Proton Electron Double Resonance Imaging (PEDRI) of Free Radicals

自由基的质子电子双共振成像 (PEDRI)

基本信息

  • 批准号:
    7125455
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 100.98万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2005
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2005-09-30 至 2009-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): This proposal is for development of novel instrumentation to enable rapid measurement and imaging of free radicals in biomedical applications using Dynamic Nuclear Polarization (DNP) and Proton Electron Double Resonance Imaging (PEDRI). A unique variable field, rapid field cycling (FC) PEDRI instrument will be built capable of performing measurements from fields of 0 to 0.2 T. DNP/PEDRI can provide rapid high quality measurements of free radicals in living animals and these novel dual resonance techniques overcome a number of the fundamental limitations of EPR imaging that requires relatively long times for image data collection, provides limited image resolution due to the inherently broad linewidths of paramagnetic labels, and needs very large gradients as well as independent techniques for anatomic registration. Therefore, DNP and PEDRI have great potential to advance this field providing: sensitive, rapid and high quality measurements and imaging of paramagnetic molecules in biomedical systems. There are 5 aims: 1) Development of a magnet, gradient, field control, and system control interface optimized for PEDRI of free radicals in small animal models of disease; 2) Development of DNP spectroscopy and PEDRI with variable field EPR preexcitation for NMR based detection and imaging of the EPR spectra of free radicals; 3) Development of Field Cycled DNP and Spectral-Spatial PEDRI to enhance measurement sensitivity and minimize problems with power deposition and sample heating; 4) Development of innovative resonator and RF design optimized for DNP and PEDRI of in vivo and ex vivo biomedical applications; 5) Development of optimized software and algorithms enabling rapid acquisition and analysis of DNP and PEDRI spectral and image data. Together these aims will overcome existing limitations of RF power deposition and result in the development of a unique variable field rapid field cycling PEDRI/DNP instrument capable of rapid, high quality measurement and imaging of free radicals in small animal models of disease. This new instrumentation and related innovations in rapid field cycling, resonator technology and ultra fast image acquisition, have the potential to provide 100-fold enhanced sensitivity in radical detection, with 10-fold higher image resolution and over 10-fold faster image acquisition than prior fixed field PEDRI instrumentation, while reducing RF power deposition by over two orders of magnitude.
描述(由申请人提供):该提案旨在开发新型仪器,以使用动态核极化(DNP)和质子电子双共振成像(PEDRI)在生物医学应用中快速测量和成像自由基。将建造一种独特的可变场、快速场循环 (FC) PEDRI 仪器,能够执行 0 至 0.2 T 场的测量。DNP/PEDRI 可以提供活体动物中自由基的快速高质量测量,并且这些新颖的双共振技术克服了EPR 成像的许多基本限制是,需要相对较长的时间来收集图像数据,由于顺磁标签固有的宽线宽而提供有限的图像分辨率,并且需要非常大的梯度以及独立的解剖配准技术。因此,DNP 和 PEDRI 具有推动该领域发展的巨大潜力,提供:生物医学系统中顺磁分子的灵敏、快速和高质量的测量和成像。有 5 个目标: 1) 开发针对小动物疾病模型中自由基 PEDRI 优化的磁铁、梯度、场控制和系统控制界面; 2) 开发具有变场 EPR 预激励的 DNP 光谱和 PEDRI,用于基于 NMR 的自由基 EPR 光谱检测和成像; 3) 开发现场循环 DNP 和谱空间 PEDRI,以提高测量灵敏度并最大限度地减少功率沉积和样品加热问题; 4) 开发针对体内和离体生物医学应用的 DNP 和 PEDRI 优化的创新谐振器和 RF 设计; 5) 开发优化的软件和算法,能够快速采集和分析 DNP 和 PEDRI 光谱和图像数据。这些目标共同将克服射频功率沉积的现有局限性,并开发出一种独特的可变场快速场循环 PEDRI/DNP 仪器,能够对小动物疾病模型中的自由基进行快速、高质量的测量和成像。这种新仪器以及快速场循环、谐振器技术和超快速图像采集方面的相关创新,有可能将自由基检测的灵敏度提高 100 倍,图像分辨率提高 10 倍,图像采集速度比以前快 10 倍以上固定场 PEDRI 仪器,同时将射频功率沉积减少两个数量级以上。

项目成果

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