La risonanza magnetica per la valutazione della funzionalità renale in pazienti affetti da malattia policistica

Scopo. La risonanza magnetica (RM) in diffusione (Diffusion Weighted imaging DWI) permette di ottenere dati quantitativi sul movimento dei protoni liberi in acqua mediante la valutazione di alcuni parametri tra cui il coefficiente di diffusione apparente (Apparent Diffusion Coefficient ADC). Questo parametro potrebbe essere usato per differenziare i diversi tipi di tessuti (cisti di diverso tipo, parenchima sano, parenchima non più funzionante, …) e stabilire il danno renale. Lo scopo del presente lavoro è quello di valutare la correlazione tra il valore di ADC e il tessuto renale al fine di verificare la potenziale capacità di questo parametro di offrire informazioni funzionali e poter predire l’insorgenza di cisti e quindi l’aumento di volume del rene. Materiali e Metodi. 11 pazienti di cui 2 donne e 9 uomini (età compresa tra i 55 e i 75 anni) sono stati sottoposti a esame RM con sistema ad alto campo 1,5T. Tutti i pazienti erano affetti da malattia policistica. Il protocollo prevedeva l’utilizzo di una sequenza SE-EPI pesata in diffusione, le immagini sono state acquisite per diversi valori di b-value (500 s/mm², 700 s/mm², 900 s/mm², e 1500 s/mm²). Risultati. Osservando i valori di ADC (coefficiente di diffusione apparente) ottenuti per diversi valori di b e in due differenti regioni del rene, corrispondenti a cisti e parenchima, si sono riscontrati valori diversi . Indipendentemente dal b-value, le cisti hanno un valore di ADC minore rispetto al valore di ADC delle zone parenchimali. Al crescere del b-value, tali valori diventano più piccoli. Conclusioni. La DWI permette di ottenere valori di ADC in grado di discriminare tessuti.

Studio del tensore di diffusione per la differenziazione delle strutture renali

La tecnologia della diffusion tensor imaging (DTI) è una tecnica non invasiva, che permette di effettuare una caratterizzazione in vivo di diversi tessuti, è una tecnica consolidata in ambito neurologico e rappresenta una metodica ancora da esplorare ma molto promettente in ambito renale. Questo lavoro di tesi si concentra in primo luogo sulla differenziazione di diverse strutture renali quali, la corteccia e la medulla del rene sano, le cisti del rene affetto dalla malattia policistica autosomica dominante e i carcinomi. La seconda parte del lavoro si concentra sui reni policistici, in quanto è una delle malattie genetiche più comuni e la principale causa di insufficienza renale e non è, ad oggi, stata adeguatamente affrontata in questo genere di studi. Il secondo obiettivo è, quindi, di valutare se la tecnica dell’imaging di diffusione potrebbe essere utile per fornire informazioni sullo stato della malattia e sul grado si avanzamento di essa. Sono stati implementati in Matlab gli algoritmi per la costruzione del tensore di diffusione a partire dalle immagini DWI e per la selezione delle ROI sulle varie regioni di interesse. I risultati ottenuti per l’analisi dei reni policistici dimostrano che per gli intervalli temporali considerati non è possibile correlare il valore di diffusività media del parenchima e lo stadio di avanzamento della malattia, stabilito dai valori di eGFR. Per quanto riguarda i risultati ottenuti dalla differenziazione delle diverse strutture renali la tecnica della diffusion imaging risulta essere potenzialmente in grado di differenziare i diversi tessuti renali e di valutare separatamente la funzionalità dei reni.

Le metodiche di Diffusion Weighted Imaging per la caratterizzazione della malattia policistica renale

La tecnica di Diffusion Weighted Imaging (DWI) si basa sullo studio del moto diffusivo delle molecole d’acqua nei tessuti biologici ed è in grado di fornire informazioni sulla struttura dei tessuti e sulla presenza di eventuali alterazioni patologiche. Il più recente sviluppo della DWI è rappresentato dal Diffusion Tensor Imaging (DTI), tecnica che permette di determinare non solo l’entità, ma anche le direzioni principali della diffusione. Negli ultimi anni, grazie ai progressi nella tecnica di risonanza magnetica, l’imaging di diffusione è stato anche applicato ad altri distretti anatomici tra cui quello renale, per sfruttarne le potenzialità diagnostiche. Tuttavia, pochi sono ancora gli studi relativi all’applicazione delle metodiche di diffusione per la valutazione della malattia policistica renale autosomica dominante (ADPKD). ADPKD è una delle malattie ereditarie più comuni ed è la principale causa genetica di insufficienza renale dell’adulto. La caratteristica principale consiste nella formazione di cisti in entrambi i reni, che progressivamente aumentano in numero e dimensioni fino a causare la perdita della funzionalità renale nella metà circa dei pazienti. Ad oggi non sono disponibili terapie capaci di arrestare o rallentare l’evoluzione di ADPKD; è possibile controllare le complicanze per evitare che costituiscano componenti peggiorative. Il lavoro di tesi nasce dalla volontà di indagare se la tecnica dell’imaging di diffusione possa essere utile per fornire informazioni sullo stato della malattia e sul suo grado di avanzamento. L’analisi di studio è concentrata sul calcolo del coefficiente di diffusione apparente (ADC), derivato dalle immagini DWI e valutato nella regione della midollare. L’obiettivo di questo lavoro è verificare se tale valore di ADC sia in grado di caratterizzare la malattia policistica renale e possa essere utilizzato in ambito clinico-diagnostico come indicatore prognostico nella progressione di questa patologia.

Apparent diffusion coefficient in the aging mouse brain: a magnetic resonance imaging study

Novel magnetic resonance imaging sequences have and still continue to play an increasing role in neuroimaging and neuroscience. Among these techniques, diffusion-weighted imaging (DWI) has revolutionized the diagnosis and management of diseases such as stroke, neoplastic disease and inflammation. However, the effects of aging on diffusion are yet to be determined. To establish reference values for future experimental mouse studies we tested the hypothesis that absolute apparent diffusion coefficients (ADC) of the normal brain change with age. A total of 41 healthy mice were examined by T2-weighted imaging and DWI. For each animal ADC frequency histograms (i) of the whole brain were calculated on a voxel-by-voxel basis and region-of-interest (ROI) measurements (ii) performed and related to the animals' age. The mean entire brain ADC of mice <3 months was 0.715(+/-0.016) x 10(-3) mm2/s, no significant difference to mice aged 4 to 5 months (0.736(+/-0.040) x 10(-3) mm2/s) or animals older than 9 months 0.736(+/-0.020) x 10(-3) mm2/s. Mean whole brain ADCs showed a trend towards lower values with aging but both methods (i + ii) did not reveal a significant correlation with age. ROI measurements in predefined areas: 0.723(+/-0.057) x 10(-3) mm2/s in the parietal lobe, 0.659(+/-0.037) x 10(-3) mm2/s in the striatum and 0.679(+/-0.056) x 10(-3) mm2/s in the temporal lobe. With advancing age, we observed minimal diffusion changes in the whole mouse brain as well as in three ROIs by determination of ADCs. According to our data ADCs remain nearly constant during the aging process of the brain with a small but statistically non-significant trend towards a decreased diffusion in older animals.

Valutazione dei disturbi cognitivi nei pazienti sottoposti a Rivascolarizzazione Carotidea (Endoarterectomia vs Stenting) mediante dosaggio di marker di danno neuronale, Mini Mental State Examination e Risonanza Magnetica

Scopo del nostro studio è quello di valutare i disturbi cognitivi in relazione al tasso di microembolia cerebrale in due gruppi di pazienti trattati per lesione carotidea asintomatica con endoarterectomia (CEA) o stenting (CAS). Comparando le due metodiche mediante l’utilizzo di risonanza magnetica in diffusione (DW-MRI), neuromarkers (NSE e S100β) e test neuropsicometrici. MATERIALE E METODI: 60 pazienti sono stati sottoposti a rivascolarizzazione carotidea (CEA n=32 e CAS n=28). Sono stati tutti valutati con DW-MRI e Mini-Mental State Examination (MMSE) test nel preoperatorio, a 24 ore, a 6 ed a 12 mesi dall’intervento. In tutti sono stati dosati i livelli sierici di NSE e S100β mediante 5 prelievi seriati nel tempo, quello basale nel preoperatorio, l’ultimo a 24 ore. L’ananlisi statistica è stata effettuata con test t di Student per confronti multipli per valori continui e con test χ2 quadro e Fisher per le variabili categoriche. Significatività P <0,05. RISULTATI: Non vi è stato alcun decesso. Un paziente del gruppo CAS ha presentato un ictus ischemico. In 6 pazienti CAS ed in 1 paziente CEA si sono osservate nuove lesioni subcliniche alla RMN-DWI post-operatoria (21,4% vs 3% p=0,03). Nel gruppo CAS le nuove lesioni presenti alla RMN sono risultate significativamente associate ad un declino del punteggio del MMSE (p=0,001). L’analisi dei livelli di NSE e S100β ha mostrato un significativo aumento a 24 ore nei pazienti CAS (P = .02). A 12 mesi i pazienti che avevano presentato nuove lesioni ischemiche nel post-operatorio hanno mostrato minor punteggio al MMSE, non statisticamente significativo. CONCLUSIONI: I neuromarkers in combinazione con MMSE e RMN-DWI possono essere utilizzati nella valutazione del declino cognitivo correlato a lesioni silenti nell’immediato postoperatorio di rivascolarizzazione carotidea. Quest’ultime dovrebbero essere valutate quindi non solo rispetto al tasso di mortalità e ictus, ma anche rispetto al tasso di microembolia.

Applicazione di tecniche di analisi statistica e texture analysis all'imaging di risonanza magnetica di pazienti affetti da glioblastoma multiforme

Il seguente lavoro di tesi si è concentrato sull'analisi statistica dei dati prodotti dall'imaging di risonanza magnetica di pazienti affetti da tumori di alto grado, in particolare glioblastoma multiforme. Le tipologie di acquisizione d'immagine utilizzate sono state l'imaging pesato in T1 e il Diffusion-Weighted Imaging (DWI). Lo studio è stato suddiviso in due fasi: nella prima è stato considerato un campione di pazienti affetti da glioblastoma multiforme che, dopo il trattamento, avessero manifestato una ricaduta della malattia; per questi pazienti è stato quantificato in che modo la dose erogata durante la terapia si sia distribuita sul target del trattamento, in particolare nella porzione di tessuto in cui andrà a svilupparsi la recidiva. Nella seconda fase, è stato selezionato un campione più ristretto che disponesse, per entrambe le modalità di imaging, di un'acquisizione pre-terapia e di un numero sufficiente di esami di follow up; questo al fine di seguire retrospettivamente l'evoluzione della patologia e analizzare tramite metodi statistici provenienti anche dalla texture analysis, i dati estratti dalle regioni tumorali. Entrambe le operazioni sono state svolte tramite la realizzazione di software dedicati, scritti in linguaggio Matlab. Nel primo capitolo vengono fornite le informazioni di base relative ai tumori cerebrali, con un'attenzione particolare al glioblastoma multiforme e alle sue modalità di trattamento. Nel secondo capitolo viene fatta una panoramica della fisica dell'imaging di risonanza magnetica e delle tecniche di formazione delle immagini, con un'ampia sezione è dedicata all'approfondimento dell'imaging in diffusione. Nel terzo capitolo viene descritto il progetto, i campioni e gli strumenti statistici e di texture analysis utilizzati in questo studio. Il quarto capitolo è dedicato alla descrizione puntuale dei software realizzati durante questo lavoro e nel quinto vengono mostrati i risultati ottenuti dall'applicazione di questi ultimi ai campioni di pazienti esaminati.

La risonanza olistica. Arte, pedagogia e scienza della voce nelle culture dello spettacolo

La ricerca impostata considera campi disciplinari specifici e distinti, verso la loro integrazione, mirando a produrre un avanzamento relativo alla scienza della voce attraverso la pratica e lo studio della sua applicazione in campo artistico. A partire dall’analisi delle teorie novecentesche relative alla fonazione nel mondo della scena (Antonin Artaud, Stanislavskij e altri) per giungere alle acquisizioni prodotte dalle terapie corporee e vocali (Tomatis, Lowen, Wilfart in particolare), Marco Galignano ha sviluppato un percorso originale che è passato inoltre attraverso lo studio della pratica di una serie di artisti contemporanei (tra cui Baliani, Belli, Bergonzoni, Jodorowski, Hera, Lucenti e Manfredini) e di pedagoghi e terapeuti (da Serge Wilfart al maestro Paolo Zedda). Galignano ha inoltre riferito, nel suo lavoro, gli esiti della sua personale esperienza di formatore, sviluppata a Bologna all’interno di diversi Dipartimenti dell’Università Alma Mater, del Conservatorio di Musica G.B. Martini, dell’Accademia di Belle Arti e del Teatro Duse in particolare. L’obiettivo della tesi è dunque quello di fondare le basi teoriche per una rinnovata pedagogia vocale, a partire dalla possibile riscoperta del suono naturale fino a giungere alle potenzialità terapeutiche ed artistiche del linguaggio. Gli obiettivi di questo lavoro contemplano l’istituzione di una nuova modalità pedagogica, la sua diffusione attraverso una presentazione opportunamente composta e la sua inscrizione in diverse occorrenze artistiche e professionali. Molte le personalità di spicco del panorama internazionale della scienza e dell’arte della voce che hanno contribuito, negli anni, alla presente ricerca: Francesca Della Monica, insegnante di canto e performer, Tiziana Fuschini, logopedista, Franco Fussi, foniatra, Silvia Magnani, foniatra ed esperta di teatro, Gianpaolo Mignardi, logopedista, Dimitri Pasquali, pedagogo, Livio Presutti, medico chirurgo otorinolaringoiatra, Simonetta Selva, medico dello sport, Serge Wilfart, terapeuta della voce, Paolo Zedda, professore di canto in diverse realtà e Maestro di dizione al Conservatorio Nazionale di Parigi, e molti altri, oltre agli artisti citati in fondo, con le loro ricerche hanno contribuito direttamente alla redazione dell’elaborato finale, che mira a fondare le basi di una rinnovata pedagogia vocale per il teatro in Italia. La ricerca vuole infatti colmare in parte la penuria di apporti scientifici specificamente rivolti alla formazione vocale dell’attore teatrale. II lavoro vorrebbe inoltre raccogliere l’eredita di quei teorici, maestri e registi-pedagoghi che nel Novecento hanno posto le basi per la formazione dell’attore, e al tempo stesso prolungare la linea genealogica che da Stanislavskji trascorre in Grotowski, senza escludere esperienze fondate su presupposti alternativi alla formazione del repertorio vocale del performer: psicofisicità, terapie olistiche, fisica quantistica. Come accennato, una parte della ricerca è stata condotta in collaborazione col Prof. Franco Fussi, correlatore, e grazie al lavoro di redazione nel gruppo della rivista Culture Teatrali, diretto da Marco De Marinis, relatore. II percorso ha inteso infatti sviluppare alcune delle linee di ricerca aperte da Fussi virandole verso lo specifico dell’attività e del training vocale dell’attore, e ha avuto una tappa di verifica rilevante nel Convegno Internazionale di Foniatria e Logopedia “La Voce Artistica” di cui Fussi è direttore, a cui Galignano ha partecipato in veste di relatore. 1. II concetto guida del lavoro di Galignano risiede nell’idea di vibrazione e nel rapporto che questa intrattiene col suono. Il suono, per l’essere umano, costituisce la base materiale della fonazione, del linguaggio codificato comunitariamente così come dei particolari idioletti in continua evoluzione, basi della comunicazione verbale e paraverbale. Il linguaggio umano è costituito principalmente da sonorità vocale e da articolazione consonantica (rumori), e cioè composto di suoni armonici e di rumori prodotti da apparati articolari del corpo che risultano efficaci solo se integrati nel corpo da cui originano. A partire da un tentativo di definizione di salute corporea e di equilibrio psicofisico, attraverso l’analisi della rigenerazione cellulare e delle dinamiche comportamentali, Galignano definisce scientificamente la lingua parlata come emersione di codici comunicativi che originano da una schematizzazione del mondo intimo-personale del soggetto e si fondano su memorie molecolari, sull’attitudine comportamentale abituale, tra spontaneità, automatismi e capacità episodica di attenzione psicofisica. Ciò costituisce, per Galignano, la “risonanza olistica” alla base dell’efficacia comunicativa in sede pedagogica. L’argomento, che verrà sviluppato per la presentazione editoriale dell’elaborato e di cui la tesi di dottorato è solo una prima tappa in fieri, è stato sviscerato anche sulla base di nozioni di fisica classica e di fisica quantistica. Ciò senza dimenticare gli studi approfonditi sulla vocalità in ambito filosofico, da Bologna a Cavarero, da Napolitano a Zumthor. La tesi è composta attraverso una progressione che, a partire da una dichiarazione di poetica, trascorre poi verso l’analisi della fisiologia e della psicologia della voce, per approdare a una zona di approfondimento scientifico, teorico ed empirico, di una serie di metodi d’avanguardia di abilitazione e riabilitazione. In ultimo, come appendice, vengono riferiti i risultati del percorso laboratoriale condotto nel corso degli anni del dottorato di ricerca. Le esperienze sul campo maturate nell’ambito dell’attività pedagogica e laboratoriale si sono inoltre sviluppate a partire da un Progetto Strategico d’Ateneo dell’Università di Bologna intitolato “La Voce nel Corpo. La Recitazione e il Movimento Coreografico”, di cui Marco Galignano è responsabile scientifico. Un tempo specifico della tesi di dottorato è dunque composto a partire dai risultati maturati attraverso le varie azioni, laboratoriali e artistiche, che fin qui il progetto “La Voce nel Corpo” ha prodotto. In definitiva, attraverso il tessuto composto da esperienze pedagogiche, pratica artistica e ricerca scientifica, la tesi di dottorato di Galignano, work in progress, mira a comporre un sistema integrato, teorico-pratico, per l’insegnamento e la trasmissione di una specifica tecnica vocale calata nella pratica attoriale, ma utile a fini ulteriori, da quello riabilitativo fino alle tecniche di cura del sé su cui s’e appuntata la riflessione filosofica erede della teoresi artaudiana. La parte conclusiva della ricerca riguarda i suoi possibili futuri sviluppi, specifici, impostati attraverso la collaborazione, attuale, passata o in divenire, con artisti quali Marco Baliani, Matteo Belli, Alessandro Bergonzoni, Albert Hera, Michela Lucenti, Danio Manfredini e altri a cui Marco Galignano è particolarmente riconoscente.

Diagnostic value of diffusion weighted MRI and ADC in differential diagnosis of cavernous hemangioma of the liver.

Aims: To investigate the use of diffusion weighted magnetic resonance imaging (DWI) and the apparent diffusion coefficient (ADC) values in the diagnosis of hemangioma. Materials and methods: The study population consisted of 72 patients with liver masses larger than 1 cm (72 focal lesions). DWI examination with a b value of 600 s/mm2 was carried out for all patients. After DWI examination, an ADC map was created and ADC values were measured for 72 liver masses and normal liver tissue (control group). The average ADC values of normal liver tissue and focal liver lesions, the “cut-off” ADC values, and the diagnostic sensitivity and specificity of the ADC map in diagnosing hemangioma, benign and malignant lesions were researched. Results: Of the 72 liver masses, 51 were benign and 21 were malignant. Benign lesions comprised 38 hemangiomas and 13 simple cysts. Malignant lesions comprised 9 hepatocellular carcinomas, and 12 metastases. The highest ADC values were measured for cysts (3.782±0.53×10-3 mm2/s) and hemangiomas (2.705±0.63×10-3 mm2/s). The average ADC value of hemangiomas was significantly higher than malignant lesions and the normal control group (p<0.001). The average ADC value of cysts were significantly higher when compared to hemangiomas and normal control group (p<0.001). To distinguish hemangiomas from malignant liver lesions, the “cut-off” ADC value of 1.800×10-3 mm2/s had a sensitivity of 97.4% and a specificity of 90.9%. To distinguish hemangioma from normal liver parenchyma the “cut-off” value of 1.858×10-3 mm2/s had a sensitivity of 97.4% and a specificity of 95.7%. To distinguish benign liver lesions from malignant liver lesions the “cut-off” value of 1.800×10-3 mm2/s had a sensitivity of 96.1% and a specificity of 90.0%. Conclusion: DWI and quantitative measurement of ADC values can be used in differential diagnosis of benign and malignant liver lesions and also in the diagnosis and differentiation of hemangiomas. When dynamic examination cannot distinguish cases with vascular metastasis and lesions from hemangioma, DWI and ADC values can be useful in the primary diagnosis and differential diagnosis. The technique does not require contrast material, so it can safely be used in patients with renal failure. Keywords:

Design of coreless PCB transformers for power and signal isolation in a modular ADC system for power quality data acquisition

Available industrial energy meters offer high accuracy and reliability, but are typically expensive and low-bandwidth, making them poorly suited to multi-sensor data acquisition schemes and power quality analysis. An alternative measurement system is proposed in this paper that is highly modular, extensible and compact. To minimise cost, the device makes use of planar coreless PCB transformers to provide galvanic isolation for both power and data. Samples from multiple acquisition devices may be concentrated by a central processor before integration with existing host control systems. This paper focusses on the practical design and implementation of planar coreless PCB transformers to facilitate the module's isolated power, clock and data signal transfer. Calculations necessary to design coreless PCB transformers, and circuits designed for the transformer's practical application in the measurement module are presented. The designed transformer and each application circuit have been experimentally verified, with test data and conclusions made applicable to coreless PCB transformers in general.

A Proposal for Concurrent Estimation of Static and Dynamic Nonlinearity of ADC

Despite great advances in very large scale integrated-circuit design and manufacturing, performance of even the best available high-speed, high-resolution analog-to-digital converter (ADC) is known to deteriorate while acquiring fast-rising, high-frequency, and nonrepetitive waveforms. Waveform digitizers (ADCs) used in high-voltage impulse recordings and measurements are invariably subjected to such waveforms. Errors resulting from a lowered ADC performance can be unacceptably high, especially when higher accuracies have to be achieved (e.g., when part of a reference measuring system). Static and dynamic nonlinearities (estimated independently) are vital indices for evaluating performance and suitability of ADCs to be used in such environments. Typically, the estimation of static nonlinearity involves 10-12 h of time or more (for a 12-b ADC) and the acquisition of millions of samples at high input frequencies for dynamic characterization. ADCs with even higher resolution and faster sampling speeds will soon become available. So, there is a need to reduce testing time for evaluating these parameters. This paper proposes a novel and time-efficient method for the simultaneous estimation of static and dynamic nonlinearity from a single test. This is achieved by conceiving a test signal, comprised of a high-frequency sinusoid (which addresses dynamic assessment) modulated by a low-frequency ramp (relevant to the static part). Details of implementation and results on two digitizers are presented and compared with nonlinearities determined by the existing standardized approaches. Good agreement in results and time savings achievable indicates its suitability.

A Proposal for Concurrent Estimation of Static and Dynamic Nonlinearity of ADC

Despite great advances in very large scale integrated-circuit design and manufacturing, performance of even the best available high-speed, high-resolution analog-to-digital converter (ADC) is known to deteriorate while acquiring fast-rising, high-frequency, and nonrepetitive waveforms. Waveform digitizers (ADCs) used in high-voltage impulse recordings and measurements are invariably subjected to such waveforms. Errors resulting from a lowered ADC performance can be unacceptably high, especially when higher accuracies have to be achieved (e.g., when part of a reference measuring system). Static and dynamic nonlinearities (estimated independently) are vital indices for evaluating performance and suitability of ADCs to be used in such environments. Typically, the estimation of static nonlinearity involves 10-12 h of time or more (for a 12-b ADC) and the acquisition of millions of samples at high input frequencies for dynamic characterization. ADCs with even higher resolution and faster sampling speeds will soon become available. So, there is a need to reduce testing time for evaluating these parameters. This paper proposes a novel and time-efficient method for the simultaneous estimation of static and dynamic nonlinearity from a single test. This is achieved by conceiving a test signal, comprised of a high-frequency sinusoid (which addresses dynamic assessment) modulated by a low-frequency ramp (relevant to the static part). Details of implementation and results on two digitizers are presented and compared with nonlinearities determined by the existing standardized approaches. Good agreement in results and time savings achievable indicates its suitability.

ADC Static Characterization Using Nonlinear Ramp Signal

Static characteristics of an analog-to-digital converter (ADC) can be directly determined from the histogram-based quasi-static approach by measuring the ADC output when excited by an ideal ramp/triangular signal of sufficiently low frequency. This approach requires only a fraction of time compared to the conventional dc voltage test, is straightforward, is easy to implement, and, in principle, is an accepted method as per the revised IEEE 1057. However, the only drawback is that ramp signal sources are not ideal. Thus, the nonlinearity present in the ramp signal gets superimposed on the measured ADC characteristics, which renders them, as such, unusable. In recent years, some solutions have been proposed to alleviate this problem by devising means to eliminate the contribution of signal source nonlinearity. Alternatively, a straightforward step would be to get rid of the ramp signal nonlinearity before it is applied to the ADC. Driven by this logic, this paper describes a simple method about using a nonlinear ramp signal, but yet causing little influence on the measured ADC static characteristics. Such a thing is possible because even in a nonideal ramp, there exist regions or segments that are nearly linear. Therefore, the task, essentially, is to identify these near-linear regions in a given source and employ them to test the ADC, with a suitable amplitude to match the ADC full-scale voltage range. Implementation of this method reveals that a significant reduction in the influence of source nonlinearity can be achieved. Simulation and experimental results on 8- and 10-bit ADCs are presented to demonstrate its applicability.

Energy efficient asymmetric binary search switching technique for SAR ADC

An asymmetric binary search switching technique for a successive approximation register (SAR) ADC is presented, and trade-off between switching energy and conversion cycles is discussed. Without using any additional switches, the proposed technique consumes 46% less switching energy, for a small input swing (0.5 V-ref (P-P)), as compared to the last reported efficient switching technique in literature for an 8-bit SAR ADC. For a full input swing (2 V-ref (P-P)), the proposed technique consumes 16.5% less switching energy.

ADC Static Nonlinearity Estimation Using Linearity Property of Sinewave

Prohibitive test time, nonuniformity of excitation, and signal nonlinearity are major concerns associated with employing dc, sine, and triangular/ramp signals, respectively, while determining static nonlinearity of analog-to-digital converters (ADCs) with high resolution (i.e., ten or more bits). Attempts to overcome these issues have been examined with some degree of success. This paper describes a novel method of estimating the ``true'' static nonlinearity of an ADC using a low-frequency sine signal (for example, less than 10 Hz) by employing the histogram-based approach. It is based on the well-known fact that the variation of a sine signal is ``reasonably linear'' when the angle is small, for example, in the range of +/- 5 degrees to +/- 7 degrees. In the proposed method, the ADC under test has to be ``fed'' with this ``linear'' portion of the sinewave. The presence of any harmonics and offset in input excitation makes this linear part of the sine signal marginally different compared with that of an ideal ramp signal of equal amplitude. However, since it is a sinusoid, this difference can be accurately determined and later compensated from the measured ADC output. Thus, the corrected ADC output will correspond to the true ADC static nonlinearity. The implementation of the proposed method is discussed along with experimental results for two 8-b ADCs and one 10-b ADC which are then compared with the static characteristics estimated by the conventional DC method.

An 8-to-1 bit 1-MS/s SAR ADC With VGA and Integrated Data Compression for Neural Recording

Low power consumption per channel and data rate minimization are two key challenges which need to be addressed in future generations of neural recording systems (NRS). Power consumption can be reduced by avoiding unnecessary processing whereas data rate is greatly decreased by sending spike time-stamps along with spike features as opposed to raw digitized data. Dynamic range in NRS can vary with time due to change in electrode-neuron distance or background noise, which demands adaptability. An analog-to-digital converter (ADC) is one of the most important blocks in a NRS. This paper presents an 8-bit SAR ADC in 0.13-mu m CMOS technology along with input and reference buffer. A novel energy efficient digital-to-analog converter switching scheme is proposed, which consumes 37% less energy than the present state-of-the-art. The use of a ping-pong input sampling scheme is emphasized for multichannel input to alleviate the bandwidth requirement of the input buffer. To reduce the data rate, the A/D process is only enabled through the in-built background noise rejection logic to ensure that the noise is not processed. The ADC resolution can be adjusted from 8 to 1 bit in 1-bit step based on the input dynamic range. The ADC consumes 8.8 mu W from 1 V supply at 1 MS/s speed. It achieves effective number of bits of 7.7 bits and FoM of 42.3 fJ/conversion-step.