Extracorporeal and Endoscopic SWIR Mapping of Dynamic Muscle Function

动态肌肉功能的体外和内窥镜短波红外映射

基本信息

  • 批准号:
    10524926
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20.6万
  • 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:
    2022-07-01 至 2024-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT The contraction of muscle cells in organs such as the heart, uterus, urinary bladder and intestine is regulated by and is affecting a complex activity associated with electrical excitation. Our long-term goal is to develop a paradigm-shifting approach for studying the dynamic actions and coupling between electrical and mechanical properties in muscular tissues and organs to better link them to health and diseases such as Parkinson’s disease and heart failure. New short-wave infrared (SWIR; ~1-2.5 µm) light imaging has bands with relatively low blood absorbance and scattering and has been proposed recently for both deep tissue and in vivo imaging. The general objective of this project is to develop an in vivo extracorporeal and endoscopic label-free SWIR approach for mapping patterns of muscular function. Accordingly, label-free multi-spectral datasets recorded simultaneously at optimized SWIR wavelengths will provide novel spectroscopic fingerprints of electro- mechanical actions in muscle tissue. We will use beating hearts of living mice as a platform for developing the technology for high-speed probing at multiple SWIR wavelengths to test the general hypothesis that in vivo intrinsic optical imaging can characterize simultaneously the distinct dynamic spatiotemporal patterns of electrical and mechanical muscular actions. Our Specific Aims are: Aim 1: To demonstrate that intrinsic multi-spectral SWIR light imaging can be used for extracorporeal mapping of cardiac muscle electro-mechanical dynamics. We will use a specialized high-speed SWIR camera and multi-spectral alternating light sources located outside of the body of label-free mice to test the hypothesis that extracorporeal mapping of spatiotemporal patterns of cardiac activity in vivo is feasible in two optical settings: (1a) wide view objective lens assembly for distanced positioning from the body surface to maximize viewing area and intensity of light illumination and probing. (1b) borescope system in contact with the body surface for imaging with minimal media heterogeneity and light loss. Aim 2: To demonstrate functionality of dual-mode endoscopic SWIR system for label-free mapping electrical excitability and mechanical contractility of cardiac muscle. We will test here the hypothesis that low absorbance and scattering of specific wavelengths in blood permits endoscopic probing of the myocardial electrical and mechanical activation, required for mapping deep muscular tissues in cases of large animals or patients. Accomplishing our aims will open the possibility of a new photonic approach for label- free mapping of dynamic excitation and contractile actions in muscular tissues for in vivo research and clinical applications.
项目摘要/摘要 心脏,子宫,膀胱和肠道等器官中肌肉细胞的收缩受到调节 并影响与电兴奋有关的复杂活动。我们的长期目标是开发 用于研究电气和机械之间的动态作用和耦合的范式转移方法 肌肉组织和器官的特性更好地将其与帕金森氏病等健康和疾病联系起来 和心力衰竭。新的短波红外(SWIR; 〜1-2.5 µm)的光成像具有相对较低的血液 吸光度和散射,最近已提出针对深组织和体内成像。这 该项目的一般目标是开发体内体外和内窥镜标签的无标签 绘制肌肉功能模式的方法。彼此之间,记录了无标签的多光谱数据集 同时在优化的SWIR波长下,将提供新颖的光谱指纹 肌肉组织中的机械作用。我们将使用活着的小鼠跳动的心作为开发的平台 高速探测在多个SWIR波长下的技术,以测试体内的一般假设 固有的光学成像可以简单地表征独特的动态时空模式 电气和机械肌肉作用。我们的具体目的是:目标1:证明这种内在的 多光谱SWIR光成像可用于心肌外肌外映射 动力学。我们将使用专门的高速SWIR相机和多光谱交替的光源 位于无标签小鼠体外,以测试以下假设 在两个光学设置中,体内心脏活动的时空模式是可行的:(1A)宽视图目标镜头 组装从身体表面不同的定位,以最大化视图区域和光强度 照明和探测。 (1B)与人体表面接触的孔系统与最小培养基成像成像 异质性和轻度损失。目标2:展示双模式内窥镜SWIR系统的功能 心肌的无标签映射电气令人兴奋和机械收缩力。我们将在这里测试 假设血液中特定波长的低吸收和散射允许内窥镜探测 心肌电气和机械激活,需要在 大型动物或患者。实现我们的目标将为标签的新光子方法打开可能性 - 在肌肉组织中的动态兴奋和收缩作用的自由映射,用于体内研究和临床 申请。

项目成果

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