Next generation deep tissue quantitative optical imaging

下一代深层组织定量光学成像

基本信息

  • 批准号:
    10320455
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 48.22万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2024-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Nearly 20 years of clinical research has shown that near-infrared optical imaging based upon frequency domain diffuse optical spectroscopy (FD-DOS) can be a powerful tool for the study, diagnosis, and personalized treatment of human disease. When used for neuroimaging (i.e. functional near-infrared spectroscopy, fNIRS), FD-DOS can provide a greater imaging depth compared to standard continuous-wave (CW) fNIRS thus reaching deeper cortical layers and providing better distinction from superficial layers. In breast cancer, FD-DOS is effective for predicting individual response to neoadjuvant chemotherapy and similar strong evidence supporting FD-DOS has been collected in critical care, exercise physiology, breast cancer diagnosis, and other applications. Despite this convincing clinical data, FD-DOS has not yet been translated to standard clinical use for any indication. The reasons are two-fold. First, diffuse optical imaging methods, as a whole, still suffer from low spatial resolution and signal-to-noise ratio. Furthermore, clinical applications that can benefit from the advanced quantitation and deeper sensitivity afforded by FD-DOS are reluctant to adopt the method because it lacks scalability for high density, high resolution imaging and is prohibitively complex, slow, and difficult to use. This project will remove these barriers by creating a reflectance-based FD-DOS imaging platform for quantitative deep tissue spectroscopy and tomography with unprecedented scalability, precision, and speed that enables dramatic improvements in accuracy and spatial resolution. This will be enabled by the development and evaluation of massively-scalable multi-frequency FD hardware and software that samples tissue at ultrahigh spatial densities with high precision. Current methods are insufficient because data acquisition is too slow, the hardware needed (e.g. optical devices/fibers and electronics) is too bulky and heavy, and standard data processing and 3D reconstruction algorithms cannot reasonably handle these large datasets. This project introduces innovations in multi-wavelength optical sources and sensitive detectors, multi- frequency FD modulation and demodulation, high spatial density tissue sampling methods, FD phased-array structured interrogation of tissue, and 2D/3D image reconstruction. Improved performance will be demonstrated through human validation studies of breast imaging and quantitative fNIRS. The results will also significantly advance wearable sensing capabilities and improve quantification in other optical modalities such as photoacoustic imaging. No other medical imaging technology can provide quantitative, deep tissue, and real-time measurements of both endogenous and exogenous molecules and tissue scattering parameters in a compact, scalable platform. Together, these advances will usher in a next generation of quantitative tissue optical spectroscopy that lead to improved diagnostics and individualized care, especially in neurology, breast oncology, and personal health. 1
项目概要 近20年的临床研究表明,基于频率的近红外光学成像 域漫射光谱 (FD-DOS) 可以成为研究、诊断和分析的强大工具。 人类疾病的个性化治疗。当用于神经成像(即功能性近红外 光谱、fNIRS),与标准连续波相比,FD-DOS 可以提供更大的成像深度 (CW) fNIRS 从而到达更深的皮质层并提供与浅层的更好区分。在 乳腺癌,FD-DOS 可有效预测个体对新辅助化疗和类似化疗的反应 在重症监护、运动生理学、乳腺癌领域收集了支持 FD-DOS 的有力证据 诊断等应用。尽管有这些令人信服的临床数据,FD-DOS 尚未转化为 适用于任何适应症的标准临床用途。原因有两个。首先,漫射光学成像方法,作为 整体而言,仍然存在空间分辨率和信噪比较低的问题。此外,临床应用 可以从 FD-DOS 提供的先进定量和更高灵敏度中受益,但不愿意采用 该方法因为缺乏高密度、高分辨率成像的可扩展性并且过于复杂, 缓慢且难以使用。该项目将通过创建基于反射的 FD-DOS 来消除这些障碍 用于定量深部组织光谱和断层扫描的成像平台,具有前所未有的可扩展性, 精度和速度,可显着提高精度和空间分辨率。这将是 通过大规模可扩展的多频 FD 硬件和软件的开发和评估来实现 以超高空间密度高精度对组织进行采样。目前的方法还不够,因为 数据采集​​太慢,所需的硬件(例如光学设备/光纤和电子设备)太大并且 重,标准数据处理和 3D 重建算法无法合理处理这些大数据 数据集。该项目介绍了多波长光源和灵敏探测器、多波长光源和多波长光源的创新。 频率 FD 调制和解调、高空间密度组织采样方法、FD 相控阵 组织的结构化询问和 2D/3D 图像重建。性能将得到改善 通过乳腺成像和定量 fNIRS 的人体验证研究得到证实。结果也将 显着提高可穿戴传感能力并改善其他光学模式的量化,例如 如光声成像。没有其他医学成像技术可以提供定量、深层组织和 实时测量内源性和外源性分子以及组织散射参数 紧凑、可扩展的平台。总之,这些进步将迎来下一代定量组织 光谱学可改善诊断和个性化护理,特别是在神经病学、乳腺病学领域 肿瘤学和个人健康。 1

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)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Thomas D OSullivan其他文献

Thomas D OSullivan的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Thomas D OSullivan', 18)}}的其他基金

Next generation deep tissue quantitative optical imaging
下一代深层组织定量光学成像
  • 批准号:
    10538634
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 48.22万
  • 项目类别:

相似国自然基金

锶银离子缓释钛表面通过线粒体自噬调控NLRP3炎症小体活化水平促进骨整合的机制研究
  • 批准号:
    82301139
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
万寿菊黄酮通过MAPK/Nrf2-ARE通路缓解肉鸡肠道氧化应激损伤的作用机制
  • 批准号:
    32302787
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
肠道菌群及其代谢产物通过mRNA m6A修饰调控猪肉品质的机制研究
  • 批准号:
    32330098
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    220 万元
  • 项目类别:
    重点项目
PUFAs通过SREBPs提高凡纳滨对虾低盐适应能力的机制研究
  • 批准号:
    32303021
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
EGLN3羟化酶通过调控巨噬细胞重编程促进肺癌细胞EMT及转移的机制研究
  • 批准号:
    82373030
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Motion-Resistant Background Subtraction Angiography with Deep Learning: Real-Time, Edge Hardware Implementation and Product Development
具有深度学习的抗运动背景减影血管造影:实时、边缘硬件实施和产品开发
  • 批准号:
    10602275
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 48.22万
  • 项目类别:
Effect of Osseointegrated Prostheses on the Pathogenesis of Hip Osteoarthritis in Patients with Lower Limb Loss
骨整合假体对下肢丧失患者髋骨关节炎发病机制的影响
  • 批准号:
    10662142
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 48.22万
  • 项目类别:
Measuring input-output operations of cortical neurons with large-scale neurotransmitter imaging
通过大规模神经递质成像测量皮质神经元的输入输出操作
  • 批准号:
    10687664
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 48.22万
  • 项目类别:
Real-time Volumetric Imaging for Motion Management and Dose Delivery Verification
用于运动管理和剂量输送验证的实时体积成像
  • 批准号:
    10659842
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 48.22万
  • 项目类别:
High-throughput Phenotyping of iPSC-derived Airway Epithelium by Multiscale Machine Learning Microscopy
通过多尺度机器学习显微镜对 iPSC 衍生的气道上皮进行高通量表型分析
  • 批准号:
    10659397
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 48.22万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了