Miniature EPR sensor for on-site oximetry

用于现场血氧测定的微型 EPR 传感器

基本信息

  • 批准号:
    9281723
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 17.52万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-06-01 至 2020-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract Knowledge of tissue oxygen level has enormous clinical significance in the diagnosis, prognosis, and treatment of several pathologies including cardiovascular disease, cancer, and wound healing. However, there is an unmet need for devices that can measure tissue oxygen in patients with a reasonable degree of accuracy, reliability, and robustness. Although a number of methods are considered applicable for oxygen measurements in patients, they lack the ability to make repeated measurements to monitor temporal changes during or post-therapy. Electron paramagnetic resonance (EPR)-based oximetry offers certain unique advantages over other methods, including high accuracy, high sensitivity to pO2 and high functional specificity. Unfortunately, the use of EPR-based techniques for clinical purposes still needs to address a number of fundamental issues, most notably the restrictions that arise from existing hardware. Most conventional EPR systems are large, bulky units with restrictive spacing between the magnet poles. Importantly, patients must be brought to the EPR facility for oxygen measurements. Hence, considerable changes in EPR hardware are necessary to make this technology more appealing and available by bedside or at treatment site from a clinical standpoint. The overall goal of this exploratory project is to develop a highly innovative miniature EPR device capable of repeated monitoring of deep tissue pO2 in patients. We propose to construct a unique self- contained compact EPR sensor system, called implantable oxygen sensor that can be used on site in the clinic. In contrast to the existing EPR system, which requires a large external magnet, our approach will use an ultra-small permanent magnet, which will be integrated within a resonator holding the oxygen-sensing probe. The all-in-one implantable unit will be of 2-mm diameter and 6-mm length and will be driven by a novel compact spectrometer, based on state-of-the-art field programmable gate array (FPGA) electronics. The specific aims of the two-year project are: (i) To construct a miniature EPR sensor using permanent magnets, loop-gap resonator, and oxygen- sensing crystal embedded in a silicone polymer attached to a compact, simple and affordable pulse EPR spectrometer; (ii) To validate the EPR sensor performance in vitro and in vivo using animal model. This unique device will enable continuous on-site and real-time monitoring of deep- tissue pO2 and may become a vital tool for clinical use to optimize various therapies for improving treatment outcomes.
抽象的 对组织氧水平的了解在诊断,预后,预后具有巨大的临床意义 并治疗几种病理,包括心血管疾病,癌症和伤口 康复。但是,对于可以测量患者组织氧的设备的需求未满足 具有合理程度的准确性,可靠性和鲁棒性。虽然许多方法 被认为适用于患者的氧气测量值,他们缺乏使 重复测量以监测治疗期间的时间变化。电子 顺磁共振(EPR)的血氧仪比其他方面具有某些独特的优势 方法,包括高精度,对PO2的高灵敏度和高功能特异性。 不幸的是,将基于EPR的技术用于临床目的仍然需要解决 基本问题的数量,最值得注意的是现有硬件产生的限制。 大多数常规的EPR系统都是庞大的庞大单元,在 磁极杆。重要的是,必须将患者带到EPR设备进行氧气测量。 因此,需要进行EPR硬件的巨大变化才能使该技术更多 从临床的角度出现吸引人并在床旁或治疗现场获得。总体目标 这个探索性项目是开发一种能够创新的微型EPR设备 重复监测患者深层组织PO2。我们建议构建独特的自我 包含紧凑的EPR传感器系统,称为可植入的氧气传感器,可用于 诊所的现场。与需要大型外部磁铁的现有EPR系统相反, 我们的方法将使用超小的永久磁铁,该磁铁将集成在谐振器中 保持氧气探针。多合一植入单元的直径为2毫米, 6毫米长,将由新型紧凑型光谱仪驱动,基于最先进的场 可编程门阵列(FPGA)电子设备。该两年项目的具体目的是:(i) 使用永久磁铁,环隙谐振器和氧气构建微型EPR传感器 感测嵌入在硅胶聚合物中的晶体,该聚合物附着在紧凑,简单且负担得起的 脉冲EPR光谱仪; (ii)在体外和体内验证EPR传感器的性能 动物模型。这种独特的设备将实现深入的现场和实时监控 Tissue PO2,并可能成为临床使用的重要工具,以优化各种改善的疗法 治疗结果。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Compact electron spin resonance skin oximeter: Properties and initial clinical results.
紧凑型电子自旋共振皮肤血氧计:特性和初步临床结果。
  • DOI:
    10.1002/mrm.28595
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Cristea,David;Wolfson,Helen;Ahmad,Rizwan;Twig,Ygal;Kuppusamy,Periannan;Blank,Aharon
  • 通讯作者:
    Blank,Aharon
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