Вимірювання температури головного мозку в зоні оптичного опромінення
DOI:
https://doi.org/10.20535/2617-8974.2020.4.221877Ключові слова:
вимірювання температури, оптична стимуляція, оптогенетика, CMOS, АЦП, CadenceАнотація
Точність наукових та медичних методик з використанням оптичного опромінення головного мозку нівелюється при нагріванні від 6 до 8 K мозкових тканин, що спричиняє їх пошкодження [1,2]. У цій роботі представлений СMOS біосенсор з високим динамічним діапазоном, який з’єднується з низькошумововим фронтальним датчиком температури та складається з високоточного розширеного підраховуючого аналого-цифрового перетворювача (АЦП) з фільтрацією шуму для позбавлення від напруги зміщення та коливань сигналу дуже низьких потужностей з датчика температури. 7 бітів MSB отримуються з безперервного в часі ΣΔ-АЦП першого порядку, а залишкова напруга квантується 10-бітовим АЦП з однинарного інтегруванн для забезпечення широкого динамічного діапазону та високоточного вимірювання температури. Фільтрація шуму відбувається за допомогою вбудованої схеми шумопоглинання, яка віднімає шум та напруги зміщення від сигналу за допомогою корельованої схеми подвійної вибіркиПосилання
Deng W., et al. , “Optogenetics, the intersection between physics and neuroscience: light stimulation of neurons in physiological conditions,” Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 307, R1292–R1302 (2014).10.1152/ajpregu.00072.2014
Thomsen S., “Pathologic analysis of photothermal and photomechanical effects of laser–tissue interactions,” Photochem. Photobiol. 53, 825–835 (1991).10.1111/j.1751-1097.1991.tb09897.
K.Y. Kwon, A. Khomenko, M. Haq, Wen Li, Integrated slanted microneedle-LED array for optogenetics, in: 2013 Proceedings of the 35th Annual International Conference of the IEEE EMBS, Osaka, 2013.
M. N. Khiarak et al., “A high-precision CMOS biophotometry sensor with noise cancellation and two-step A/D conversion,” in Proc. 15th IEEE Int. New Circuits Syst. Conf. (NEWCAS), Jun. 2017, pp. 293–296.
M. N. Khiarak et al., “A wireless fiber photometry system based
on a precision CMOS biosensor with embedded continuous-time modulation,” IEEE Trans. Biomed. Circuits Syst., vol. 12, no. 3, pp. 495–509, Jun. 2018.
H. Tian, B. Fowler, and A. El Gamal, “Analysis of temporal noise in CMOS photodiode active pixel sensor,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 36, no. 1, pp. 92–101, Jan. 2001.
K. Murari, R. Etienne-Cummings, N. Thakor, and G. Cauwenberghs, “Which photodiode to use: A comparison of CMOS-compatible structures,” IEEE Sensors J., vol. 9, no. 7, pp. 752–760, Jul. 2009.
P. Kinget and M. Steyaert, Analog VLSI Integration of Massive Parallel Signal Processing Systems. Norwell, MA, USA: Kluwer, 1997.
A. Boukhayma, A. Peizerat, and C. Enz, “A sub-0.5 electron read noise VGA image sensor in a standard CMOS process,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 51, no. 9, pp. 2180–2191, Sep. 2016
L. Hong, H. Li, H. Yang, and K. Sengupta, “Fully integrated fluorescence biosensors on-chip employing multi-functional nanoplasmonic optical structures in CMOS,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 52, no. 9, pp. 2388–2406, Sep. 2017.
M. N. Khiarak , S. Martel, Yves De Koninck, B. Gosselin , “High-DR CMOS Fluorescence Biosensor With Extended Counting ADC and Noise Cancellation”
B. Liu and J. Yuan, “A quantum-limited highly linear monolithic CMOS detector for computed tomography,” IEEE Trans. Circuits Syst. I, Reg. Papers, vol. 59, no. 3, pp. 566–574, Mar. 2012.
R. Xu, B. Liu, and J. Yuan, “A 1500 fps highly sensitive 256 × 256 CMOS imaging sensor with in-pixel calibration,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 47, no. 6, pp. 1408–1418, Jun. 2012. A.
Manickam et al., “A fully integrated CMOS fluorescence biochip for DNA and RNA testing,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 52, no. 11, pp. 2857–2870, Nov. 2017.
X. Zhang, M. S. Noor, C. B. McCracken, Z. H. T. Kiss, O. Yadid-Pecht, and K. Murari, “CMOS image sensor and system for imaging hemo- dynamic changes in response to deep brain stimulation,” IEEE Trans. Biomed. Circuits Syst., vol. 10, no. 3, pp. 632–642, Jun. 2016.
