Dottorato di Ricerca in Ingegneria dell’Informazione XX. Ciclo BONAIUTI MATTEO Curriculum: Elettronica Titolo della Ricerca da svolgere: Progetto di strumentazione innovativa per la diagnostica medica Design of innovative instrumentation for medical diagnosis Tutor: Prof. Luigi Rovati, Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Università di Modena e Reggio Emilia Prof. Charles E. Riva, Oftalmologia, Università di Bologna Breve descrizione dell’attività di ricerca svolta nell’anno 2005 L’attività di ricerca da me svolta nell’anno 2005 ha condotto allo sviluppo di un sistema optoelettronico non invasivo per riflettometria sul fondo oculare. Tale strumento, attualmente allo stadio di prototipo, permette di quantificare le variazioni nella riflettività della retina a causa di variazioni nella perfusione retinica indotte dall’effetto di stimoli visivi intermittenti. La correlazione tra le precedenti entità è detto accoppiamento neuro-vascolare (Neuro-Vascular Coupling, NVC). Lo strumento è basato su una fundus camera commerciale (TC-RW, Topcon, Japan) opportunamente modificata per ospitare una sorgente di luce nel vicino infrarosso (Near-Infrared, NIR) a LED e un sistema di acquisizione video composto da una telecamera sensibile alle radiazioni infrarosse e un framegrabber. Il controllo dello strumento viene effettuato totalmente mediante un PC dotato di interfaccia USB 2.0. Un applicativo software appositamente sviluppato consente di gestire il sistema da un singolo pannello di controllo. La radiazione utilizzata, non visibile, non provoca il restringimento della pupilla, di conseguenza per l’utilizzo del riflettometro non è necessario l’intervento di un oculista che effettui la dilatazione della stessa. La misura inoltre è totalmente non invasiva. Dall’analisi di dati di flusso sanguigno sul fondo oculare precedentemente disponibili ho inoltre messo a punto un modello accurato della risposta del flusso sanguigno retinico ad uno stimolo luminoso assimilato ad un gradino unitario. Il modello è basato su un filtro del secondo ordine modificato. Tale algoritmo consente un’accurata analisi dei dati ottenuti con lo strumento sviluppato. In parallelo all’attività di ricerca precedentemente descritta, mi sono occupato del progetto e della realizzazione di una sonda costituita da una sorgente LED a tre lunghezze d’onda ed un fotoricevitore basato su un fotodiodo p-i-n. La sonda consente la misura del tasso di ossigenazione di tessuti muscolari. Ho inoltre sviluppato un circuito fotorivelatore a basso rumore per applicazioni di ossimetria nel vicino infrarosso. Attività prevista per il 2006 Nel mio secondo anno di dottorato intendo continuare l’ingegnerizzazione del riflettometro NIR al fine di migliorare l’integrazione tra i relativi componenti, inoltre risulterà di fondamentale importanza effettuare una caratterizzazione dello strumento al fine di valutarne le prestazioni. Essa consentirà di intraprendere una campagna di misure su soggetti volontari al fine di ottenere una popolazione statisticamente significativa di misure, in collaborazione con il Dipartimento di Oftalmologia dell’Università di Bologna. Le misurazioni effettuate con lo strumento contribuiranno allo studio inerente l’accoppiamento neuro-vascolare attualmente in corso presso tale dipartimento. Partecipazioni a progetti nazionali ed internazionali: Ad oggi non ho partecipato ad alcun progetto nazionale o internazionale. Partecipazioni a congressi e workshop internazionali e nazionali (per presentazione lavori): XXII Congresso Nazionale Associazione “Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche”, 5-7 Settembre 2005, Altavilla Milicia (PA). Partecipazioni a congressi e scuole internazionali e nazionali (per studio-approfondimento): XXIV Giornata della Misurazione, 23-24 Giugno 2005, Padova. XXII Congresso Nazionale Associazione “Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche”, 5-7 Settembre 2005, Altavilla Milicia (PA). Attività didattica: Anno 2005 Esercitazioni per il corso di Sensori (divise con l’ Ing. Giorgia Salvatori). Docente: Prof. Rovati Esercitazioni per il corso di Strumentazione Elettronica. Docente: Prof. Rovati Correlatore per i seguenti elaborati di tesi, discussi presso il nostro ateneo (Relatore Prof. Rovati): Realizzazione di un sistema optoelettronico per misure di posizionamento angolare Laser Doppler Velocimetria: Teoria e Applicazioni oftalmiche Progetto e sviluppo di un sistema di controllo e temporizzazione basato su FPGA Progetto e realizzazione dell’elettronica di front-end per l’elaborazione di segnali bioelettrici. Due ulteriori progetti di tesi, entrambi VOD, iniziati nel 2005, verranno discussi nel 2006. Pubblicazioni scientifiche (suddivise per riviste internazionali, capitoli di libri, conferenze e workshop nazionali ed internazionali, rapporti tecnici): Riviste Internazionali: A PC-controlled nonincremental distance meter based on a comb-spectrum combined with a frequency-modulated continuous wave interferometer Rovati, L.; Salvatori, G.; Bonaiuti, M.; Instrumentation and Measurement, IEEE Transactions on Volume 54, Issue 6, Dec. 2005 Page(s):2486 - 2492 Design of a high-performance optical system for angular position measurement: optical and electronic strategies for uncertainty reduction Rovati, L.; Bonaiuti, M.; Pavan, P.; Instrumentation and Measurement, IEEE Transactions on Volume 54, Issue 5, Oct. 2005 Page(s):2075 - 2081 Conferenze e workshop nazionali: Tecnica di rivelazione zero-crossover per encoder ottici Rovati, L.; Bonaiuti, M.; XXII Congresso Nazionale “Gruppo Misure Elettriche ed Elettroniche”, 5-7 Settembre 2005, Altavilla Milicia (PA) Atti del congresso, pp. 123-124 Indirizzo di e-mail: [email protected] Indirizzo sito web: http://www.dii.unimore.it/optolab