A portable photoacoustic imager for diagnosing vascular diseases

用于诊断血管疾病的便携式光声成像仪

基本信息

项目摘要

Project Summary/Abstract Vascular diseases are the leading cause of death worldwide. Some common vascular diseases include: cardio vascular disease, stroke, and peripheral artery disease (PAD). Many of these vascular diseases need point-of- care (POC) diagnosis and monitoring using non-ionizing, non-invasive and cost-effective approaches. Although Doppler ultrasound meets all these requirements, it only maps blood flow, which is operator dependent and influenced by motion artifacts, resulting in limited sensitivity and specificity to detect the disease in its early stage. A POC technique that provides direct label-free molecular and functional information of vasculature is needed to reliably detect and monitor vascular diseases. A mobile photoacoustic imager (mPAI) is proposed for diagnosing various vascular diseases in resource poor settings of the world. Leveraging on strong multispectral optical absorption of oxy- and de-oxy hemoglobins, the mPAI is capable of providing multi-parametric information of deep vasculature, such as blood oxygen saturation, plaque lipids, blood flow and blood clot. The mPAI is non-invasive, real time and uses non-ionizing optical and ultrasound radiation. This will be the first and perhaps the only portable technology capable of deriving such multiparametric functional information of deep vasculature without the use of contrast agents. Competing technologies cannot provide such a direct information of vascular health, and certainly not in a compact portable device form. Health care providers can use the mPAI to instantly diagnose several vascular diseases affecting humans of all ages, including infants. In the R21 phase, Aim1 will design and develop the mPAI, integrating the low-cost optical illumination and piezoelectric micromachined ultrasound transducer (PMUT) arrays. Dr. Rundra Pratap team from the Indian Institute of Science (IISc), Bangalore, will design and fabricate the PMUT arrays. Dr. Kothapalli team will develop the mPAI and validate its performance on tissue mimicking vascular phantoms in Aim 1, and rat models of PAD in Aim 2. The ultimate goal of the two-year R21 phase is to achieve a clinical grade mPAI device with reliable vascular imaging metrics. In the R33 phase, to test the clinical performance of the mPAI, the following multicenter pilot clinical studies on PAD patients will be conducted in 1) Penn State Hershey medical center, 2) Vikram Hospital in India through collaborations with the IISc team, and 3) in Ghana in Year 5 with the help of Dr. Colette Pameijer of Penn State who conducts medical camps in Ghana every year through Penn State Global Health Program. Clinical studies in R33 phase will be undertaken only if well-defined milestones are achieved in the R21 phase. The overall goal of these studies is to carefully validate the clinical potential of emerging label-free photoacoustic imaging technology to screen for vascular diseases, in a portable form, in resource poor settings of the world.
项目概要/摘要 血管疾病是全世界死亡的主要原因。一些常见的血管疾病包括: 血管疾病、中风和外周动脉疾病(PAD)。许多这些血管疾病都需要进行点治疗 使用非电离、非侵入性和具有成本效益的方法进行护理(POC)诊断和监测。虽然 多普勒超声满足所有这些要求,它仅绘制血流图,这取决于操作员并且 受运动伪影的影响,导致早期检测疾病的敏感性和特异性有限。 需要一种可直接提供脉管系统无标记分子和功能信息的 POC 技术 可靠地检测和监测血管疾病。 提出了一种移动光声成像仪(mPAI)用于诊断资源匮乏的各种血管疾病 世界的设定。利用氧合和脱氧血红蛋白的强多光谱光学吸收, mPAI能够提供深部血管系统的多参数信息,例如血氧饱和度、 斑块脂质、血流和血凝块。 mPAI 是非侵入式、实时的,并使用非电离光学和 超声波辐射。这将是第一个,也许是唯一一个能够产生这种效果的便携式技术。 无需使用造影剂即可获得深部脉管系统的多参数功能信息。竞争 技术无法提供血管健康的直接信息,当然也无法在紧凑的便携式设备中提供。 装置形式。医疗保健提供者可以使用 mPAI 立即诊断影响健康的多种血管疾病 所有年龄段的人,包括婴儿。 在R21阶段,Aim1将设计和开发mPAI,集成低成本光学照明和 压电微机械超声换能器 (PMUT) 阵列。来自印度的Rundra Pratap博士团队 班加罗尔科学研究所 (IISc) 将设计和制造 PMUT 阵列。 Kothapalli 博士团队将开发 mPAI 并验证其在 Aim 1 中模拟血管模型和 PAD 大鼠模型中的性能 目标 2。两年 R21 阶段的最终目标是实现临床级 mPAI 设备,具有可靠的性能 血管成像指标。 在R33阶段,为了测试mPAI的临床表现,进行了以下多中心试点临床研究 针对 PAD 患者的研究将在 1) 宾夕法尼亚州立大学好时医疗中心、2) 印度 Vikram 医院进行 与 IISc 团队合作,以及 3) 第 5 年在宾夕法尼亚州立大学 Colette Pameijer 博士的帮助下在加纳 他每年通过宾夕法尼亚州立大学全球健康计划在加纳举办医疗营。临床研究 只有在 R21 阶段实现明确的里程碑后,才会进行 R33 阶段的工作。 这些研究的总体目标是仔细验证新兴无标记药物的临床潜力 光声成像技术可在资源匮乏的环境中以便携式形式筛查血管疾病 世界的。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Low-Cost Scalable PCB-Based 2-D Transducer Arrays for Volumetric Photoacoustic Imaging.
用于体积光声成像的低成本可扩展基于 PCB 的二维换能器阵列。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2024-02-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Mitra, Mahaan;Kumar, Akshay;Khandare, Shubham;Gaddale, Prameth;Anandan, Yashoda;Pedibhotla, Srian;Roy, Kaustav;Chen, Haoyang;Pratap, Rudra;Kothapalli, Sri
  • 通讯作者:
    Kothapalli, Sri
Multiwavelength laser diode based portable photoacoustic and ultrasound imaging system for point of care applications.
基于多波长激光二极管的便携式光声和超声成像系统,适用于护理点应用。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2024-05-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Mitra, Mahaan;Haworth, Abigail;Gaddale, Prameth;Badran, Faisal;Lagno, Nuzhath;Pameijer, Colette;Aziz, Faisal;Kothapalli, Sri
  • 通讯作者:
    Kothapalli, Sri
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