Multispectral Fluorescence Molecular Tomography with Structured Light

结构光多光谱荧光分子断层扫描

基本信息

  • 批准号:
    8442236
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 14.33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-03-15 至 2015-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Whole-body optical molecular imaging of small animals is widely used to investigate fundamental biological processes in vivo and accelerate drug development. However, the actual technical implementations do not allow for robust quantitative rendering of 3D bio- distribution of the luminescent markers and require lengthy acquisition times incompatible with multiplexed studies. Our hypothesis is that by employing structured light illumination strategies and by using reconstruction algorithms based on the Monte Carlo method, the inverse optical molecular imaging problem can be solved accurately to provide quantitative spatial maps of molecular fluorescence markers distribution in the internal organs of small animals and simultaneously for multiply markers. The objective of this proposal is to develop, characterize and validate a novel pre-clinical imaging platform that will allow tracking in vivo multiple fluorophores in small animals. First, we intend to develop a fluorescence molecular small animal imager that will be able to provide quantitative fluorescent tomographic data for in vivo multiplexed study. Second, we propose to develop new reconstruction algorithm to perform multispectral time-resolved optical reconstructions. The algorithm will be based on the Monte Carlo method for accurate light propagation model in complex geometry and for complex illumination strategies. Third, we will characterize the performances of this new enabling platform to perform Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) imaging in vivo. We will integrate a non-contact optical imager based on high-power NIR laser, Digital Micromirror Device (DMD) and time-resolved spectrophotometer. Reconstruction algorithms based on an adjoint Monte Carlo formulation will be developed concurrently to model light propagation in small animal and to perform fluorescent yield and lifetime reconstructions. After validating the imaging platform in vitro, whole-body in vivo small animal imaging of NIR-ligand labeled FRET pair will be performed. This new system will fill an important unmet need in pre-clinical studies. This research proposal is expected to revolutionize the investigation of fundamental biological processes in vivo and considerably accelerate drug development by providing a new imaging tool with high-sensitivity and high-throughput capability for molecular imaging studies in whole animals.
描述(由申请人提供):小动物的全身光学分子成像被广泛用于研究体内的基本生物学过程,并加速了药物发育。但是,实际的技术实施不允许对发光标记物的3D生物分布进行鲁棒的定量渲染,并且需要长时间的收购时间与多重研究不相容。我们的假设是,通过采用结构化的光照明策略以及使用基于蒙特卡洛方法的重建算法,可以准确地解决逆光学分子成像问题,以在小动物的内部器官和同时用于倍增标记物的内脏器官中的分子荧光标记物的定量空间图。该建议的目的是开发,表征和验证一个新型的临床前成像平台,该平台将允许在小动物中跟踪体内多个荧光团。首先,我们打算开发荧光分子小动物成像仪,该成像仪将能够提供定量的荧光层析成像数据,以用于体内多路复用研究。其次,我们建议开发新的重建算法来执行多光谱时间分辨的光学重建。该算法将基于蒙特卡洛方法,用于在复杂的几何形状和复杂的照明策略中进行准确的光传播模型。第三,我们将表征这个新的促成平台在体内执行荧光共振能量传递(FRET)成像的性能。我们将基于基于高功率NIR激光器,数字微旋转器件(DMD)和时间分辨的分光光度计的非接触式光学成像仪。将同时开发基于蒙特卡洛公式的重建算法,以模拟小动物的光传播并执行荧光产量和寿命重建。在体外验证了成像平台后,将进行全身的体内小动物成像,以标记为FRET对的NIR配体成像。这个新系统将满足临床前研究的重要需求。预计这项研究建议将彻底改变对体内基本生物学过程的研究,并通过提供一种具有高敏感性和高通量能力的新成像工具来加速药物开发,以在整个动物的分子成像研究中进行。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Time-gated perturbation Monte Carlo for whole body functional imaging in small animals.
  • DOI:
    10.1364/oe.17.019566
  • 发表时间:
    2009-10-26
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Chen J;Intes X
  • 通讯作者:
    Intes X
Monte Carlo based method for fluorescence tomographic imaging with lifetime multiplexing using time gates.
  • DOI:
    10.1364/boe.2.000871
  • 发表时间:
    2011-03-14
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Chen J;Venugopal V;Intes X
  • 通讯作者:
    Intes X
L(p) regularization for early gate fluorescence molecular tomography.
  • DOI:
    10.1364/ol.39.004156
  • 发表时间:
    2014-07-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Zhao L;Yang H;Cong W;Wang G;Intes X
  • 通讯作者:
    Intes X
Time-resolved diffuse optical tomography with patterned-light illumination and detection.
  • DOI:
    10.1364/ol.35.002121
  • 发表时间:
    2010-07-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Chen J;Venugopal V;Lesage F;Intes X
  • 通讯作者:
    Intes X
Ex vivo fluorescence molecular tomography of the spine.
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    $ 14.33万
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