Continuous Photoacoustic Monitoring of Neonatal Stroke in Intensive Care Unit

重症监护病房新生儿中风的连续光声监测

基本信息

  • 批准号:
    10548689
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 34.45万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-02 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT Neonatal encephalopathy can arise from fetal hypoxia-ischemia during labor, chronic uteroplacental inflammation, and large cerebral artery embolization primarily arising from dislodgement of a placental thrombus. Because of overlapping clinical presentation, differential diagnosis is often delayed until seizures develop and MRI can be safely performed, a time at which most neuroprotectants are ineffective. Whereas hypothermia is approved for use within 6 hours of birth for hypoxia-ischemia, no treatments have been approved for perinatal arterial ischemic stroke because of the difficulty of definitive diagnosis required for clinical trial stratification at birth. With an estimated incidence of 17-93 per 100,000 live births, the incidence of stroke in the perinatal period rivals the incidence of stroke in adults (17-23 per 100,000). Therefore, a device that could rapidly and reliably identify an area of focal cerebral ischemia soon after birth would have a major impact by enabling the testing of neuroprotectants at an early therapeutic time window that would maximize efficacy. The Brimrose Technology Corporation, partnering with Johns Hopkins University, propose a photoacoustic helmet (PAH) device that can be safely deployed at the bedside in the neonatal intensive care unit to 1) continuously monitor and rapidly identify at-risk neonates, shortly after birth, rapidly allowing them to be triaged to therapy; 2) monitor the progress of therapy; and 3) provide prognostic information to the parents of newborns at risk for life-long brain injury. The PA imaging mechanism is a purely hybrid mechanism, providing rich optical absorbance contrast of tissue oxy- and deoxyhemoglobin through intact scalp and skull. A proof-of-concept of detecting decreased tissue oxyhemoglobin in a 1 cm-induced experimental stroke has been demonstrated with standard laboratory PA laser light source and clinical ultrasound detector. Our goal is to incorporate safer light-emitting diodes (LEDs) and more sensitive ultrasound detectors configured in a neonatal helmet to localize cortical regions of low oxygenation in the newborn. In the proposed Phase-I STTR, we will develop fundamental hardware and software components for effective integration. Aim 1 - Software for safe PAH imaging at high contrast resolution, including deep neural network and optimal spectral unmixing techniques to enable a safe and high-speed LED-based PAH system. Aim 2 - Hardware for modular PAH system, including a fiber-coupled Brimrose ultra-sensitive multi- bounce laser microphone and optimal modular unit design for a PAH imaging at high spatial-temporal-spectral resolution through intact scalp and skull. Aim 3 - Framework for modular PAH system integration, enabling a robust integration of modular units in a PAH system with rigid-body tag registration using optical tracking, in which different neonatal head shapes and need for different imaging specifications can be accommodated. The Phase-I milestone is detection of the full blood O2 saturation range at <10 mm full-width-half-maximum in the transverse plane and 5 mm sensing depth through ex vivo neonatal piglet skull + scalp sample with an integrated set of hardware and software packages, allowing preclinical validation studies to proceed in Phase II.
项目摘要/摘要 新生儿脑病可能是由胎儿缺氧期间的胎儿缺血,慢性子宫牙菌性引起的 炎症和大脑动脉栓塞主要是由胎盘血栓移位引起的。 由于临床呈现重叠,差异诊断通常会延迟,直到癫痫发作和 可以安全地执行MRI,大多数神经保护剂无效。而体温过低 批准在出生后6小时内用于缺氧 - 缺血,未批准围产期的治疗 动脉缺血性中风,因为在 出生。估计每100,000例活生生的发病率为17-93,围产期的中风发生率 竞争成年人中风的发生率(每100,000每100,000)。因此,一种可以快速可靠的设备 出生后不久,识别局灶性脑缺血区域将对测试产生重大影响 在早期的治疗时间窗口中,神经保护剂将最大化疗效。 Brimrose技术 公司与约翰·霍普金斯大学合作,提出了可以使用光声头盔(PAH)设备 安全部署在新生儿重症监护病房的床边,以连续监测并迅速监视 出生后不久,识别出危险的新生儿,可以迅速将其分为治疗; 2)监视进度 治疗; 3)向有终身脑损伤风险的新生儿父母提供预后信息。这 PA成像机制是一种纯粹的混合机制,提供了丰富的组织氧气的光吸光度对比度 和脱氧血红蛋白通过完整的头皮和头骨。检测组织减少的概念证明 标准实验室PA激光已证明了1 cm诱导的实验中风中的氧血红蛋白 光源和临床超声检测器。我们的目标是结合更安全的发光二极管(LED)和 更敏感的超声探测器在新生儿头盔中配置,以定位于低的皮质区域 新生儿中的氧合。在拟议的I期STTR中,我们将开发基本的硬件和软件 有效整合的组件。 AIM 1-以高对比度分辨率的安全性PAH成像的软件,包括 深度神经网络和最佳光谱隔离技术,以实现安全且高速的LED PAH 系统。 AIM 2-用于模块化PAH系统的硬件,包括纤维耦合的Brimrose超敏感的多敏感 弹跳激光麦克风和最佳模块化单元设计,用于高空间 - 频谱的PAH成像 通过完整的头皮和头骨解决。 AIM 3-模块化PAH系统集成的框架,使一个 使用光学跟踪,在PAH系统中使用模块化单元的强大集成, 可以容纳不同的新生儿头部形状以及需要不同成像规格的需求。这 I阶段里程碑是在<10 mm全宽度最大最大最大范围内检测全血O2饱和度范围 横向平面和5 mm传感深度通过体内新生儿头骨头骨 +头皮样品 一组硬件和软件包,允许临床前验证研究在第二阶段进行。

项目成果

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    2016
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