Development of low-cost optically pumped magnetometer system for fetal applications

开发用于胎儿应用的低成本光泵磁力计系统

基本信息

  • 批准号:
    10589808
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 37.3万
  • 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:
    2022-03-15 至 2026-02-28
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Abstract Currently, we can record non-invasive fetal magnetocardiographic (FMCG) signals with a magnetic sensor- based system called SARA (SQUID Array for Reproductive Assessment) installed at University of Arkansas for Medical Sciences. The study of the fetal heart, and in particular, the developing cardiac conduction system, has been significantly aided in the last two decades by the introduction of FMCG. The American Heart Association recently acknowledged the academic and clinic usefulness of this new modality. Several studies have shown that FMCG can provide new relevant clinical parameters for assessment of fetal cardiac activity and also supplement the parameters that are currently available. Despite all these benefits, the major hurdles facing SQUID technology include system and maintenance cost, cryogenic helium cooling, a rigid one-size-fits-all array, and a single position option for the mother. We have shown the feasibility of using uncooled biomagnetometer for potential prenatal assessments based on microfabricated optically-pumped magnetometers (OPM). The OPMs have many features similar to cryogenic SQUID-based systems as they measure the same field components, and are compatible with standard magnetically-shielded rooms. This proposal is in response to NIBIB’s PAR-19-158 Bioengineering Research Grants, where we apply a multidisciplinary integrative team approach to we plan to design, test and validate a 24-channel OPM sensor system that fits over the maternal abdomen. Performance of the OPM in a three-layered shielded room will be evaluated with respect to the data quality of FMCG signals which will be compared to those obtained from a gold standard SQUID based system. The overall goal is to demonstrate that with OPM systems (a) we can design a stand-alone flexible array for maternal-fetal application (b) record the desired biomagnetic signals equivalent to SQUID sensors; (c) be able to separate the signal into their constituents to extract FMCG and (d) quantify fetal heart signals and the relevant metrics. We believe that with potential lower costs and maintenance requirements, the benefits of using fetal biomagnetometery could be translated from the research to possible widespread clinical applications. The specific aims are as follows: Aim 1: Design and configure a bed-based stand-alone array of OPMs that conforms to the shape of the maternal abdomen in order to obtain signals with sufficient signal-to-noise ratio for fetal applications. Aim 2: Extract and quantify the FMCG waveform components to compute a) PQRS and T wave detection rates and cardiac time intervals (CTI). Aim 3: Record and characterize FMCG of fetuses that have been referred with abnormal heart conditions detected through routine ultrasound examination.
抽象的 目前,我们可以用磁传感器记录无创胎儿心磁图(FMCG)信号—— 阿肯色大学安装了名为 SARA(用于生殖评估的 SQUID 阵列)的系统 医学科学研究胎儿心脏,特别是发育中的心脏传导系统。 美国心脏协会 最近承认这种新模式的学术和临床实用性。多项研究表明。 快速消费品可以为评估胎儿心脏活动提供新的相关临床参数,并且 尽管有这些好处,但仍面临着主要障碍。 SQUID 技术包括系统和维护成本、低温氦冷却、刚性的通用阵列、 我们已经展示了使用非制冷生物磁力计的可行性。 基于微型光泵磁力计 (OPM) 的潜在产前评估。 OPM 具有许多与基于低温 SQUID 的系统类似的功能,因为它们测量相同的场 组件,并与标准磁屏蔽室兼容。 NIBIB 的 PAR-19-158 生物工程研究补助金,我们应用多学科综合团队 我们计划设计、测试和验证适合母亲的 24 通道 OPM 传感器系统 OPM 在三层屏蔽室中的性能将根据数据进行评估。 快速消费品信号的质量将与从金标准 SQUID 系统获得的信号进行比较。 总体目标是证明,通过 OPM 系统 (a),我们可以设计一个独立的灵活阵列 母胎应用 (b) 记录相当于 SQUID 传感器的所需生物磁信号;(c) 能够 将信号分离成其成分以提取快速消费品并 (d) 量化胎儿心脏信号和相关 我们相信,由于潜在的较低成本和维护要求,使用胎儿的好处。 生物磁力计可以从研究转化为可能广泛的临床应用。 具体目标如下: 目标 1:设计和配置基于床的独立 OPM 阵列,该阵列符合患者的形状 产妇腹部以获得具有足够信噪比的信号供胎儿应用。 目标 2:提取并量化 FMCG 波形分量以计算 a) PQRS 和 T 波检测 率和心脏时间间​​隔 (CTI)。 目标 3:记录并表征患有异常心脏病的胎儿的快速消费品 通过常规超声检查发现。

项目成果

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