Magnetic Particle Imaging (MPI) for Functional Brain Imaging in Humans

用于人类脑功能成像的磁粒子成像 (MPI)

基本信息

  • 批准号:
    8827525
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 52.39万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-09-26 至 2017-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant): In this planning grant we propose several engineering developments to advance Magnetic Particle Imaging (MPI) to replace MRI as the next-generation functional brain imaging tool for human neuroscience. We assemble a group of technology experts to solve a myriad of identified and unidentified barriers, we employ simulation and bench-top experiments to characterize and test solutions for these technical obstacles and validate solutions by bench testing specific sub-sections of the imager. Finally we simulate the overall performance of the planned device and assess its benefit for human functional brain imaging. MPI is a young but extremely promising technology that uses the nonlinear magnetic response of iron- oxide nanoparticles to localize their presence in the body. MPI directly detects the nanoparticle's magnetization rather than using secondary effects on the Magnetic Resonance relaxation times. Thus, while MPI and MRI share many technologies, the MPI method does not use the MR phenomena in any way. Our plan is to detect the activation-induced and resting-state changes in the iron-oxide concentration in the cerebral capillary network by monitoring the local iron oxide concentration (and thus local Cerebral Blood Volume, CBV). This CBV-contrast source is well-proven in animal and human fMRI studies which detect CBV changes by MRI using the same iron-oxide agents. But, by developing MPI as the detection modality, we show that there is a potential 120-fold increase in the contrast-to-noise ratio (CNR) of neuronal activation. This astronomical detection benefit dwarfs any potential benefit envisioned by improving MRI technology. For example, given that the BOLD CNR scales with the square of the magnet strength, this increase in CNR would be equivalent to a 30 Tesla MRI scanner, which is clearly infeasible. We envision the sensitivity boon will have an instantaneous and revolutionary impact on neuroscience. It will eliminate the need to perform group averaging to see an activation or networks, bringing analysis to the individual level needed to impact clinical medicine. By improving the basic detection methodology by 100 fold, we hope to revolutionize non-invasive functional imaging methods applicable to the human brain in health and disease.
 描述(由适用提供):在此计划赠款中,我们提出了一些工程开发,以推动磁性粒子成像(MPI)代替MRI作为人类神经科学的下一代功能性脑成像工具。我们组装了一组技术专家,以解决无数鉴定的障碍,我们采用模拟和台面实验来表征和测试这些技术障碍的解决方案,并通过测试成像仪的特定子段来验证解决方案。最后,我们模拟了计划设备的整体性能,并评估其对人类功能脑成像的好处。 MPI是一项年轻但极为有希望的技术,它使用铁氧化物纳米颗粒的非线性磁反应将其定位在体内。 MPI直接检测到纳米颗粒的磁化,而不是对磁共振松弛时间使用二级影响。尽管MPI和MRI共享许多技术,但MPI方法并未以任何方式使用MR现象。我们的计划是通过监测局部氧化铁浓度(因此,因此局部脑血体积,CBV)来检测大脑毛细血管网络中铁氧化物浓度的激活诱导和静息状态的变化。该CBV对比来源在动物和人类fMRI研究中进行了良好的证实,该研究使用相同的铁氧化剂检测MRI的CBV变化。但是,通过开发MPI作为检测方式,我们表明神经元激活的对比度比(CNR)的潜在增加了120倍。这种天文检测有益于改善MRI技术所设想的任何潜在利益。例如,鉴于大胆的CNR尺度具有磁铁强度的平方,因此CNR的增加将等效于30 Tesla MRI扫描仪,它将消除进行平均以观察激活或网络的组平均的需求,从而将分析带到影响临床药物所需的个体水平。通过将基本检测方法提高100倍,我们希望革新适用于健康和疾病中人脑的非侵入性功能成像方法。

项目成果

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数据更新时间:2024-06-01

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    $ 52.39万
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    $ 52.39万
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  • 资助金额:
    $ 52.39万
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    $ 52.39万
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  • 资助金额:
    $ 52.39万
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    10715334
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  • 资助金额:
    $ 52.39万
    $ 52.39万
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