A fast CTOT for mapping whole brain hemodynamic activity in infants

用于绘制婴儿全脑血流动力学活动的快速 CTOT

基本信息

  • 批准号:
    10591932
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 23.4万
  • 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:
    2023-06-01 至 2025-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Abstract Although Blood Oxygenation Level Dependent (BOLD) functional MRI (fMRI) is widely used to examine brain activation in adults, technical and logistical challenges frequently limit the ability to perform fMRI scans readily and longitudinally in infants, particularly in those at greatest risk for adverse neurodevelopmental outcomes and developmental delays. As a consequence, prognostics are made on general basis and cannot be individualized for optimal management. Functional Near-Infrared Spectroscopy – Diffuse Optical Tomography (fNIRS-DOT) imaging promises to be an alternative imaging technique. The current fNIRS-DOT imaging are limited to cortex regions and unable to interrogate deep structures such as the basal ganglia and thalamus that are often involved premature infant brain injury. Recently, we reported a continuous wave-based transcranial near infrared optical imaging system, called Cap-based Transcranial Optical Tomography (CTOT) that employed a single, GaAs intensified, CCD detector array to image whole brain hemodynamic activity in an awake child with seconds of acquisition time. However, the substantial readout time of the CCD detector and slow mechanical switching of source and detector fiber optics resulted in large dead-times that lengthened measurement times. Armed with our preliminary data of the clinical feasibility, we propose to speed up measurement times by adapting recent advances of fast read-out, scientific CMOS detector arrays along with microelectromechanical systems (MEMS) for novel dynamic range control, automated calibration, and optical switching of source and collection fiber optics in order to enable sub-second, dynamic CTOT mapping. The significance and innovation of this approach will be substantial, as never before has a nonintrusive, noninvasive methodology been developed to completely elucidate whole brain hemodynamic activity in infants. Our specific aims are to: (1) refine our CTOT imaging system with a single, GaAs intensified integrating detector, a MEMS optical switch for source fiber optics and a digital micromirror device for detector fiber optics to enable rapid, dynamic imaging; and (2) validate CTOTfNIRS derived hemodynamic activity in infants undergoing BOLD fMRI. If successful, the proposed work will provide the first, rapid whole brain CTOT imaging system for sensitive assessment of brain hemodynamic activity in infants. In the short term, CTOT images will eventually help parents, physicians and therapists best plan and care for children with brain deficits so that their quality of life is optimized as they progress through childhood.
抽象的 尽管血液氧合水平取决于(BOLD)功能性MRI(fMRI)被广泛用于检查大脑 成人激活,技术和后勤挑战通常会限制进行fMRI扫描的能力 在婴儿中纵向,特别是在不良神经发育结局的最大风险和 发展延迟。结果,预后是一般进行的,不能个性化 用于最佳管理。功能性近红外光谱 - 弥散光学层析成像(FNIRS-DOT) 成像有望成为一种替代成像技术。当前的fnirs点成像仅限于皮层 区域,无法审问经常涉及的低音神经节和丘脑等深层结构 早产婴儿脑损伤。最近,我们报道了一个基于连续的波浪trancranial近感染光学 成像系统,称为基于CAP的经颅光学层析成像(CTOT) 加强,CCD检测器阵列,以图像一个清醒儿童的全脑血液动力学活性 获取时间。但是,CCD检测器的大量读数时间和缓慢的机械切换的时间 源和检测器光纤导致大量的死时间延长了测量时间。武装 我们的临床可行性初步数据,我们建议通过调整最近的时间来加快测量时间 快速读取,科学CMOS检测器阵列以及微电动系统(MEMS)的进步 用于新型动态范围控制,自动校准以及源和收集光纤的光学切换 为了启用子秒,动态的CTOT映射。这种方法的意义和创新将 要实质性,因为以前从未开发出一种非感染性的无创方法 阐明婴儿的全脑血流动力学活性。我们的具体目的是:(1)完善我们的CTOT成像 具有单个GAA的系统加强集成检测器,用于源光纤的MEMS光学开关和A 用于探测器光纤的数字微旋转器件可实现快速,动态成像; (2)验证ctotfnirs 受到大胆fMRI的婴儿的血液动力学活性。如果成功,建议的工作将提供 第一个快速的全脑CTOT成像系统,用于对脑血流动力活性的敏感评估 在短期内,CTOT图像最终将帮助父母,医师和治疗师最佳计划,并且 照顾患有大脑的儿童的定义,以便随着童年的发展,他们的生活质量得到了优化。

项目成果

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