMs) are suitable for using in DOI systems instead of PMTs and APDs due to their unique features. In addition, this detector has more than 80 db dynamic range which makes it suitable for replacing PMTs. The second work is in device level. By improving some parameters of the detector like optimizing Dark Count Rate (DCR) of SPAD, DOI method will become a powerful tool for human body imaging due to having high dynamic range and signal-to-noise ratio. The last work is to design a circuit for ripple counter to have it in time to digital converter block (TDC) of the digital silicon photomultiplier. All works in this thesis are done with simulations. Eventually, some ideas will be suggested for future works. The designed circuit has 20 nw power consumption.