Sensing Vulnerable Plaque in vivo by an All-optical Intravascular Ultrasound and Photoacoustic Catheter

通过全光学血管内超声和光声导管感测体内易损斑块

基本信息

  • 批准号:
    10473605
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 58.04万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-08-01 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary: Vulnerable plaques are the main contributor to acute coronary syndrome. In early stages, vulnerable plaques are not blood flow limiting, thus not visible in X-ray angiography. Thin cap fibroatheroma, which is found to be the precursor lesion associated with plaque rupture, is featured by a thin fibrous cap, a large necrotic lipid pool, and inflammation. Under the support of R01HL125385, our team developed an intravascular photoacoustic (IVPA) imaging modality for in vivo detection of lipid-laden plaques, which simultaneously measures lipid-specific components and their depth in an artery wall, summarized in 9 journal articles and 2 book chapters. Towards the long-term goal of identification and quantification of lipid-laden vulnerable plaque in human patients, we recognize that current piezoelectric-transducer-based IVPA technology has intrinsic limitations. First, the sensitivity for lipid detection is limited by the insufficient coverage of the low-frequency PA signal; Second, the bandwidth of piezoelectric transducer is not large enough to provide sufficient axial resolution to identify the thin fibrous cap (typically < 65 μm); Third, the piezoelectric transducer makes it difficult for the eventual size of an IVPA catheter to meet the clinical requirement (< 1 mm in diameter). To address the limitations, this competitive renewal R01 proposal aims to develop a novel all-optical IVUS/PA catheter and validate the system by in vivo imaging of arteries in a clinically relevant Ossabaw swine model. An interdisciplinary team is assembled to achieve this objective. Dr. Ji-Xin Cheng (PI, Boston University) is an expert in development and applications of novel label-free optical imaging methods. Dr. Michael Sturek (co-investigator, Indiana University School of Medicine) is an expert in vascular research and atherosclerotic animal model development. Dr. Islam A. Bolad (consultant, Indiana University School of Medicine) is an interventional cardiologist who has over 20 years of experience on clinical research with multimodal intravascular imaging tools; Dr. Qifa Zhou (consultant, University of Southern California) is an expert of ultrasound transducers. Dr. Yingchun Cao (Research Scientist, Boston University) is an expert on fiber optics and catheter development. We will take three steps to build this all-optical IVUS/PA catheter. In Aim 1, we will develop a dual-frequency IVPA/US catheter with optical-resolution PA imaging capacity. In Aim 2, we will develop and validate an all-optical IVPA/US catheter with high sensitivity and high axial resolution. In Aim 3, we will validate the all-optical IVUS/PA system by in vivo intracoronary imaging on an Ossabaw swine model. Our intravascular fiber-optic ultrasound generation and detection approach will provide significantly extended bandwidth, which not only allows sensitive detection of the low frequency PA signal, but also overcomes the long-standing insufficient spatial resolution of both IVPA and IVUS imaging.
项目摘要: 弱势斑块是导致急性冠状动脉综合征的主要因素。在较早的阶段,脆弱的斑块 不是血流限制,因此在X射线血管造影中看不到。薄帽纤维瘤,发现 与斑块破裂相关的前体病变具有薄薄的纤维帽,一个大的坏死脂质池, 和炎症。在R01HL125385的支持下,我们的团队发展了血管内光声 (IVPA)用于体内检测脂质斑块的成像方式,该斑块仅测量脂质特异性 组成部分及其在动脉墙中的深度,总结在9篇期刊文章和2本书章节中。向 人类患者鉴定和量化脂质易受损斑块的长期目标,我们 认识到目前基于压电透射剂的IVPA技术具有内在局限性。首先, 脂质检测的敏感性受到低频PA信号覆盖不足的限制。第二, 压电传感器的带宽不足以提供足够的轴向分辨率来识别薄 纤维帽(通常<65μm);第三,压电传感器使事件大小的困难 IVPA导管满足临床需求(直径<1 mm)。为了解决限制,这种竞争激烈 更新R01提案旨在开发一种新型的全光IVUS/PA导管,并通过体内验证系统 在临床相关的Ossabaw猪模型中的动脉成像。一个跨学科团队聚集到 实现这一目标。 Ji-Xin Cheng博士(波士顿大学PI)是开发和应用专家 新颖的无标签光学成像方法。迈克尔·斯特雷克(Michael Sturek) Medicine)是血管研究和动脉粥样硬化动物模型开发的专家。伊斯兰博士A. Bolad博士 (印第安纳大学医学院顾问)是一位介入的心脏病专家 具有多模式的血管内成像工具的临床研究经验; Qifa Zhou博士(大学顾问 南加州)是超声传感器的专家。 Yingchun Cao博士(波士顿研究科学家 大学)是光纤和导管开发的专家。我们将采取三个步骤来构建这个全面的 IVUS/PA导管。在AIM 1中,我们将开发具有光学分辨率PA的双频IVPA/US导管 成像能力。在AIM 2中,我们将开发和验证具有高灵敏度的全光IVPA/US导管 高轴向分辨率。在AIM 3中,我们将通过体内冠状动脉内成像验证全光IVUS/PA系统 在Ossabaw猪模型上。我们的血管内光纤超声产生和检测方法将 提供显着扩展的带宽,不仅允许对低频PA的敏感检测 信号,但也克服了IVPA和IVUS成像的长期空间分辨率。

项目成果

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