Fast high-resolution deep photoacoustic tomography of action potentials in brains

大脑动作电位的快速高分辨率深度光声断层扫描

基本信息

  • 批准号:
    9423398
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 26.46万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-02-04 至 2019-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant): Revealing how our brain works is a great challenge but yet worth our every effort: it will not only illuminate the profound mysteries in science but also provide the key to understanding and treating neurological diseases such as Alzheimer's and Parkinson's. The objective of the proposed three-year research is to develop a high- speed, high-spatial-resolution, deep-penetration photoacoustic computed tomography (PACT) system for real- time imaging of action potentials in mouse brains. The proposed hardware imaging system will be unprecedented in the field of PACT in terms of frame rate and spatial resolving power, and the proposed use of voltage-sensitive absorption dyes in PACT is also novel. In comparison to existing high-resolution optical neuroimaging modalities such as two-photon microscopy, the proposed system will provide deeper penetration for whole mouse brain imaging. The timing for such an exciting project is perfect due to the following recent events. Our unpublished ongoing works have shown for the first time that (1) PACT has reached x-ray CT like image quality (see images in the Aim 2 section) and (2) some of the voltage-sensitive fluorescent dyes provide excellent photoacoustic contrast (see data in the Aim 1 section). The ultrasound imaging industry has just started to sell standalone multi-channel data acquisition systems without bundling to a conventional linear-array ultrasonographic system that we do not need, and the users are given full access to the raw RF data. Massively parallel (512 channels) data acquisition enables real-time PACT. In addition to the RFA, the March publication in the Journal of Biomedical Optics by NIH Program Director, Dr. Jonathan D. Pollock, entitled "Deep imaging technology needed for NIH BRAIN initiative,"[1] urged our team to submit this grant application. The specific aims include 1. Screen voltage-sensitive probes for photoacoustic imaging in cell culture preparations and optimize detection parameters. 2. Develop a fast, high-resolution, deep-penetration PACT system. 3. Use PACT to image action potentials in mouse brains in vivo.
 描述(申请人提供):揭示我们的大脑如何工作是一个巨大的挑战,但值得我们付出一切努力:它不仅将阐明科学的奥秘,而且为理解和治疗阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等神经系统疾病提供关键。拟议的三年研究的目标是开发一种高速、高空间分辨率、深穿透光声计算机断层扫描(PACT)系统,用于动作电位的实时成像所提出的硬件成像系统在帧速率和空间分辨率方面将是 PACT 领域前所未有的,并且与现有的高分辨率相比,所提出的在 PACT 中使用电压敏感吸收染料也是新颖的。光学神经成像模式(例如双光子显微镜),所提出的系统将为整个小鼠大脑成像提供更深入的渗透,由于以下最近发生的事件首次表明,这样一个令人兴奋的项目的时机是完美的。 (1) PACT 已达到类似 X 射线 CT 的图像质量(请参阅 Aim 2 部分中的图像),并且 (2) 一些电压敏感荧光染料可提供出色的光声对比度(请参阅 Aim 1 部分中的数据)。刚刚开始销售独立的多通道数据采集系统,无需捆绑到我们不需要的传统线性阵列超声系统,并且用户可以完全访问原始射频数据采集(512 通道)。除了 RFA 之外,NIH 项目主任 Jonathan D. Pollock 博士在《生物医学光学杂志》上发表的 3 月刊物题为“NIH BRAIN 计划所需的深度成像技术”[1] 敦促我们采用实时 PACT。团队提交此资助申请的具体目标包括 1. 筛选用于细胞培养制剂中光声成像的电压敏感探针并优化检测参数 2. 开发快速、高分辨率、深度穿透的 PACT 系统。 3. 使用 PACT 对小鼠大脑体内动作电位进行成像。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Label-free imaging of lipid-rich biological tissues by mid-infrared photoacoustic microscopy.
  • DOI:
    10.1117/1.jbo.25.10.106506
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    He Y;Shi J;Pleitez MA;Maslov K;Wagenaar DA;Wang LV
  • 通讯作者:
    Wang LV
Fighting against fast speckle decorrelation for light focusing inside live tissue by photon frequency shifting.
  • DOI:
    10.1021/acsphotonics.0c00027
  • 发表时间:
    2020-03-18
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Yang J;Li L;Li J;Cheng Z;Liu Y;Wang LV
  • 通讯作者:
    Wang LV
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