Quantitative assessment of angiogenesis using ultrasound multiple scattering

使用超声多重散射定量评估血管生成

基本信息

  • 批准号:
    10718807
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 55.84万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-06-15 至 2028-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

ABSTRACT Angiogenesis is recognized as a biomarker of cancer malignancy. Ultrasonic (US) imaging, super-resolution ultrasound, micro Doppler and acoustic angiography enable the imaging of vessel networks, but the information provided by these images is not quantitative. We propose real-time quantitative assessment of angiogenesis based on Ultrasound Multiple Scattering (USMS) analysis from raw ultrasound data. The proposed USMS parameters will enable the development of biomarkers of cancer aggressiveness. We will validate our methods for cancer applications, but this novel biomedical imaging technology will find applications beyond cancer (to atherosclerosis for example). For breast cancer diagnosis, X-Ray mammography can be ineffective in some populations and MRI present some challenges of cost, accessibility, and some contra-indications related to the use of Gadolinium contrast. Conventional US is highly sensitive but lacks specificity. A more specific US tool would improve our ability to discriminate indeterminate non-lethal disease from lethal cancers, and make a clinical impact on a notable percentage of the at-risk population. Studies assessing the prognostic value of tumor angiogenesis have found a positive association between increasing microvessel densities and worsening prognosis. There is a relationship between multiple scattering parameters and vascular density when vessels are populated by contrast agents. We hypothesize that measuring USMS parameters will enable assessing vascular density and therefore increase the specificity of ultrasound for cancer diagnosis. To verify this hypothesis, we propose to develop, optimize and validate novel ultrasound methods utilizing multiple scattering approaches. These methods will enable the quantitative characterization of the micro- architecture of angiogenesis, leading to improvements in ultrasound specificity. In this project, we will: i) Develop and optimize a quantitative ultrasound method to assess microvascular density and anisotropy non-invasively. ii) Establish the proof of concept that multiple scattering can be used to characterize angiogenesis and assess tumor malignancy in two rodent studies. ii) Validate our new technology in a preliminary study on human patients, and compare the diagnostic power of the developed methods to the currently available standard point of care ultrasound. This research will dramatically increase the specificity of US imaging of angiogenesis, and enable Contrast- Enhanced Ultrasound (CEUS) to become a reliable and widely used clinical tool for the diagnosis of cancer, or the evaluation of likelihood of plaque rupture. Ultimately, the methods developed will be used for diagnosis and monitoring of cancer, and could find other applications such as the prediction of plaque rupture in atherosclerosis.
抽象的 血管生成被认为是癌症恶性肿瘤的生物标志物。超声(美国)成像,超分辨率 超声波,微型多普勒和声学血管造影可实现容器网络的成像,但信息 这些图像提供的不是定量。 我们提出了基于超声多散射(USM)的血管生成的实时定量评估 来自原始超声数据的分析。提出的USMS参数将使生物标志物的发展 癌症侵略性。我们将验证我们的癌症应用方法,但是这种新型的生物医学 成像技术将发现癌症以外的应用(例如,动脉粥样硬化)。 对于乳腺癌的诊断,X射线乳腺X线摄影在某些人群中可能无效,而存在MRI 成本,可访问性和一些与使用Gadolinium对比有关的挑战。 常规的美国非常敏感,但缺乏特殊性。更具体的美国工具将提高我们的能力 区分不确定的非致命疾病与致命癌症,并对著名的临床影响 高危人口的百分比。 评估肿瘤血管生成预后价值的研究发现 微血管的密度增加和预后恶化。多个散射之间有关系 当血管被对比剂填充时,参数和血管密度。我们假设这一点 衡量USMS参数将使评估血管密度,从而增加 超声诊断。 为了验证这一假设,我们建议使用,优化和验证利用新颖的超声方法 多种散射方法。这些方法将实现微观的定量表征 血管生成的结构,导致超声特异性的改善。 在这个项目中,我们将:i)开发和优化一种评估微血管密度的定量超声方法 和各向异性非侵入性。 ii)建立概念证明,可以用来多个散射 在两项啮齿动物研究中表征血管生成并评估肿瘤恶性肿瘤。 ii)验证我们的新技术 在针对人类患者的初步研究中,并将开发方法的诊断能力与 目前可用的标准护理超声检查。 这项研究将大大提高美国对血管生成的成像的特异性,并使对比 - 增强的超声(CEU)成为可靠且广泛使用的临床工具,用于诊断癌症或 评估斑块破裂的可能性。最终,开发的方法将用于诊断和 监测癌症,并可以找到其他应用,例如预测动脉粥样硬化中的斑块破裂。

项目成果

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