ERI: Non-Contact Ultrasound Generation and Detection for Tissue Functional Imaging and Biomechanical Characterization
ERI:用于组织功能成像和生物力学表征的非接触式超声波生成和检测
基本信息
- 批准号:2347575
- 负责人:
- 金额:$ 20万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2024
- 资助国家:美国
- 起止时间:2024-06-01 至 2026-05-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Traditional ultrasound imaging and sensing systems have limitations in resolution and specificity, often requiring direct contact with the medium under investigation through a coupling medium. However, in biomedical diagnosis, this direct contact can cause irritation, resulting in discomfort. As a scientific research tool, direct contact often leads to pollution of samples or inconvenience in operation. To address these issues, this project aims to develop integrated non-contact ultrasound generation and detection systems capable of achieving high-resolution and highly specified detection and imaging for biological functional imaging and biomechanical characterization. The developed non-contact systems can provide the scientific research and biomedical community with a very useful tool for specific biochemical and functional observations at a very small scale. The developed systems can also offer the tissue engineering community a non-contact and non-destructive method for characterizing the mechanical properties of their developed tissues. This project will provide research training opportunities for undergraduate and graduate students and will promote the engagement and interest of high school students in science, technology, engineering and mathematics (STEM) through its outreach activities. This project aims to develop and validate systems that integrate broadband ultrasound generation using both photoacoustic and air-coupled ultrasound techniques. These systems will incorporate a compact fiber optic Sagnac interferometer capable of multiband detection to accommodate different spatial resolution requirements and enable the detection of transverse ultrasound waves for biomechanical characterization of biological tissues. The integration of these non-contact ultrasound generation and detection techniques will enable non-contact tissue functional imaging with optical resolution, as well as non-contact biomechanical characterization of tissues. The research plan represents the first systematic study exploring the potential applications of a compact fiber optic Sagnac interferometer in biological tissue imaging. The compact fiber optic Sagnac interferometer could become a powerful, affordable, and attractive tool for enhancing biomedical diagnosis and research, offering improved accuracy and non-contact capabilities. Additionally, for the first time, this project investigates the feasibility of using the compact fiber optic Sagnac interferometer for multiband non-contact photoacoustic signal detection in biological tissue, particularly, in the ultra-high-frequency range, up to 400MHz. Success in this endeavor could replace the current expensive piezo-based single transducer in high-frequency ultrasound detection. Furthermore, the research plan introduces non-contact air-coupled ultrasound-induced transverse waves to evaluate cardiovascular path biomechanical properties, opening doors for engineered tissue mechanical characterization using this proposed non-contact ultrasound generation and detection technique.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
传统的超声成像和传感系统在分辨率和特异性方面存在局限性,通常需要通过耦合介质与正在研究的介质进行直接接触。但是,在生物医学诊断中,这种直接接触会引起刺激,导致不适。作为一种科学研究工具,直接接触通常会导致样本污染或操作中的不便。为了解决这些问题,该项目旨在开发能够实现高分辨率和高度指定检测和成像的综合非接触超声生成和检测系统,以实现生物功能成像和生物力学表征。开发的非接触系统可以为科学研究和生物医学界提供非常有用的工具,用于在很小的规模上进行特定的生化和功能观察。开发的系统还可以为组织工程界提供一种非接触式和无损的方法,用于表征其发达组织的机械性能。该项目将为本科生和研究生提供研究培训机会,并通过其外展活动来促进高中生在科学,技术,工程和数学(STEM)方面的参与和兴趣。该项目旨在开发和验证使用光声和空气耦合超声技术整合宽带超声产生的系统。这些系统将结合一个紧凑的光纤SAGNAC干涉仪,能够满足多次检测,以适应不同的空间分辨率要求,并能够检测横向超声波的生物力学表征。这些非接触性超声产生和检测技术的整合将使非接触式组织功能成像具有光学分辨率,以及组织的非接触式生物力学表征。该研究计划代表了第一个系统的研究,该研究探讨了紧凑型光纤SAGNAC干涉仪在生物组织成像中的潜在应用。紧凑型光纤SAGNAC干涉仪可能会成为一种强大,负担得起且有吸引力的工具,可增强生物医学诊断和研究,从而提高准确性和非接触功能。此外,该项目首次研究了使用紧凑型光纤SAGNAC干涉仪在生物组织中进行多体非接触光声信号检测的可行性,尤其是在超高频范围内,最高为400MHz。在这项工作中的成功可以取代当前的高频超声检测中基于昂贵的压电的单传感器。此外,该研究计划介绍了非接触空气耦合超声引起的横向波,以评估心血管路径生物力学特性,开为工程组织机械表征的开门,使用该拟议的非接触性超声产生和检测技术,这些奖项通过NSF的依据来评估,这是NSF的智力范围的依据。 标准。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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