Development of photoacoustic tomography for non-invasive, label-free imaging of tissue perfusion in chronic wounds

开发用于慢性伤口组织灌注非侵入性、无标记成像的光声断层扫描技术

基本信息

  • 批准号:
    10404566
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 42.4万
  • 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:
    2021-05-15 至 2025-02-28
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project summary Chronic leg ulcers are affecting approximately 6.5 million Americans and the disease includes venous stasis ulcers, arterial ulcers, pressure ulcers, and diabetic (neuropathic) ulcers. They are associated with significant mortality (28% over two years), reduced quality of life (nonambulatory), and high treatment costs (>$25 billion/yr in the U.S.). Since many chronic ulcers have underlying vascular insufficiency, accurate assessment of blood perfusion to the wound is critical to treatment planning and monitoring. However, existing clinical tests fail to meet this need in practice. Without timely information on circulation, a patient may need to wait months after the revascularization surgery before any additional intervention can be planned. An accurate, noninvasive tool for circulation assessment would greatly improve post-surgical decision making and clinical outcomes of wound patients. This project aims to develop a three-dimensional (3D) wound assessment system using photoacoustic tomography (PAT), a hybrid modality that detects optical absorption in tissue through the photoacoustic effect. The conversion of optical absorption into acoustic waves breaks through the optical diffusion limit, allowing for high-resolution imaging in three dimensions. Since hemoglobin serves as the major endogenous contrast at near-infrared wavelengths, PAT provides label-free, three-dimensional imaging of hemoglobin distribution, which is closely related to circulation. While PAT has shown promising results in vascular imaging, various hurdles have prevented its application in wound evaluation. Capitalizing on the recent innovations in photoacoustic system development and image processing, the team will address these hurdles and develop a PAT-based wound imaging system with unique advantages in terms of spatial resolution, penetration depth, and portability. To ensure successful implementation of the project, the PI has gathered a multidisciplinary team with expertise in photoacoustic imaging, wound healing, vascular surgery, biostatistics, and computer science. The project has also secured support from the region’s busiest vascular clinic located at Buffalo Generation Hospital and Erie County Medical Center and their outpatient clinics. More importantly, the team has already worked together and acquired preliminary data through support from the University at Buffalo’s NIH Clinical and Translational Science Awards (CTSA) Program. Through the four-year project, the team will achieve the following aims: Aim 1: Develop a versatile, high-resolution 3D photoacoustic imaging system that can be easily rotated and positioned to image any regions on the foot; Aim 2: Validate the system at vascular clinics and identify photoacoustic features of tissue perfusion; and Aim 3: Test the feasibility of using PAT to monitor tissue perfusion and guide post-surgical assessment and treatment planning.
项目摘要 慢性腿溃疡影响了约650万美国人,该疾病包括静脉Stagis 溃疡,动脉溃疡,压溃疡和糖尿病(神经性)溃疡。它们与重要相关 死亡率(两年内28%),生活质量降低(非疗法)和高度治疗成本(> 250亿美元/年 在美国)。由于许多慢性溃疡具有潜在的血管功能不全,因此对血液进行准确评估 伤口灌注对于治疗计划和监测至关重要。但是,现有的临床测试无法 在实践中满足这种需求。没有及时的有关流通的信息,患者可能需要等待几个月之后 在计划进行任何其他干预之前,血运重建手术。一种准确的无创工具 循环评估将大大改善手术后决策和伤口的临床结果 患者。该项目旨在使用光声开发三维(3D)伤口评估系统 断层扫描(PAT),一种混合​​模态,通过光声效应检测组织中的光学滥用。 光学滥用转换为声波的转化穿过光学扩散极限,从而允许 三维的高分辨率成像。由于血红蛋白是主要的内源性对比 近红外波长,PAT提供了无标签的三维成像血红蛋白分布的成像 与循环密切相关。帕特(Pat)在血管成像中表现出希望的结果 已经阻止了其在伤口评估中的应用。利用光声最近的创新 系统开发和图像处理,团队将解决这些障碍并开发基于PAT的障碍 在空间分辨率,穿透深度和便携性方面具有独特优势的伤口成像系统。 为了确保成功实施该项目,PI聚集了一个具有专业知识的多学科团队 在光声成像,伤口愈合,血管手术,生物统计学和计算机科学中。该项目有 还获得了该地区最繁忙的血管诊所的支持,位于布法罗一代医院和伊利 县医疗中心及其门诊诊所。更重要的是,团队已经共同努力了, 通过大学NIH的NIH临床和转化科学的支持获得了初步数据 奖项(CTSA)计划。通过四年项目,团队将实现以下目标:目标1:开发 一种多功能的高分辨率3D光声成像系统,可以轻松旋转并定位到图像 脚上的任何区域;目标2:验证血管诊所的系统并确定光声特征 组织灌注;目标3:测试使用PAT监测组织灌注并引导外科手术的可行性 评估和治疗计划。

项目成果

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