Sistema de espectroscopia de infrarrojo cercano en el dominio de la frecuencia de banda ancha en un chip

Área de la Ciencia:

• Diseño de circuitos integrados
• Espectroscopia óptica
• Ingeniería biomédica

Sus antecedentes:

• La espectroscopia de infrarrojo cercano en el dominio de la frecuencia (fd-NIRS) es crucial para el análisis de tejidos no invasivo.
• Los sistemas fd-NIRS existentes requieren hardware complejo para mediciones precisas de ganancia y fase.
• Un amplio ancho de banda de modulación es esencial para fd-NIRS de alta resolución.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y evaluar un circuito integrado (IC) para mediciones de ganancia y fase en fd-NIRS.
• Permitir un amplio ancho de banda de modulación para un rendimiento mejorado de fd-NIRS.
• Facilitar el desarrollo de sistemas fd-NIRS escalables y portátiles.

Principales métodos:

• Se desarrolló un IC que incluye un oscilador controlado por voltaje (50 MHz–1 GHz) y un detector de fase basado en un filtro N-path.
• Se integró el IC con un diodo láser y un fotodiodo de avalancha (APD) para un sistema fd-NIRS completo.
• Se caracterizaron fantomas que simulan tejido utilizando frecuencias de modulación de 105–405 MHz.

Principales resultados:

• El IC logró mediciones analógicas precisas de amplitud y fase.
• La precisión de las propiedades ópticas para la absorción y la dispersión reducida estuvo dentro de 0.00064 mm^-1 y 0.054 mm^-1, respectivamente.
• El rendimiento del sistema se limitó a frecuencias más altas por el APD.

Conclusiones:

• El IC diseñado avanza significativamente las capacidades del sistema fd-NIRS.
• El IC desarrollado admite mediciones precisas de propiedades ópticas.
• Este trabajo presenta una base prometedora para futuras tecnologías de detección óptica portátiles y escalables.