Detecting and Monitoring Implant Infection Using X-ray Excited Luminescence Chemical Imaging (XELCI)

使用 X 射线激发发光化学成像 (XELCI) 检测和监测植入物感染

基本信息

  • 批准号:
    9763460
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 31.68万
  • 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:
    2016-07-11 至 2021-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract Approximately half of the two million infections acquired at hospitals in the US are associated with implanted medical devices. Bacterial colonization of implanted medical device surfaces is a major cause of device failure and usually requires device removal coupled with long term antibiotic treatment. Risks of morbidity/mortality from surgery and prolonged hospitalization make early detection critical. However, detection is challenging at early stages prior to development of systemic symptoms of infection when bacteria localized to inaccessible regions of the implant. We will develop a novel medical imaging technique, X-ray excited luminescent chemical imaging (XELCI) to non-invasively detect and monitor bacterial biofilms on modified implant surfaces. Our long term goal is to develop a sensor to detect and monitor in vivo infection. The approach is innovative because no other imaging technique provides surface-specific chemical information at high-resolution through thick tissue. XELCI is a type of scanning optical microscopy wherein a narrow X-ray beam irradiates a radioluminescent film on the implant surface creating a local luminescent spot with pH -dependent spectra. Although the luminescence scatters and blurs as it passes through the tissue in the “far field,” the spectrum depends upon the local pH at the luminescence source, and image resolution is defined by the X-ray beam width. We will apply the technique to detect acidosis beneath biofilms in order to detect and monitor infection. Our two specific aims are to 1) Refine and validate XELCI sensors in vitro and ex vivo; 2) Use XELCI to Assess pH Changes during Healing and Infection in a Rabbit Model. The proposed research is significant because it develops a non-invasive method to detect, monitor, and study biofilms in situ with the ultimate potential for reducing morbidity, mortality and associated cost from implant infections.
抽象的 美国医院发生的 200 万例感染中,大约有一半与植入有关 植入式医疗设备表面的细菌定植是设备故障的主要原因。 通常需要移除装置并进行长期抗生素治疗,存在发病/死亡的风险。 由于手术和长期住院,早期检测至关重要。然而,检测具有挑战性。 当细菌局部难以接近时,出现全身感染症状之前的早期阶段 我们将开发一种新型医学成像技术,即 X 射线激发发光化学物质。 成像(XELCI)以非侵入性方式检测和监测改良种植体表面上的细菌生物膜。 短期目标是开发一种传感器来检测和监测体内感染,该方法是创新的,因为没有。 其他成像技术可通过组织厚度提供高分辨率的表面特定化学信息。 XELCI 是一种扫描光学显微镜,可提供窄 X 射线束照射辐射发光薄膜 在种植体表面产生具有 pH 依赖性光谱的局部发光点。 当发光穿过“远场”中的组织时会发生散射和模糊,光谱取决于 发光源的局部 pH 值,图像分辨率由 X 射线束宽度定义。 应用该技术检测生物膜下的酸中毒,以检测和监测我们的两个感染。 具体目标是 1) 体外和离体完善和验证 XELCI 传感器;2) 使用 XELCI 评估 pH 值 兔子模型愈合和感染过程中的变化这项研究意义重大,因为它。 开发了一种非侵入性方法来原位检测、监测和研究生物膜,具有最终潜力 降低种植体感染的发病率、死亡率和相关费用。

项目成果

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