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Sviluppo di un sistema wireless per la misura della pressione intracranica

Informazioni tesi

  Autore: Marco Tommasi
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2002-03
  Università: Università degli Studi di Trieste
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Elettronica
  Relatore: Sergio Carrato
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 169

Il lavoro realizzato in questa tesi di laurea è stato intrapreso grazie alla collaborazione tra l’IPL (Image Processing Laboratory) del Dipartimento di Elettrotecnica, Elettronica ed informatica dell’Università degli Studi di Trieste ed il Laboratorio Strumentazione & Detectors situato presso il sincrotrone Elettra di Trieste.
Il progetto si è proposto come obiettivo lo sviluppo di un dispositivo che vede nell’impiego della tecnologia VLSI (Very Large Scale Integration) un’indispensabile strumento ai fini di garantire la soddisfazione delle specifiche fissate. Scopo del sistema studiato risulta infatti la rilevazione di un parametro medico mediante un metodo invasivo che impone la massima miniaturizzazione possibile. La grandezza, il cui andamento nel tempo viene richiesto di misurare, è la pressione intracranica.
Mediante il lavoro di questa tesi di laurea ci si è proposto di progettare un dispositivo in grado di effettuare la misura della pressione intracranica diminuendo drasticamente il pericolo di infezione in modo da permettere l’esame dell’andamento di tale parametro fisiologico durante un intervallo di tempo molto lungo. È stato possibile prevedere il raggiungimento di questo risultato grazie all’impiego della tecnologia wireless.
La descrizione del lavoro presentata in questo testo è stata organizzata in tre parti.
Nella prima, due capitoli sono stati dedicati all’illustrazione delle caratteristiche della grandezza da misurare ed all’esposizione dei risultati delle ricerche svolte sui metodi di rilevazione attualmente in uso. Viene inoltre riportata una descrizione degli studi riscontrati in letteratura riguardo a tecniche alternative già esplorate. Nel terzo capitolo si presentano quindi le specifiche che il dispositivo di misura è tenuto a rispettare e si riassumono brevemente i risultati ottenuti durante il lavoro della tesi che si è occupata dello sviluppo del sensore di pressione. Il quarto capitolo introduce infine gli stadi della progettazione del dispositivo realizzato.
La parte successiva tratta lo sviluppo del primo prototipo. In essa vengono descritte tutte le fasi dell’evoluzione del circuito integrato, dagli schematici fino al layout finale della cui realizzazione su silicio è stata incaricata la fonderia IMEC situata in Belgio.
L’ultimo capitolo di questa sezione viene infine dedicato alla presentazione del PCB (Printed Circuit Board) progettato allo scopo di testare le prestazioni del dispositivo una volta ricevuto dalla fonderia.
La parte finale illustra l’architettura del secondo prototipo per il quale viene prevista la realizzazione di due circuiti integrati distinti. Uno di questi si occupa della regolazione dell’alimentazione e della modulazione relativa alla trasmissione wireless dei dati. L’altro, di tipo misto analogico-digitale, viene dedicato al condizionamento del sensore di pressione e alla serializzazione dell’informazione ricavata in formato compatibile con lo standard RS-232.
Risultano inoltre presenti tre appendici. La prima approfondisce il comportamento dei transistor MOSFET operanti in subthreshold region. La successiva costituisce un’utile guida all’impiego del software CADENCE allo scopo di portare a termine il progetto di un circuito integrato analogico. Infine l’ultima espone i risultati di uno studio precedente riguardante la realizzazione delle bobine necessarie al funzionamento del sistema wireless dedicato all’alimentazione e alla trasmissione dei dati.

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Introduzione Il lavoro realizzato in questa tesi di laurea è stato intrapreso grazie alla collaborazione tra l’IPL (Image Processing Laboratory) del Dipartimento di Elettrotecnica, Elettronica ed informatica dell’Università degli Studi di Trieste ed il Laboratorio Strumentazione & Detectors situato presso il sincrotrone Elettra di Trieste. Il progetto si è proposto come obiettivo lo sviluppo di un dispositivo che vede nell’impiego della tecnologia VLSI (Very Large Scale Integration) un’indispensabile strumento ai fini di garantire la soddisfazione delle specifiche fissate. Scopo del sistema studiato risulta infatti la rilevazione di un parametro medico mediante un metodo invasivo che impone la massima miniaturizzazione possibile. La grandezza, il cui andamento nel tempo viene richiesto di misurare, è la pressione intracranica. L’analisi di tale parametro fisiologico risulta di grande utilità nei casi di pazienti affetti da patologie che comportano l’aumento di volume di una delle componenti contenute all’interno della scatola cranica. In molte circostanze risulta necessario eseguire un monitoraggio della pressione endocranica in modo prolungato nel tempo. Mediante l’utilizzo degli strumenti attualmente a disposizione nella maggior parte dei reparti di neurologia e neurochirurgia, la durata massima consentita per l’osservazione di questa grandezza risulta limitata. Questo è dovuto al forte rischio di infezioni legato alle metodologie impiegate; esse infatti comportano la presenza di un collegamento fisico costante fra l’elemento sensibile alla pressione, impiantato entro il capo del paziente, e le apparecchiature di elaborazione del segnale e visualizzazione esterne. Mediante il lavoro di questa tesi di laurea ci si è proposto di progettare un dispositivo in grado di effettuare la misura della pressione intracranica diminuendo drasticamente il pericolo di infezione in modo da permettere l’esame dell’andamento di tale parametro fisiologico durante un intervallo di tempo molto lungo. È stato possibile prevedere il raggiungimento di questo risultato grazie all’impiego della tecnologia wireless. Questa permette infatti sia l’alimentazione che lo scambio di informazioni fra l’unità impiantata nel capo del paziente e la sezione esterna del sistema sviluppato senza imporre che fra i due dispositivi risulti presente un contatto fisico. La progettazione e la simulazione dei circuiti integrati descritti in questa tesi sono state condotte presso il Laboratorio Strumentazione & Detectors utilizzando il software CADENCE installato su di una workstation HP dotata di sistema operativo UNIX. Per la

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Parole chiave

asic
circuiti integrati
pressione intracranica
vlsi
application specific integrated circuit
tecnologia wireless
ingegneria biomedica

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