System characterization for a fast optical imager

Abstract

ÖZET.. HIZLI optik görüntüleyicinin sistem ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ Morfolojik görüntülemeye kıyasla, işlevsel görüntüleme canlı doku işlemleri, örneğin kan dolaşımı, oksijen metabolizması, beyinsel sinir sistemi, kromofor derişimi hakkında bilgi verebilmektedir. Son yıllarda PET ve MRI teknolojilerindeki ilerleme bu işlemleri görüntülemeyi olası kılmaktadır. Tüm bunlara rağmen bu iki sistemin pahalı ve ebatça büyük olması, zamansal ayrımının düşüklüğü ve klinik dışı ortam larda uygulanamaması bazı kısıtlamalar getirmektedir. Optik görüntüleme bu boşluğu girişimsel olmaması, ucuz, taşınabilir olma özellikleri ile doldurmaktadır. Bu yüksek lisans tezi, Pensilvanya Üniversitesindeki emsalinden esinlenerek hızlı optik görüntüleme(HOG) sisteminin geliştirilmesini ve değiştirilmesini içermektedir. HOG sisteminin tasarımında fotodiyot algılayıcılar ve yakın kızıl ötesinde çalışan LEDler kullanılmıştır. Bu çalışmada önceki çalışmalarda görülen prob sıkıntıları dikkate alınarak yeni bir prob da geliştirilmiştir. Temel olarak bu çalışmanın amacı basit, dayanıklı bir optik görüntüleme cihazı geliştirerek, beynin işlevsel aktivitelerini gözlemlemektir. Geliştirilen cihazın teknik özellikleri çeşitli fantom deneyleri ile test edilmiştir. İlk bulgular insan üzerinde de ölçüm alınabileceğini gösteren sonuçlar içermektedir. Anahtar Sözcükler: HOG, İşlevsel yakın kızıl ötesi spektroskopi, Beyin görüntüleme, Optik görüntüleme, Sinir görüntüleme.

IV ABSTRACT SYSTEM CHARACTERIZATION FOR A FAST OPTICAL IMAGER In contrast to morphological imaging, functional imaging captures informa tion about the functioning for living tissues, such as blood circulation and oxygen metabolism, cerebral nervous system, and changes in cromophore concentration. In recent years, progress in PET and MRI technologies has made these measurements possible. However both these systems are large and expensive and they have some lim itations such as not being approved for use with infants in non-clinical settings and low temporal resolution. Optical imaging fills this gap by being completely non-invasive, portable, unobtrusive, low-cost, and robust to motion artifacts. This M.Sc. thesis is involved with the development and modifications of a prototype fast optical imaging (FOI) system based on the functional near infrared spectroscopy system of University of Pennsylvania. FOI is designed by using inexpen sive photodiode (PD) detectors and LEDs working in the near infrared spectrum. In addition to this a new probe design considering limitations of the preceding versions is also completed. The aim of the work was to develop a simple and robust instrument and probe to monitor brain activity, during cognitive task. The ability and effectiveness of the system is tested by several experiments based on phantom studies. Preliminary results are promising to continue on human subjects. Keywords: FOI, functional near infrared spectroscopy (fNIR), brain imaging, optical imaging, neuroimaging.