هدف از این رساله طراحی یک طبقه ورودی تطبیق پذیر برای دریافت سیگنالهای عصبی به صورت قابل جاگذاری در بدن می باشد. این سیستم باید کم توان کم نویز و دارای ابعاد کوچک باشد که در این رساله سعی در طراحی مداراتی با این اهداف و با کاربرد های پزشکی، انجام یافته است. مداراتی با هدف دریافت سیگنال عصبی، تقویت و نیز تبدیل این سیگنالها از حوزه آنالوگ به دیجیتال طراحی و شبیه سازی شده اند. برای این منظور حسگر دانشگاه utah انتخاب شده است. این حسگردارای آرایه ای 10×10 می باشد که بر اساس ابعاد و جنس مواد گزارش شده در مقالات درمحیط نرم افزار comsol که یک نرم افزار حل عددی برای محیط های فیزیکی می باشد، پیاده سازی شده است. نتایج حاصل از آنالیز عددی برای طراحی طبقه تقویت کننده مورد استفاده قرار گرفته است. تقویت کننده کم نویز با توان پایین طراحی و در نرم افزار cadence شبیه سازی شده است. برای تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال، یک مبدل آنالوگ به دیجیتال 10 بیتی با ساختاری کاملا جدید با کاربرد توان پایین طراحی شده است. در نهایت سیگنال شبه واقعی spike مستخرج از دیتا بیس معتبر، برای تست سیستم نهایی به کار رفته است. تکنولوژی مورد استفاده برای طراحی cmos 90nm می باشد. معرفی مبدل خط لوله با ساختار زمانی منجر به طراحی کم توان و هم چنین انتقال پیچیدگی از مدارات آنالوگ به مدارات دیجیتال گردیده است. فاکتور اساسی دیگر در طراحی مبدل کاهش ابعاد مبدل آنالوگ به دیجیتال می باشد. به این منظور با توجه به رنج فرکانسی پایین سیگنالهای عصبی و نیز قابلیت تکنیک معرفی شده در ساختارهای چرخشی، مبدلی بر پایه ساختار زمانی با اتصال چرخشی طراحی و شبیه سازی شد. در این روش برخلاف استفاده از چند طبقه یکسان به طور متوالی از یک طبقه و چندین مرتبه استفاده شده است. جهت کاهش حلقه های تکرار در راستای کاهش توان مصرفی، تعداد بیتهای استخراجی از هر طبقه افزایش یافته است. به این مفهوم که در هر مرحله چرخش 4 بیت استخراج گردیده و این بیتها در ثباتهایی ذخیره می گردد و پس از سه مرحله تکرار، بیتهای استخراجی به صورت one-bit overlap با هم جمع گردیده و در نهایت 10 بیت از مبدل نهایی استخراج می گردد. جانمایی ساختار طراحی شده نهایی رسم شده و ساختار طراحی شده تا مرحله پیاده سازی پیش رفته است.

پیشرفت های صورت گرفته در زمینه پزشکی محققان را به این سو رهنمون کرده است که با دریافت سیگنالهای عصبی و پردازش آن می توان اکثر بیماری ها را تشخیص و در درمان آنها اقدام نمود. از آنجا که سیگنالهای عصبی به شکل آنالوگ بوده و در پردازش، بیشتر از شکل دیجیتال سیگنال استفاده می شود ضرورت طراحی مبدل آنالوگ به دیجیتال در کاربردهای پزشکی نیز احساس می شود. در این پایان نامه یک مبدل آنالوگ به دیجیتال خط لوله ای(pipeline) با توان تلفاتی پایین برای دریافت سیگنالهای عصبی طراحی شده است. ابتدا با طراحی سیستمی یک مبدل خط لوله ای با استفاده از نرم افزار matlab و استفاده از نتایج حاصل از آن مبدل نهایی طراحی شد. این مبدل با استفاده از تکنولوژی 90 نانومتر در نرم افزار hspice طراحی شده است. مبدل آنالوگ به دیجیتال طراحی شده با اتلاف توان 8 میلی وات و 8 بیت دقت کاربردهای ویژه ای دارد. با طراحی سوئیچ های آنالوگ در ورودی این مبدل امکان دریافت چندین سیگنال عصبی بصورت همزمان فراهم شده است. با توجه به توان تلفاتی پایین و همچنین استفاده از تکنولوژی 90 نانومتر و در نتیجه کوچک شدن فضای اشغالی، مبدل طراحی شده در ساخت سیستمهای قابل کاشت(implantable) در بدن موجودات زنده و همچنین سیستمهای میکروالکترومکانیکی(mems) نیز کاربرد دارد.

اگر به بررسی موبیلیتی (µ) در ترانزیستورهای لایه نازک آلی در سال های اخیر بپردازیم یک روند افزایشی را در آن به سه دلیل (1-ترکیب نیمه هادی های آلی جدید 2-اتصالات سورس ودرین وشکل بندی کلی ترانزیستور بهینه شده است 3-پارامترهای لایه رسوب شده نیمه هادی آلی بهینه شده اند) مشاهده می کنیم که ما نیز جهت رسیدن به موبیلیتی قابل قبول تحت ولتاژاعمالی گیت پایین روی آنها تمرکز می کنیم. مثلاٌ pentance یکی از عمده ترین نیمه هادی آلی می باشد که برای ترانزیستورهای لایه نازک آلی مورد مطالعه قرار گرفته است و بالاترین رکورد موبیلیتی بوسیله این نوع نیمه هادی گزارش شده و عملکرد این نوع ترانزیستور را از حالت اشباع خارج کرده است.وهمچنین برای رسوب لایه های نیمه هادی برای استفاده دراین نوع ترانزیستور از دو روش حلالیت و خلاء استفاده می شود که هر کدام مزایای خاص خود را دارند از قبیل کم هزینه بودن و کیفیت بالای لایه ی رسوب شده که روی افزایش موبیلیتی تاءثیر چشمگیری دارد. در نهایت روی تاءثیرتابع کار الکترودهای فلزی درین وسورس و ولتاژاعمالی گیت درعملکرد ترانزیستورهای لایه نازک آلی تمرکز می کنیم که هر چقدر تابع کار الکترودهای فلزی به کاررفته به عنوان سورس و درین بیشتر باشد جریان درین در ولتاژ درین یکسان بیشتر خواهد شد و به تناسب آن موبیلیتی نیزافزایش پیدا می کند و همچنین موبیلیتی های بالایی که تا امروز از این نوع ترانزیستور بدست آمده تحت تاءثیر ولتاژ اعمالی گیت بالا در حدود 100- ولت می باشد که اگرولتاژ اعمالی را کاهش دهیم موبیلیتی نیز کاهش پیدا می کندما می خواهیم موبیلیتی بالایی را تحت تاءثیرولتاژگیت پایین بدست آوریم. که برای رسیدن به این هدف یعنی کم کردن ولتاژاعمالی، می توانیم عایق گیت با نسبت دی الکتریک بالا (?) بکار ببریم یا به جای افزایش نسبت دی الکتریک ضخامت لایه ی دی الکتریک را کاهش دهیم و همچنین موبیلیتی به باردرواحد سطح روی نیمه هادی آلی در طرف عایق بستگی دارد که تابعی از تمرکزحامل های ذخیره شده در ناحیه ی کانال است که بوسیله ی جایگزین کردن دی اکسید سیلسیوم با عایقی که در ترانزیستورلایه نازک به کار رفته می توان همان تمرکز حامل را در ولتاژگیت پایین بدست آورد.

توانایی مونیتور کردن فعالیت الکتریکی نورون ها در مغز، امکان مطالعه فعالیت های مغزی را برای دانشمندان و محققان فراهم می کند. در دهه های 1980 و 1990 توسعه الکترودهایی که با روش های میکرو الکترونیک ساخته می شوند، امکان ثبت فعالیت بسیاری از نورون ها را فراهم کرده است. امروزه تلاش بر این است که بتوان سیستم ثبت سیگنال های عصبی شامل: میکروالکترودها، مدارات آنالوگ، بخش پردازش و قسمت بیسیم را به صورت مجتمع ساخت تا قابل کاشت در بدن باشد. برای این منظور این مدارات باید کوچک باشند و توان مصرفی پائین داشته باشند تا گرمای ایجاد شده از آنها به مغز آسیب نرساند. با توجه به دامنه کوچک سیگنال های عصبی و امپدانس بزرگی که در سطح مشترک الکترودها و بافت مغز وجود دارد، لازم است که سیگنال های دریافت شده از الکترودها قبل از تبدیل به سیگنال های دیجیتال و پردازش تقویت شوند. تقویت کننده ورودی سیستم عصبی باید دارای ویژگی های زیر باشد: 1. کم نویز باشد تا بتواند سیگنال هایی با دامنه های کوچک در حد 30 میکرو ولت را تقویت کند. 2. رنج دینامیکی آن به اندازه کافی باشد تا بتواند سیگنال هایی با دامنه بزرگ در حد 2 میلی ولت را تقویت کند. 3. پهنای باند فرکانسی بین 1 هرتز تا 5 کیلوهرتز را پوشش دهد. 4. سایز کوچک و توان مصرفی پائین داشته باشد. 5. امپدانس ورودی آن بیشتر از امپدانس سطح مشترک الکترود و بافت مغز باشد. در این پایاننامه برای تقویت سیگنال های عصبی تقویت کننده لگاریتمی پیشنهاد می شود که سیگنال های با دامنه کمتر با بهره بالاتری نسبت به سیگنال های با دامنه بالاتر تقویت شوند. مدار طراحی شده برای اینکه قابل کشت در بدن باشد، باید حدالامکان سایز کوچک و توان تلفاتی کم داشته باشد. به همین منظور تکنولوژی 90 نانومتر مورد استفاده قرار گرفته است.این تقویت کننده بهره قابل توجهی در مقایسه با تقویت کننده های قبلی دارد. در مورد سایر مشخصات این تقویت کننده قابل مقایسه با تقویت کننده های قبلی است.

در این پروژه از سنسورهای مغناطیسی برای تصویربرداری القای مغناطیسی به صورت غیرتماسی استفاده شده است. به این ترتیب که از القای میدان مغناطیسی (میدان اولیه) برای القای جریان های اِدی داخل جسم رسانای مورد نظر و اندازه گیری میدان مغناطیسی حاصل از همین جریان های اِدی (میدان ثانویه) استفاده شده است که برای رسیدن به این هدف از دو کویل مغناطیسی جهت ایجاد و دریافت میدان های مغناطیسی استفاده شده است. قسمت های مختلف این سیستم تصویربرداری شامل، مدار تقویت کننده قدرت، کویل های گیرنده و فرستنده میدان مغناطیسی متغیر با زمان، مدار تقویت کننده اولیه، مدار صفرکننده و مدار تشخیص دهنده می باشد. از آنجایی که سنسورها نقش عمده ای در تشخیص جسم رسانا ایفا می کنند، در طراحی سنسورها سعی شده تا بیشترین میزان میدان مغناطیسی دریافت گردد، به همین دلیل در این پروژه سنسورهای مغناطیسی مختلفی مورد بررسی و شبیه سازی قرار گرفته است. بدین ترتیب با بررسی نتایج حاصله و اندازه گیری های مختلف از سنسورها، سنسوری با حساسیت بالا طراحی شده است. برای اندازه گیری تغییرات ولتاژ در کویل گیرنده از یک مدار تقویت کننده اولیه استفاده شده که توانایی تمایز تغییرات بسیار جزئی ولتاژ در خروجی کویل با مینیمم نویز و offset را دارد. برای اصلاح عدم تطبیق سنسورهای تفاضلی یا کمکی و یا مدارات مربوطه از یک مدار صفر کننده استفاده شده که با استفاده از تنظیم دستی می-توان سیگنال خروجی آن را در نبود جسم رسانا در مقابل کویل، صفر کرد و در نهایت برای تشخیص راحت تر تغییرات ولتاژ سیگنال دریافتی به یک مدار تشخیص دهنده داده می شود که ولتاژ خروجی نهایی به صورت dc خواهد بود. با تنظیم این مدار می توان تغییرات فاز بسیار جزئی و همچنین تغییرات دامنه را تشخیص داد. بدین ترتیب با جابجا نمودن کویل سنسورها می توان نقشه ای از توزیع رسانایی جسم مورد نظر بدست آورد. باتوجه به نتایج به عمل آمده این سیستم تصویربرداری مغناطیسی می تواند برای تشخیص اندازه، شکل و حتی نوع ماده جسم رسانا مجاور سنسورها مورد استفاده قرار گیرد.

طراحی شبکه توزیع پالس ساعت در سطح عمومی برای ریزپردازنده های چند گیگاهرتزی بطور روزافزونی مشکل ، وقت گیر و پیچیده میشود. ازآنجا که مشکلاتی از قبیل اختلاف مکانی یا زمانی در رسیدن پالس ساعت jitter,skew) ( از چالشهای اصلی و اساسی شبکه توزیع پالس ساعت بوده اند، با ادامه روند افزایش فرکانس کاری ریزپردازنده ها این دو فاکتور skew و jitter باید نسبت به طول دوره پالس ساعت کاهش یابند.از این رو روشهای گوناگونی جهت رفع این معضل پیشنهاد شده است ، اما تنها برخی ازروشها عملی بوده اند و تا به حال به کار گرفته شده اند.از آنجا که با استفاده از امواج ایستاده در تئوری از نظر فازی تاخیری وجود نخواهد داشت و همه جای خطوط توزیع همزمان نوسان خواهد کرد، skew صفر خواهد شد. در این پایان نامه کارآمد ترین توپولوژی و سیستم توزیع پالس ساعت در فرکانس 10 گیگا هرتز با استفاده از امواج ایستاده بررسی و با استفاده از نرم افزار awr شبیه سازی شده است. سطح عمومی توزیع پالس ساعت پیشنهادی به شکل کندو است که خاصیت هم پوشانی و انعطاف قابل توجهی دارد. با استفاده از طرح کندو و روش ارائه شده برای طراحی شبکه توزیع به همراه ارائه روشی برای کالیبره کردن سلف هایی که اخیراً در شبکه توزیع برای کاهش طول خطوط انتقال استفاده می شوند، شبکه ای با skew ای در حد0/8 % طول دوره پالس طرح شده است.

در این پایان نامه انواع روش های طراحی سنسور برای دریافت (تحریک) همزمان دو سیگنال مورد بحث قرار گرفته و سنسور گیرنده مناسب (2/5 q = برای کویل بیرونی، 2/11 q =برای کویل داخلی و اندازه mµ500 µm×500) طراحی شده است. سپس تقویت کننده کم نویزی با مشخصات مطلوب(توان 2/7 میلی وات، بهره 45 دسی بل و نویز منعکسه در ورودی (nv/?hz) 3/0 برای سیگنال کربن ، بهره 48 دسی بل و نویز منعکسه در ورودی (nv/?hz) 12/0، برای سیگنال هیدروژن پهنای باند 3 دسی بل 388 مگاهرتز و چند بانده) جهت تقویت همزمان هر دو سیگنال طراحی شده و توسط مدار تطبیق طراحی شده برای تقویت پسیو، مقابله با اثر تزویج و کاهش عدد نویز به سنسور طراحی شده متصل گردیده است و در نهایت خروجی را بصورت دو بانده (هیدروژن و کربن) بدست آورد ه ایم. همچنین در این پایان نامه علاوه بر موارد ذکر شده سه عدد تقویت کننده کم نویز (lna) نیز برای nmr هیدروژن طراحی شده است که دارای مشخصات مطلوبی (ساختار اول: توان 2/7 میلی وات، بهره 44 دسی بل و نویز منعکسه در ورودی (nv/?hz) 7/0، پهنای باند 3 دسی بل 388 مگاهرتز، ساختار دوم: توان 2/7 میلی وات، بهره 45 دسی بل و نویز منعکسه در ورودی (nv/?hz) 6/0، پهنای باند 3 دسی بل 388 مگاهرتز و ساختار سوم: توان 2/7 میلی وات، بهره 6/47 دسی بل و نویز منعکسه در ورودی (nv/?hz) 5/0، پهنای باند 3 دسی بل 388 مگاهرتز) نسبت به کار های مشابه قبلی می باشند.

چکیده: طیف سنجی مادون قرمزامروزه به یکی از روش های دقیق و متداول برای شناسایی مواد تبدیل گردیده است. با استفاده از تبدیل فوریه در طیف سنجی مادون قرمز که منجر به بهبود عملکرد این تجهیزات در مقایسه با دستگاه طیف سنج مادون قرمز معمولی گردیده و مزایای فراوانی بهمراه داشته است. برای نمونه سرعت بالای جمع آوری اطلاعات و نسبت سیگنال به نویز بهتر در دسترس قرار گرفته است. در این پایان نامه هدف طراحی و شبیه سازی یک نمونه طیف سنج مادون قرمز تبدیل فوریه در ابعاد میکرو بوده است که در ابتدا شبیه سازی در سطح سیستمی انجام گرفته است. در نرم افزار matlab با شبیه سازی تداخل سنج مایکلسون و بررسی المانهای متغیر در این تداخل سنج تلاش شد که سیگنال تداخل نما و طیف حاصل از این سیگنال را در خروجی بدست آوریم و در مرحله بعدی تغییرات المانهای متغیر در کیفیت سیگنال خروجی بررسی شد که با مقایسه نتایج سعی شد سیستم مناسبی طراحی شود. در قدم بعدی با بررسی امکانات ساخت و تلاش برای طراحی یک طیف سنج مادون قرمز به این نتیجه رسیدیم که استفاده از تداخل سنج توری های پراش گزینه مناسبتری برای ساخت خواهد بود. در این راستا انواع توری پراش بررسی شد و با گزینش نمونه مناسب بر اساس تداخل سنجهای ساخته شده در تحقیقات پیشین، شبیه سازی یک نمونه تداخل سنج توری پراش را در نرم افزار matlab انجام دادیم و با بررسی المانهای تاثیر گذار در سیگنال تداخل نمای خروجی سعی شد طراحی مناسبی برای این تداخل سنج انجام شود. مرحله بعدی مدل کردن وشبیه سازی پارامترهای اپتیکی ماده نمونه در برنامه matlab و استفاده از مشخصات اپتیکی ماده مورد نظر برای تاثیر بر سیگنال تداخل نما در برنامه بود که با بررسی مدل های اپتیکی مختلف، مدل درود-لورنتس برای تخمین ماده مورد نظر در نرم افزار انتخاب شد. مشخصات اپتیکی آب خالص در برنامه شبیه ساز وارد شد و نتیجه طیف خروجی با طیف این ماده در منابع علمی مقایسه شد. با توجه به این که مدل مناسبی برای تخمین مشخصات اپتیکی ماده آلی یافت نشد، نمونه ای از تحلیل مواد آلی در این پایان نامه وارد نگردید. ولی در صورت بدست آمدن مدل اپتیکی یک ماده آلی و ورود آن در برنامه امکان تخمین طیف ماده مورد نظر وجود دارد. بعد از شبیه سازی در برنامه matlab تصمیم به شبیه سازی در برنامه های تخصصی اپتیک گرفته شد تا شبیه سازی دقیقتر و با حضور شرایط واقعی تر نوری انجام بگیرد و با بررسی برنامه های مختلفی همچون comsol و optifdtd و rsoft و tracepro با در نظر گرفتن امکانات نرم افزاری دانشکده، تصمیم به استفاده از optifdtd و شبیه سازی تداخل سنج در این نرم افزار گرفته شد که نتایج این شبیه سازی ها در پایاننامه آورده شده است. در آخر برای ساخت تداخل سنج توری پراش دو نمونه روش ساخت مختلف پیشنهاد شده است. در روش اول که روش ساده تری است امکان استفاده از زیر لایه های قابل دسترس در نظر گرفته شده است. دراین پایاننامه هدف شبیه سازی در ناحیه طول موجی مادون قرمز میانی بوده است در صورتی که در نتایج شبیه سازی ناحیه های طول موجی مادون قرمز نزدیک و مادون قرمز دور نیز مورد بررسی قرار گرفته است.

چکیده: طیف سنجی مادون قرمزامروزه به یکی از روش های دقیق و متداول برای شناسایی مواد تبدیل گردیده است. با استفاده از تبدیل فوریه در طیف سنجی مادون قرمز که منجر به بهبود عملکرد این تجهیزات در مقایسه با دستگاه طیف سنج مادون قرمز معمولی گردیده و مزایای فراوانی بهمراه داشته است. برای نمونه سرعت بالای جمع آوری اطلاعات و نسبت سیگنال به نویز بهتر در دسترس قرار گرفته است. در این پایان نامه هدف طراحی و شبیه سازی یک نمونه طیف سنج مادون قرمز تبدیل فوریه در ابعاد میکرو بوده است که در ابتدا شبیه سازی در سطح سیستمی انجام گرفته است. در نرم افزار matlab با شبیه سازی تداخل سنج مایکلسون و بررسی المانهای متغیر در این تداخل سنج تلاش شد که سیگنال تداخل نما و طیف حاصل از این سیگنال را در خروجی بدست آوریم و در مرحله بعدی تغییرات المانهای متغیر در کیفیت سیگنال خروجی بررسی شد که با مقایسه نتایج سعی شد سیستم مناسبی طراحی شود. در قدم بعدی با بررسی امکانات ساخت و تلاش برای طراحی یک طیف سنج مادون قرمز به این نتیجه رسیدیم که استفاده از تداخل سنج توری های پراش گزینه مناسبتری برای ساخت خواهد بود. در این راستا انواع توری پراش بررسی شد و با گزینش نمونه مناسب بر اساس تداخل سنجهای ساخته شده در تحقیقات پیشین، شبیه سازی یک نمونه تداخل سنج توری پراش را در نرم افزار matlab انجام دادیم و با بررسی المانهای تاثیر گذار در سیگنال تداخل نمای خروجی سعی شد طراحی مناسبی برای این تداخل سنج انجام شود. مرحله بعدی مدل کردن وشبیه سازی پارامترهای اپتیکی ماده نمونه در برنامه matlab و استفاده از مشخصات اپتیکی ماده مورد نظر برای تاثیر بر سیگنال تداخل نما در برنامه بود که با بررسی مدل های اپتیکی مختلف، مدل درود-لورنتس برای تخمین ماده مورد نظر در نرم افزار انتخاب شد. مشخصات اپتیکی آب خالص در برنامه شبیه ساز وارد شد و نتیجه طیف خروجی با طیف این ماده در منابع علمی مقایسه شد. با توجه به این که مدل مناسبی برای تخمین مشخصات اپتیکی ماده آلی یافت نشد، نمونه ای از تحلیل مواد آلی در این پایان نامه وارد نگردید. ولی در صورت بدست آمدن مدل اپتیکی یک ماده آلی و ورود آن در برنامه امکان تخمین طیف ماده مورد نظر وجود دارد. بعد از شبیه سازی در برنامه matlab تصمیم به شبیه سازی در برنامه های تخصصی اپتیک گرفته شد تا شبیه سازی دقیقتر و با حضور شرایط واقعی تر نوری انجام بگیرد و با بررسی برنامه های مختلفی همچون comsol و optifdtd و rsoft و tracepro با در نظر گرفتن امکانات نرم افزاری دانشکده، تصمیم به استفاده از optifdtd و شبیه سازی تداخل سنج در این نرم افزار گرفته شد که نتایج این شبیه سازی ها در پایاننامه آورده شده است. در آخر برای ساخت تداخل سنج توری پراش دو نمونه روش ساخت مختلف پیشنهاد شده است. در روش اول که روش ساده تری است امکان استفاده از زیر لایه های قابل دسترس در نظر گرفته شده است. دراین پایاننامه هدف شبیه سازی در ناحیه طول موجی مادون قرمز میانی بوده است در صورتی که در نتایج شبیه سازی ناحیه های طول موجی مادون قرمز نزدیک و مادون قرمز دور نیز مورد بررسی قرار گرفته است.

شمارش و طبقه بندی سلول ها به روش اندازه گیری امپدانس

سیستم های تصویر برداری تشدید مغناطیسی هسته ای mri متداول برای تصویر برداری از کویل های بزرگ و مدارات الکترونیکی گسسته استفاده می کنند ولی بکارگیری میکروکویل هائی با ابعاد سازگار با نمونه مورد آزمایش و استفاده از آرایه میکروکویل ها برای افزایش حد تفکیک مکانی در کنار مدارات الکترونیکی مجتمع در قالب یک میکرو سیستم mri با حساسیت بالا امکان تصویر برداری های in-vivo و دستیابی به اطلاعات دینامیکی و تصاویری با وضوح بالا برای ذرات بیولوژیکی با ابعاد 10 ?m الی 250 ?m را امکان پذیر می سازد. گزارشات اخیر نشان دهنده تلاش هائی در زمینه مجتمع سازی مدارات فرستنده و گیرنده بهمراه میکروکویل ها بر روی یک تراشه واحد با کاربرد تصویربرداری و یا طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته ای است که در طراحی این نوع میکروسیستم ها افزایش حساسیت، بهبود نسبت سیگنال به نویز و کاهش توان مصرفی بمنظور جلوگیری از افزایش دمای تراشه در کاربردهای in-vivo اهمیت پیدا می کند. هدف از این پایاننامه طراحی یک مدار گیرنده کم نویز با توان مصرفی پائین بر پایه ارائه یک تکنیک جدید برای دریافت سیگنال های متعدد از یک آرایه دو بعدی از میکروکویل های تحت گرادیان های مختلف میدان در یک سیستم میکرو mri است تا بتوان مشکل افزایش درجه حرارت ناشی از توان مصرفی بالا در آرایه های پرظرفیت بخصوص در کاربردهای in-vivo را تا حد زیادی مرتفع ساخت. در راستای طراحی مدار گیرنده ابتدا سیگنال های دریافتی از آرایه و تاثیر پارامترهای مختلف بر روی طراحی مدار بررسی شده است به این ترتیب که میکروکویل های سطحی مختلفی توسط نرم افزار comsol multiphysics مدل سازی شده و مورد مطالعه قرار گرفته اند تا سیگنال nmr حاصل از آن محاسبه شده و تاثیر پارامترهای مختلف میکروکویل و میدان های مغناطیسی موجود در سیستم بر روی حساسیت کویل و نسبت سیگنال به نویز بررسی شود که در نهایت منجر به بهینه سازی یک میکروکویل سطحی برای کار در میدان مغناطیسی 9.4 تسلا (فرکانس 400 مگا هرتز) شده است که در این بهینه سازی دستیابی به یک نسبت سیگنال به نویز بالا مد نظر قرار گرفته است. در ادامه با پیاده سازی و مدل سازی یک آرایه 3?3 از میکروکویل های بهینه شده، تزویج بین المان های آرایه بررسی شده و یک شبکه خازنی برای حذف اثر اندکتانس متقابل بین المان های مجاور در آرایه ارائه شده است. در قسمت مدار گیرنده از روش تسهیم فرکانسی و ترکیب سیگنال های مختلف در محدوده فرکانس های بالا و میانی استفاده شده تا بتوان سیگنال های دریافتی از 9 کانال ورودی با فازهای مختلف (تحت تاثیر گرادیان فاز) و باند فرکانسی متفاوت (تحت تاثیر گرادیان فرکانس) در اطراف 400 مگاهرتز را با استفاده از سه طبقه اصلی شامل تقویت کننده کم نویز، میکسر و فیلتر دریافت، ترکیب، تقویت، فیلتر و دوباره ترکیب نموده و برای تحویل به مبدل آنالوگ به دیجیتال در طبقه پردازش سیگنال آماده نمود. این مدار گیرنده با استفاده از تکنولوژی cmos 90 nm طراحی و شبیه سازی شده و مشخصات بهره ولتاژ کل 87 db، نویز ورودی 1.1 nv/?hz، توان مصرفی 69 mw (به ازای منبع تغذیه یک ولت) و فضای اشغالی برای طرح جانمائی مدار در حدود 305 µm × 530 µm بدست آمده است که نشان دهنده بهبود مشخصه های مدار در مقایسه با کارهای مشابه است. روش ارائه شده در طراحی این مدار گیرنده و ترکیب قسمت های مداری مختلف منجر به عملکرد نویز مناسب و کاهش موثر توان مصرفی شده و امکان بکارگیری آرایه های پر ظرفیت در قالب سیستم های میکرو mri با توان مصرفی پائین برای کاربردهای in-vivoرا فراهم می سازد.

معمولاً سیگنال های عصبی دریافت شده از پروب های کاشت شده در بدن شامل نویز است که این نویز ترکیب شده با سیگنال عصبی معمولا پردازش سیگنال های عصبی را با اشکالاتی مواجه می کند. از منابع نویز موجود می توان به نویز ناشی از تقویت کننده الکترونیکی، نویز پروب های عصبی، نویز سیستم عصبی اشاره کرد. با توجه به این که نویز سیستم عصبی همراه و در درون سیگنال عصبی تولید می شود و اطلاعات زیادی در مورد نحوه تولید و محدوده فرکانسی این نویز موجود نیست، برای حذف این نویز نمی توان از روش های متداول حذف نویز مانند طراحی یک فیلتر استفاده کرد. آنالیز مولفه های مستقل یک الگوریتم تکاملی است که می تواند سیگنال های منبع را از روی سیگنال مشاهده شده که حاصل ترکیب سیگنال های منبع است تخمین بزند. بنابراین با استفاده از این تکنیک می توان نویز سیستم عصبی را از سیگنال بدست آمده از پروب های عصبی که حاصل ترکیب سیگنال عصبی و نویز عصبی است به دست آورد.

هدف از این پایان نامه، طراحی یک سیستم تحریک الکتریکی عملکردی چند کاناله برای بازیابی کنترل حرکتی عصبی- ماهیچه ای در اعصاب محیطی می باشد. بعد از بررسی های انجام شده بر روی عوامل موثر بر عملکرد بهینه ی الکترود کاف، ساختار مناسب برای این الکترود برای تحریک بافت هدف که عصب محیطی با 4 فاسیکول می باشد، مشخص شد. ساختار تحریک در این الکترود، تحریک 4 کاناله به صورت 3 قطبی می باشد. شبیه سازی این الکترود در محیط comsol multiphysics انجام شده است. سپس با توجه به نتایج به دست آمده از بخش طراحی الکترود که شامل حداقل میزان جریان لازم برای تحریک انتخابگر هر یک از فاسیکول ها، امپدانس بین بافت و الکترود و تحریک همزمان 3 کانال برای فاسیکول های بزرگ می باشد، مدار خروجی تحریک طراحی گردید. این مدار شامل مبدل دیجیتال به آنالوگ، طبقه ی خروجی تحریک و مدار متعادل کننده بار می باشد. در طراحی مدار تحریک، کاهش سطح سیلیکونی و توان به علت امکان کاشت در بدن لحاظ شده و برای ایجاد امکان تحریک همزمان، از حافظه ی آنالوگ در مدار طبقه ی خروجی هر اتصال استفاده شده است. طراحی مدار الکترونیکی تحریک با تکنولوژی cmos 0.35um در محیط hspice انجام شده است.

هدف از این پروژه طراحی یک مبدل آنالوگ به دیجیتال اعداد شناور (fp-adc) برای استفاده در سیستم های ثبت سیگنال های عصبی قابل کاشت در بدن می باشند. دو شرط اساسی برای اینکه سیستم مذکور قابلیت کاشت در بدن را داشته باشد، داشتن توان و سطح مصرفی پایین است که در تمام مراحل طراحی این پروژه مد نظر قرار گرفت. سیگنال هایی که از پروب های عصبی قابل کاشت با روش برون سلولی بدست می آیند به دو نوع lfp و spike تقسیم بندی می شوند که برای ثبت همزمان هر دو آنها، رنج دینامیکی در حدود 60 دسی بل مورد نیاز است. در این پایان نامه یک مبدل آنالوگ به دیجیتال اعداد شناور با دقت 6 بیت و رنج دینامیکی 60 دسی بل یا 10 بیت طراحی شده است که قابلیت ثبت همزمان سیگنال های lfp و spike را دارد. این مبدل با استفاده از تکنولوژی 90 نانومتر در نرم افزار hspice طراحی و شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی توان مصرفی بسیار پایین 3/3 میکرو وات از یک منبع تغذیه 8/0 ولت در فرکانس نمونه برداری 500 هزار نمونه بر ثانیه را نشان می دهد. همچنین استفاده از تکنیک اعداد شناور برای کاهش دقت مورد نیاز از 10 بیت به 6 بیت، بکارگیری خازن تضعیف کننده برای آرایه خازنی و طراحی مدار با تکنولوژی 90 نانومتر باعث کاهش فراوان سطح مصرفی این مبدل می شود که این مبدل را برای کاربرد های قابل کاشت مناسب می سازد.

: با دست‏یابی به تکنولوژی ثبت سیگنال عصبی از مغز انسان تلاش برای پی‏بردن به چگونگی ارتباط مغز با اعضای بدن افزایش پیدا کرده از این رو دانشمندان سعی در برقراری ارتباط مغز با دنیای خارج برای کمک به افراد معلول دارند. در این پایان‏نامه بحث ما معطوف به طراحی پردازنده برای پردازش سیگنال عصبی ثبت شده به وسیله آرایه‏های الکترودی که در زیر پوست سر کاشت شده می‏باشد. به دلیل محدودیت نرخ ارسال داده به‏صورت بی‏سیم باید حجم داده‏های ثبت شده را کاهش داد. همچنین با این کار می‏توان به طور همزمان فعالیت ثبت شده از چندین الکترود را به خارج بدن ارسال کرد. برای رسیدن به این هدف محدودیت‏هایی از قبیل محدود بودن تامین توان سیستم کاشت شده، گرم شدن بیش از حد قطعه، کاهش مساحت سیستم طراحی شده به دلیل محدودیت در مکان و بالا بردن سرعت پردازش برای اجرا کردن بلادرنگ دستورات وجود دارد. از این رو باید الگوریتم بهینه‏ای را متناسب با نیاز خود به کار بگیریم. سیگنال ثبت شده بعد از تقویت و فیلتر شدن به دیجیتال تبدیل شده و آماده پردازش برای کم شدن حجم داده می‏شود. برای کاهش حجم داه باید تنها اطلاعات مهم سیگنال عصبی را به خارج بدن ارسال کنیم که این اطلاعات در اسپایک‏های تولید شده به‏وسیله نورون‏ها نهفته هستند. از میان روش‏های تشخیص اسپایک ما از روش اپراتور غیرخطی انرژی(neo) به دلیل پیچیدگی کم آن استفاده می‏کنیم و با اضافه کردن سخت افزار ناچیزی دقت تشخیص اسپایک را افزایش دهیم و سپس ویژگی‏های اسپایک را استخراج کرده و داده را برای ارسال بی‏سیم به خارج بدن آماده کنیم. یکی از مسائل ضروری سیتم‏های قابل کاشت در بدن افزایش ایمنی این سیستم‏هاست برای افزایش ایمنی سیستم را باید به گونه‏ای طراحی کنیم که در صورت بروز مشکل در داخل بدن یا بوجود آمدن شرایط جدید سیستم بتواند خودش را با شرایط جدید تطبیق دهد و سخت افزار بتواند تکامل یابد. یکی از این مشکلات می‏تواند آسیب دیدن الکترود‏های ثبت سیگنال به هنگام کاشت باشد که برای حل این مشکل ما تعداد الکترودهای بیشتری از ظرفیت پردازش در پروب‏ها جایگذاری می‏کنیم و در صورت بروز مشکل در برخی الکترودها سیستم به صورت خودکار از الکترود‏های سالم استفاده می‏کند. همچنین در استفاده از اپراتور k-teo انتخاب مقدار k نقش ویژه‏ای در دقت تشخیص اسپایک دارد که قبل از ثبت نمی‏توان مقدار آن را بدست آورد از این رو سخت افزار neo را بگونه‏ای تغییر داده‏ایم که مقادیر k از 1 تا 16 را پوشش دهد و بهترین مقدار k را پیدا کند.

تشخیص و بررسی تغییرات حالات احساسی می¬تواند در تسریع درمان¬ بیماری¬ها موثر واقع شود. بنابراین می¬توان از نتایج ارزیابی حالت¬های احساسی برای کنترل علائم بهبود بیمار استفاده نمود. کمک به بهبودی اختلالاتی شامل، اختلال بیش¬فعالی یا کمبود توجه، اختلال استرس، افسردگی، اختلال خواب و اختلال طیف اوتیسم، کارایی¬های مهمتری برای یک سیستم تشخیص احساسات هستند. از کاربردهای سیستم تشخیص احساسات به عنوان رابط انسان و رایانه می¬توان به این موارد اشاره کرد: سنجش حالات احساسی افراد هنگام تعامل با تکنولوژی¬های جدید و بازی¬های رایانه¬ای و یا هسته یک سیستم مدار بسته که به عنوان سیستم هشدار دهنده برای آگاهی از اینکه یک فرد ناتوان یا سالخورده چه زمانی به کمک نیاز دارد. در این پروژه، احساسات در دو بعد ظرفیت – برانگیختگی با استفاده از سیگنال¬ eeg و سیگنال تنفسی با در نظر گرفتن حداقل تعداد کانال و باند فرکانسی طبقه¬بندی شده¬اند. با استفاده از تبدیل موجک گسسته سیگنال eeg و سیگنال تنفسی به زیرباندهای فرکانسی تجزیه شده و ویژگی¬های مختلف از آن¬ها استخراج شده است. از چند طبقه¬بندی کننده متفاوت برای تشخیص حالت¬های احساسی از روی ویژگی¬های استخراج شده، استفاده شد. نتایج نرم¬افزاری نشان می¬دهند طبقه بندی کننده منتخب، برای سطح برانگیختگی صحت 86.75% و برای سطح ظرفیت صحت 84.05% را برای 10 کانال eeg بدست می¬دهد. این نتایج در مقایسه با کارهای دیگر عملکرد بسیار مناسب سیستم را نشان می¬دهد. به منظور پیاده سازی بهینه سیستم بر روی تراشه ی fpga از شرکت xilinx به شماره virtex-4lx25 ، دردو حالت مجزا، از 2 و 4 کانال eeg استفاده شد. در سیستم پیاده شده مقدار انرژی باند گاما و انرژی سیگنال اولیه بطور هم¬زمان محاسبه شده و سپس بر هم تقسیم می¬شوند. طبقه بندی کننده با دسته بندی ویژگی بدست آمده به تشخیص حالت احساسی سیگنال می¬پردازد. حجم سخت¬افزاری استفاده شده از fpga برای 2 کانال 54% و برای 4 کانال 99% می¬باشد. مقایسه نتایج نرم¬افرازی و سخت¬افزاری نشان می¬دهد که این سیستم قادر به تشخیص احساسات با میزان صحت قابل قبول است.

ارمغان بینایی و حتی در حد نازلِ آن، برای افرادی که قادر به دیدن نمی باشند می تواند امیدی بسیار بیافریند. لذا با توجه به اهمیت موضوع و جالب بودن آن، محققانی در سراسر جهان در پی راه یابی برای نیل به این هدفند. غالب تحقیقات انجام گرفته شده در این زمینه از روشهای الکترونیکی بهره جسته اند. در این تحقیقات در حالت کلی یک دوربین دیجیتالی وظیفهی اتخاذ تصویر را بر عهده دارد که خروجی آن به یک مدار مجتمع منتقل می شود تا با پردازش سیگنال های رسیده بتواند خروجی مناسب که مشابه خروجی سیگنال های سلول های شبکیه است را به فیبر های عصبی منتقل نماید تا سبب بوجود آمدن حس بینایی شود. در پایان نامهی حاضر بدنبال راه حلی جدید و به صورت دقیق تر در پی روشی نو بر مبنای فن آوری های ریز ساخت برای مشابه سازی عملکرد سلولهای گیرندهی نور شبکیه برای نیل به این هدف بوده ایم. از آنجا که پتانسیل غشای خارجیِ سلول های گیرنده ی نورِ شبکیه با برخورد فوتون های نوری از حدود mv40 به حداکثر mv 80 می رسد و در نهایت همین تغییر پتانسیل موجب تحریک سلول های لایه های بعدی می شود، لذا سعی شد تا با استفاده از آزمودنِ روش های متعدد بتوانیم به این اختلاف پتانسیل دست یابیم که در نهایت منجر به نتیجهی نهایی و قابل قبول گردید. مواد و روشهایی که برای رسیدن به طرح نهایی مورد بررسی و تحقیق قرار گرفتند و به نتیجهی دلخواه منجر نشدند عبارتند از: استفاده از اساس عملکرد سلولهای خورشیدی، ترموکوپل ها، مواد پیزو الکتریک و پیرو الکتریک و طرح های مبتنی بر optofluidic. در نهایت پیشنهاد طرح مان برای شبیه سازی عملکرد سلولهای گیرندهی نور شبکیه، با استفاده از مواد متخلخل microporous ارائه شد که بخاطر اندازهی خلل و فرج مادهی مورد استفاده، یون های سدیم قادر بودند از آنها عبور کنند ولی یون های بزرگتر کلر قادر به عبور نبودند. بر این اساس سلول استوانه ای شبیه سازی شد که در اثر برخورد نور و فرایند های پیرو آن شامل نفوذ اختیاری یونها از جدارهی سلول، اختلاف پتانسیل کوچکی مابین دو ناحیه بیرونی و داخلی سلول (در حد اختلاف پتانسیل سلول های واقعی) بوجود آمد. در انتها طرح پیشنهادی شبیه سازی شده و مقادیر یون های سدیم مورد نیاز جابجا شده برای رسیدن به اختلاف پتانسیل های مورد نظر نیز بدست آمده اند.

وجود استرس در زندگی روزمره یکی از شایع ترین مسائل در زندگی انسان می باشد، با این حال اگر استرس تداوم داشته باشد، یا میزان استرس زیاد باشد، زندگی انسان مختل می شود، سلامتی اش به خطر می افتد و کارایی شخص در انجام کارها به شدت پایین می آید. بنابراین شناخت استرس و پیدا کردن الگوریتمی برای تشخیص استرس و پیاده سازی سخت افزاری یک سیستم که قابلیت تشخیص استرس را داشته باشد یکی از اهداف بزرگ در جهت کمک به پزشکان و افرادی که دچار استرس می شوند می باشد. در این پایان نامه به منظور تشخیص استرس با دقت بالا، ابتدا سیستم نرم افزاری طراحی گردید که پس از دریافت سیگنال های بیولوژیکی بدن از افراد در حین رانندگی در موقعیت ها و مکان های مختلف، ویژگی هایی را از سیگنال های دریافتی برای بازه های زمانی مختلف 100، 200 و 300 ثانیه استخراج کرده و با استفاده از svm و knn، در دسته های مختلف، ویژگی ها طبقه بندی شد. نتایج تشخیص برای هر دسته مورد بررسی قرار گرفت و میزان استرس شخص برای سه سطح استرس کم، متوسط و زیاد با دقت بالای 90% تشخیص داده شد. در نهایت برای یک حالت که پیاده سازی سخت افزاری آن کم هزینه باشد و دقت تشخیص جهت پیاده سازی سیستم سخت افزاری آن نیز بالا باشد انتخاب گردید. در قسمت پیاده سازی نرم افزاری برای بازه های زمانی مختلف دقت 98.41% و 100% حاصل شد که در مقایسه با کارهای دیگر عملکرد بسیار مناسبی دارد. در قسمت سخت افزاری به منظور پیاده سازی بر روی تراشه fpga از شرکت xilinx به شماره virtex-4lx40 با استفاده از سه ویژگی و طبقه بندی کننده ی svm برای بازه زمانی 100 ثانیه دقت 100% حاصل شد که نشان دهنده تطبیق کامل نتایج سخت افزاری و نرم افزاری می باشد. حجم سخت¬افزار استفاده شده از fpga، 91% می¬باشد.

یکی از ابزارهایی که همواره در حیطه های مختلف از صنعت گرفته تا پزشکی و سازه هایی مثل پلها و سدها مورد توجه و استفاده قرار می گیرد ارتعاش سنجها هستند . تفاوت عمده ای بین انواع ارتعاش در هر کدام از حیطه های فوق ، هم به لحاظ محدوده فرکانسی و هم به لحاظ دامنه نوسان وجود دارد . ماشین آلات دوار وسیع ترین پهنای باند فرکانسی ارتعاشات صنعتی را به خود اختصاص می دهند و مولفه های فرکانسی مهمی را از 1 هرتز تا 20 کیلوهرتز شامل می شوند . توانایی تشخیص زود هنگام آسیبها و معایب ایجاد شده در اجزاء مختلف این تجهیزات و پیشگیری از توسعه عیوب به مراحل پیشرفته تر می تواند مانع از هزینه های بسیار زیاد ناشی از خرابی و آسیبهای جدی تجهیزات دوار گردد . در این پروژه ، ابتدا با تعیین باند فرکانسی که عمده مولفه های مهم و محتمل سیگنالهای ارتعاشی در حوزه ماشین آلات دوار را پوشش دهد ( 1 هرتز الی 10 کیلوهرتز ) ، نسبت به طراحی و ساخت دستگاهی که بتواند با استفاده از آرایه ای از سنسورهای شتاب بر پایه تکنولوژی mems ، مراحل جمع آوری و آماده سازی داده های مربوط به سیگنال ارتعاش را انجام دهد اقدام نمودیم و سپس با بررسی الگوریتم های مختلف آنالیز سیگنالهای ارتعاشی ، بر روی آنالیز زمان – فرکانس بر پایه موجک متمرکز شدیم تا با مقایسه نتایج حاصل از سه روش موجک پیوسته و ترکیبی از تبدیل موجک بسته ای و خطوط modulus maxima و همچنین ترکیبی از تبدیل موجک گسسته و تبدیل فوریه ، بتوانیم الگوریتمی بهینه برای استخراج مولفه های زمان – فرکانس مهم در زمینه ارتعاشات ماشین های دوار ارائه کنیم . الگوریتم اول بر روی سیگنال های ثبت شده از دو ماشین با مشخصه های متفاوت اعمال شد و نتایج به دست آمده ، نشان داد که این الگوریتم به تنهایی قادر به ارائه اطلاعات کاربردی در پهنای باند وسیع نمی باشد . الگوریتم دوم که یک روش ترکیبی هست بر روی سیگنال های ثبت شده از 8 دستگاه ماشین دوار اعمال شد و نتایج به دست آمده نشان داد که این روش برای تشخیص ارتعاشات گذرا و ناپایستار در محدوده های فرکانس بالا از قابلیت و دقت مناسبی برخوردار هست و می تواند عیوبی مثل سایش قطعات متحرک به اجزاء ثابت را به خوبی تشخیص دهد ولی برای یک پهنای باند عریض با تنوع فرکانسی بالا کارآیی مناسبی ندارد . الگوریتم سوم را بر روی سیگنالهای ارتعاشی ثبت شده از 12 تجهیز دوار اعمال نمودیم و نتایج حاصل را با نتایج به دست آمده از یک دستگاه آنالایزر مشابه صنعتی مقایسه کردیم که بیانگر تطابق کامل این نتایج در پهنای باند مشترک دو دستگاه بود به اضافه اینکه پهنای باندی که در این پروژه پوشش داده شد 5 کیلوهرتز بیشتر از مشابه صنعتی موجود هست و در ضمن مولفه های فرکانس بالای کم دامنه به واسطه جدا شدن از مولفه های فرکانس پایین و دسته بندی مجزا بصورت برجسته تری نمایش داده می شوند .

رویکرد تحقیقات در زمینه علوم بهداشت و کاربردهای بیولوژیکی و شیمیایی در طول ده سال اخیر، به سمت کوچک ساختن سیستم ها میل نموده و راهکارهای سریعتر و موثرتری را برای تجزیه تحلیل های سلولی و بافتی فراهم می نماید. امروزه روش های سنجش بافت های بیولوژیکی با میکروساختارهای سیلیکونی و شیشه ای ارتباط بسیار نزدیک و کاربردهای گسترده ای یافته و با بهره گیری از پیشرفت های روزافزون این تکنیک ها، منافع زیادی کسب می کند. طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (eis)، روشی برای تحلیل خواص الکتریکی مواد شیمیایی و بیولوژیکی در فرکانس های مختلف می باشد. از مزایای این تکنیک می توان به امکان تحلیل تک سلول، صرفه جویی در زمان، غیر تهاجمی بودن و عدم نیاز به تجهیزات حجیم الکتریکی یا نوری اشاره کرد. پایان نامه پیش رو شامل بررسی تکنیک ها، شبیه سازی، طراحی و امکان سنجی ساخت سیستمی با قابلیت اندازه گیری امپدانس در محدوده فرکانسی 250 هرتز تا 500 کیلوهرتز بر روی تراشه psoc است. انتخاب سیگنال تحریک پهن باند یا اصطلاحاً چرپ بجا ی سیگنال های تک فرکانس، سبب مزیت این سیستم از نظر سرعت و دقت طیف سنجی و نیز سادگی پیاده سازی آن می گردد و از جاروب فرکانسی سیگنال تحریک با اسیلاتورهای حجیم و گران قیمت بی نیاز می سازد. سخت افزار و نرم افزار لازم بر روی تراشه psoc آزموده شده و مدار چاپی لازم برای این تراشه طراحی و ساخته شده است. در این پروژه، ابتدا امپدانس سنجی واطلاعات پایه مورد نیاز در مورد سلول ها و پارامترهای الکتریکی آن ها را مطرح کرده و در ادامه با مطالعه تکنیک های استخراج امپدانس و ساختار الکترودها، تأثیر پارامترهای مختلف سیستم بر اندازه گیری طیف بیوامپدانس در نرم افزار comsol multiphysics مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی های نظری انجام شده، تمایز خوبی برای تشخیص حضور سلول، شکل سلول، ضخامت غشاء، ماهیت سیتوپلاسم سلول و همچنین مایع خارج سلولی را نشان می دهد.

یکی از کاربردهای مهم در bio-mems ساخت پروب های عصبی می باشد. پروب عصبی یک میکرو ساختار است که رابط بین بافت عصبی و یک دستگاه فیزیکی الکتریکی میباشد .پروب عصبی تاثیر به سزایی در شناخت و بررسی و ضبط سیگنال های عصبی و شبیه سازی شبکه های عصبی نواحی مختلف مغز دارد. یکی از کاربرد های پروب های عصبی که در بسیاری از کلینیک ها استفاده می شود بررسی و بهبود بیماری های مانند : seizer ،صرع ،میگرن ،الزایمر، جنون یا بی حس کردن عضوی از بدن و کنترل آن توسط کامپیوتر می باشد. بررسی سیگنالهای عصبی که مربوط به نواحی عمیق تری از مغز می باشد و استفاده از موادی برای ساخت پروب عصبی که با محیط بدن سازگار تر،مقاومت فیزکی مناسب تر وانعطاف پذیر تر باشد تا باعث کاهش آسیب پروب به بافت عصبی و نهایتا ارایه اطلا عات دقیق تر شود، از چالش هایی هستند که در زمینه ساخت پروب عصبی با آن رو به رو می شویم. پروبهای عصبی از نظر ساخت به سه دسته کلی تقسیم می شوند : سیلیکونی ،پلیمری ،سیم فلزی. هدف از این تحقیق طراحی پروبی انعطاف پذیر با استفاده از فوتورزیست su-8 است ، از مزیت های استفاده از این ماده انعطاف پذیری مناسب، زیست سازگار بودن و پروسه ساخت راحت تر با آن می باشد. در این تحقیق بر اساس شبیه سازی ها، ساختار هندسی نوک پروب به گونه ای طراحی شده است که انعطاف پذیری پروب را افزایش دهد. گیره هایی نیز در طول پروب قرار گرفته تا میزان جا به جایی پروب بعد از قرار گیری در بافت کم شود تا بتوان دردراز مدت سیگناهای معتبر تری از بافت دریافت کرد.

در این پایان نامه تلاش شده است تا یک پروب عصبی از جنس سیلیکون با کاربرد دوگانه درون سلولی و بیرون سلولی و زیست سازگار با بدن انسان طراحی و شبیه سازی شود، همچنین به منظور مقابله با مشکلات عفونتی یا کاهش دامنه سیگنال های دریافتی به دلیل به وجود آمدن لایه محافظ در اطراف پروب، که هنگام حضور طولانی مدت پروب در بافت عصبی ایجاد می شود، از کانال هایی برای تزریق دارو به بافت عصبی بر روی پروب بهره برده شده است. به منظور جلوگیری از جابجایی های احتمالی پروب عصبی در بافت که موجب کاهش دقت و بروز خطا در سیگنال های ثبت شده می شود از ساختارهایی ویژه در بدنه پروب استفاده شده است. پروب طراحی شده در این پایان نامه دارای 3 سانتی متر طول و 1 میکرومتر عرض در قسمت انتهایی یا نوک و 400میکرومتر عرض در قسمت ابتدایی است که برای ثبت گیری از مغز انسان در نظر گرفته شده است. ضخامت پروب برای بخش های درون سلولی 1میکرومتر و برای بقیه قمست ها 60 میکرومتر در نظر گرفته شده است. همچنین برای کاهش اثرات نویز موجود در محیط بر روی سیگنال ثبت شده، برای هر دو حالت درون سلولی و بیرون سلولی، سایت هایی به عنوان مرجع پتانسیل در نزدیکی محل ثبت گیری و روی بدنه پروب در نظر گرفته شده است. در پایان تلاش هایی برای ساخت نمونه عملی پروب طراحی شده و یافتن پروسه ساختی مناسب با تجهیزات در دسترس در آزمایشگاه mems دانشکده برق دانشگاه تبریز صورت گرفت که نتایج آن در آخرین بخش پایان نامه گردآوری شده است.

سیگنال های دریافتی از بدن انسان را می توان با استفاده از پردازنده ی سیگنال های بیولوژیکی، تجزیه و تحلیل کرد؛ بنابراین طراحی پردازنده ای که با سرعت و دقت بیشتری به پردازش سیگنال بیولوژیکی بپردازد و اطلاعات صحیحی را در اختیار قرار دهد از اهمیت ویژه ای برخوردار است. پردازش سیگنال های بیولوژیکی در تحلیل سیگنال های دریافتی از فرد بیمار مبتلا به بیماری های خطرناک مانند صرع و یا حمله ی قلبی که با تشخیص زودهنگام علایم می توان از عوارض بعدی جلوگیری کرد کاربرد بسیاری دارد. در این پایان نامه سعی بر این است تا با انتخاب ساختاری مناسب برای پردازنده ی سیگنال های بیولوژیکی گامی موثر در جهت بالابردن انعطاف پذیری این نوع از پردازنده ها برداشته شود. با استفاده از نوع جدیدی از تراشه ها به نام psoc پردازنده ای طراحی شده است. psoc تراشه ای است که اجزای آنالوگ و دیجیتال سیستم embedded را در خود جای داده است. سخت افزار قابل برنامه ریزی تراشه یکی دیگر از خصوصیات برجسته ی تراشه که این پردازنده را از سایر پردازنده-های بیولوژیکی متمایز کرده است . وجود ویژگی جامع بودن مدارات آنالوگ و دیجیتال، آرایه گیت های قابل برنامه ریزی و پیکربندی دوباره در تراشه باعث صرفه جویی قابل توجهی در بحث سخت افزار شده و افزایش انعطاف پذیری سیستم شده است. در این پروژه با استفاده از تراشه ی cy8c5868axi-lp035 دارای پردازشگر psoc5lp(arm-cortex m3) از خانواده cypress پردازنده ای مناسب جهت پردازش سیگنال های بیولوژیکی طراحی گردیده است.معماری هایی که بر مبنای psoc هستند به عنوان ترکیبی از معماری های asic و پردازنده های همه منظوره ظاهر می شوند که استفاده از این نوع معماری در ساختارهای تجاری بسیار معمول است. با توجه به کاربرد تبدیل فوریه ی سریع و تبدیل ویولت گسسته در الگوریتم های تشخیص و پیش-بینی بیماری، در این کار با استفاده از بلوک سخت افزاری کمک پردازنده ی dfb این دو تبدیل برای رشته های 1024تایی طراحی شده و خروجی توسط پروتکل usb به کامپیوتر منتقل می-شود. کمک پردازنده ی دیجیتال ، به صورت مستقل از cpu اصلی کار می کند. بلوک dwt پارامتریک و بلوک 1024 نقطه ایfft و هم چنین فیلتری دیجیتال با قابلیت پیکربندی دوباره و دارای دو کانال فیلترینگ مجزا، اجزای اصلی این پردازنده را تشکیل می دهد. پارامتریک بودن الگوریتم dwt شرایط خوبی را در جهت ارتقاء انعطاف پذیری پردازنده فراهم کرده است پردازنده در انجام پردازش های ذکر شده از دقت بالایی برخوردار است به گونه ای که بیشترین خطای اندازه گیری در fft حدود 1/5% و تا مرحله ی پنجم dwt حدود 4/5% است. تراشه ی این پردازنده بر روی برد مدار چاپی پیاده سازی و ساخته شده است.

در طی دهه های گذشته، درمانهای پزشکی برای برطرف کردن علل ناباروری تغییر و تحول چشم گیری پیدا کرده است. به مجموع این روشهای درمانی، فناوری کمک باروری یا assisted reproductive technology(art) اطلاق می شود. اولین شکل art که هنوز هم رایج ترین نوع آن محسوب می شود، لقاح آزمایشگاهی (in vitro fertilization) یا ivf می باشد. در روش ivf استاندارد، هر تخمک با 100 - 50 هزار اسپرم متحرک به مدت 18-12 ساعت در یک شرایط کنترل شده وادار به لقاح میشود که از این تعداد اسپرم در نهایت فقط یک اسپرم وارد تخمک شده و با آن ممزوج می شود که از این پس تخم یا زیگوت نامیده می شود. سلول تخم 48 تا 72 ساعت در انکوباتور نگه داشته میشود تا تقسیمات سلولی اتفاق افتاده و سلولی به نام رویان تشکیل شود. رویان حاصله، از طریق دهانه رحم به داخل رحم مادر منتقل میگردد تا در آنجا لانه گزین شده و به یک حاملگی طبیعی منجر شود . محیط های کشت طوری طراحی شده اند که شبیه مایع موجود در لوله های رحم مادر باشند. بدین منظور به این محیط ها پروتئینها و سرم انسانی یا حیوانی اضافه میگردد و رویان در شرایطی مشابه با بدن مادر رشد می یابد. به دلیل انتقال بیش از یک رویان، احتمال حاملگی چند قلویی در فناوری کمک باروری ) art (بالا است به طوری که در زنان جوانتر این احتمال افزایش بیشتری نیز پیدا می کند. همچنین در این فناوری، احتمال آلودگی و استرس های وارده بر روی تخمک و یا رویان بیشتر و قابلیت کنترل مراحل کمتر می باشد. راه حل پیشنهادی برای رفع این مشکلات استفاده از فناوری ریز سیال(microfluidic) می باشد. این روش این امکان را به ما می دهد تا با استفاده از روش های الکتریکی ، اپتیکی ، سیالی و ترکیب آن ها کنترل های لازم را در تمامی مراحل شکل گیری و تکوین رویان اعمال نماییم. مشاهده بلادرنگ رویان در حال تکوین در زیر میکروسکوپ، نیاز به خارج سازی مکرر آن از محیط کشت و در نتیجه امکان بروز آلودگی های عرضی (cross contamination) احتمالی را کاهش می دهد. هم چنین در این روش قادر هستیم محیط کشت مناسب را در درون ریز سیال فراهم نموده و با توجه به ابعاد کوچک ریز سیال مقدار محیط کشت مورد نیاز به میزان قابل ملاحظه ای کاهش می یابد که از نظر هزینه بسیار مقرون به صرفه می باشد.

رعشه یا لرزش اندام به عنوان یک اختلال حرکتی ناخواسته نوسانی در بسیاری از بیماری ها شناخته می شود، که یکی از رایج ترین این بیماری ها ، پارکینسون می باشد. در بیماری پارکینسون متخصصین اعصاب و روان میزان شدت لرزش اندام بیمار را بر اساس معیار updrs که دارای پنج سطح مختلف است به صورت بالینی می سنجند. عدم وجود یک سیستم دقیق و به صرفه به لحاظ اقتصادی و مبتنی بر روش های غیرتهاجمی که بتواند به پزشک و بیمار، در معاینه و حتی کنترل از راه دور بیمار کمک کند ما را بر آن داشت تا در راستای رفع نیازهای فوق سیستم کارآمدی را طراحی و پیاده سازی کنیم. سیستم طراحی شده در این پایان نامه به کمک استخراج ویژگی های مناسب حاصل از سیگنال شتاب سنج تلفن همراه هوشمند، در چهارچوب یک سیستم بازشناسی الگو همراه با ناظر تمامی پنج درجه معیار updrs را برای بیماران پارکینسونی طبقه بندی می کند.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.