3D Ultrasound Current Source Density Imaging for Treatment of Heart Arrhythmia

3D 超声电流源密度成像治疗心律失常

基本信息

  • 批准号:
    8257070
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 31.44万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-07-01 至 2014-10-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Recurrent cardiac arrhythmia is a serious health concern affecting more than 4 million Americans and accounts for 20% of all deaths related to heart disease. In advanced cases when drug therapy is ineffective, arrhythmias are often treated with resynchronization or ablation therapy. Intracardiac ablation procedures to correct drug-resistant arrhythmias depend on accurate maps of the cardiac activation wave. Despite global success of interventional cardiac surgery for treatment of arrhythmias, electrophysiological (EP) mapping of the heart has significant limitations; for example, the complex and expensive procedure is prone to image registration errors, not effective for identifying transient arrhythmias, and has relatively poor spatial resolution (5-10 mm). To overcome several limitations and dramatically improve EP mapping procedures, we propose a novel modality for real-time imaging of current flow and biopotentials in the heart. As such, this project would develop Ultrasound Current Source Density Imaging (UCSDI) to greatly enhance and facilitate EP mapping of the heart. UCSDI is based on an acoustoelectric (AE) interaction between local pressure and resistivity to remotely detect current flow in tissue. As we have demonstrated in a variety of preparations, ultrasound passing through tissue generates a voltage modulation (the AE signal) close to the ultrasound frequency and proportional to the local current density. UCSDI would facilitate image guidance during ablation treatment of arrhythmias and other cardiac disorders through 1) direct 3D imaging of current flow and cardiac potentials in the heart; 2) enhanced spatial resolution determined primarily by the size of the ultrasound focus; and 3) automatic co-registration with pulse echo ultrasound (echocardiograms) for overlaying current flow maps with cardiac anatomy and motion. The following specific aims are central for testing this hypothesis. SA.1. Enhance UCSDI system hardware and software SA.2. Determine fundamental limits of sensitivity and resolution SA.3. Interface UCSDI system with commercial intracardiac catheter This project would dramatically improve our existing UCSDI system, identify limits of sensitivity and spatial resolution for EP mapping of the cardiac activation wave using UCSDI, and demonstrate feasibility using a clinical intracardiac catheter. A successful outcome would lead to a 5-year renewal focusing on in vivo studies and translation to the operating room. PUBLIC HEALTH RELEVANCE: This proposal will develop 3D ultrasound current source density imaging (UCSDI), a new modality based on an interaction between ultrasound and conductive tissue, to map electrical activity in the heart. An optimized imaging system would greatly facilitate and enhance electrophysiological mapping of the heart for treatment of arrhythmias.
描述(由申请人提供):复发性心律失常是一种严重的健康问题,影响着超过 400 万美国人,占与心脏病相关的所有死亡的 20%。在药物治疗无效的晚期病例中,心律失常通常采用重新同步或消融治疗来治疗。纠正耐药性心律失常的心内消融手术依赖于心脏激活波的准确图。尽管用于治疗心律失常的介入心脏手术在全球范围内取得了成功,但心脏的电生理 (EP) 测绘仍存在很大的局限性。例如,复杂且昂贵的程序容易出现图像配准错误,不能有效识别短暂性心律失常,并且空间分辨率相对较差(5-10毫米)。为了克服一些限制并显着改进 EP 绘图程序,我们提出了一种对心脏中的电流和生物电进行实时成像的新模式。因此,该项目将开发超声电流源密度成像 (UCSDI),以极大地增强和促进心脏电生理图的绘制。 UCSDI 基于局部压力和电阻率之间的声电 (AE) 相互作用来远程检测组织中的电流。正如我们在各种准备工作中所证明的那样,超声波穿过组织会产生接近超声波频率并与局部电流密度成比例的电压调制(AE 信号)。 UCSDI 将通过以下方式促进心律失常和其他心脏疾病消融治疗期间的图像引导:1) 对心脏中的电流和心电位进行直接 3D 成像; 2)增强的空间分辨率主要由超声焦点的大小决定; 3) 与脉冲回波超声(超声心动图)自动联合配准,将当前血流图与心脏解剖结构和运动叠加。以下具体目标是检验这一假设的核心。 SA.1。增强UCSDI系统硬件和软件SA.2.确定灵敏度和分辨率的基本限值 SA.3。 UCSDI 系统与商业心内导管的接口 该项目将极大地改进我们现有的 UCSDI 系统,确定使用 UCSDI 进行心脏激活波 EP 绘图的灵敏度和空间分辨率的限制,并证明使用临床心内导管的可行性。如果取得成功,将导致为期 5 年的更新,重点关注体内研究和手术室的转化。公共健康相关性:该提案将开发 3D 超声电流源密度成像 (UCSDI),这是一种基于超声和传导组织之间相互作用的新模式,用于绘制心脏电活动图。优化的成像系统将极大地促进和增强用于治疗心律失常的心脏电生理图测。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Measuring the acoustoelectric interaction constant using ultrasound current source density imaging.
使用超声电流源密度成像测量声电相互作用常数。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2012-10-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Li, Qian;Olafsson, Ragnar;Ingram, Pier;Wang, Zhaohui;Witte, Russell
  • 通讯作者:
    Witte, Russell
Simulation-based validation for four- dimensional multi-channel ultrasound current source density imaging.
四维多通道超声电流源密度成像的基于仿真的验证。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2014-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Wang, Zhaohui;Witte, Russell S
  • 通讯作者:
    Witte, Russell S
Design considerations and performance of MEMS acoustoelectric ultrasound detectors.
MEMS 声电超声探测器的设计考虑和性能。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2013-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Wang, Zhaohui;Ingram, Pier;Greenlee, Charles L;Olafsson, Ragnar;Norwood, Robert A;Witte, Russell S
  • 通讯作者:
    Witte, Russell S
Mapping the ECG in the live rabbit heart using Ultrasound Current Source Density Imaging with coded excitation.
使用带有编码激励的超声电流源密度成像绘制活兔心脏的心电图。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2012-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.3
  • 作者:
    Qin, Yexian;Li, Qian;Ingram, Pier;Witte, Russell S
  • 通讯作者:
    Witte, Russell S
Ultrasound current source density imaging of the cardiac activation wave using a clinical cardiac catheter.
使用临床心导管对心脏激活波进行超声电流源密度成像。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2015-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Qin, Yexian;Li, Qian;Ingram, Pier;Barber, Christy;Liu, Zhonglin;Witte, Russell S
  • 通讯作者:
    Witte, Russell S
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  • 通讯作者:
    Matthew O'Donnell

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