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KaleiBox: a portable device for multifunctional fluorescence tomography

Applicant Ren Wuwei
Number 178262
Funding scheme Bridge - Proof of Concept
Research institution Institut für Biomedizinische Technik Universität und ETH Zürich
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Electrical Engineering
Start/End 01.08.2018 - 31.01.2020
Approved amount 190'685.00
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Keywords (5)

Fluorescence tomography; Preclinical study; 3D optical imaging device; Medical Imaging; Portability

Lay Summary (German)

Lead
Es wird erwartet, dass das Gerät, das neuartige Hardware- und Softwarekonzepte kombiniert, den derzeitigen Arbeitsablauf der präklinischen Bildgebung ergänzen und die Wirkstoffsuche erleichtern wird. Wir nennen das Gerät KaleiBox (stammt von "Kaleidoskop", einem Spielzeug) und betonen so seine Vielseitigkeit und Portabilität.
Lay summary

Inhalt und Ziele des Forschungsprojekts

Die KaleiBox besteht aus einer maßgeschneiderten Software, STIFT (Smart Toolkit für Fluoreszenz-Tomographie) und einer kompakten Hardware. Ein mit STIFT installierter Computer ist für die Datenspeicherung, die Bildrekonstruktion, die Co-Registrierung von optischen Bildern mit strukturellen Bildern, die Daten / Bildanalyse und die experimentellen Einstellungen verantwortlich. Der Computer kommuniziert drahtlos mit der Hardware, indem er optimierte experimentelle Protokolle sendet und rohe Bilddaten für die sequentielle Rekonstruktion und Analyse empfängt. Der Hauptteil der Hardware besteht aus einem Steuermodul und einem Bilderfassungsmodul, die mit einem flexiblen und abnehmbaren Bündel von Datenkabeln und einer optischen Faser verbunden sind. Dieses Design ermöglicht es der KaleiBox, sowohl im autonom als auch im Hybridmodus zu arbeiten.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Pharma- / Biotechnologieindustrien und biomedizinische Forschungslabors sind unsere ersten Kunden. Sie sind an dieser nicht-invasiven 3D-Bildgebung mit KaleiBox interessiert, weil sie es ihnen ermöglicht, Studien in verschiedenen Tiermodellen zu neuen, effizienteren Forschungsmethoden in einer Fülle biomedizinischer Forschungsthemen wie Neurologie, Kardiologie, Immunologie und Medikamentenentwicklung wiederholbar durchzuführen . Dieser Ansatz spart Tiere, Zeit und reduziert die Kosten um einen Faktor >10 im Vergleich zu z.B. PET / MRT. Dies ist nur der Anfang. Wir werden schnell expandieren, indem wir hoch lukrative Anwendungen wie z.B. nicht-invasive landwirtschaftliche Diagnostik für Pflanzenkrankheiten und Obst- / Gemüse-Reife angehen.

Direct link to Lay Summary Last update: 30.04.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Abstract

To facilitate drug discovery and biomedical research, we propose KaleiBox, a three-dimensional optical imaging device for small animal imaging. The KaleiBox solution consists of a customized software, STIFT (smart toolkit for fluorescence tomography) and a compact hardware. A computer installed with STIFT is responsible for data storage, image reconstruction, co-registration of optical images with structural images, data/image analysis and experimental settings. The computer communicates with the hardware wirelessly by sending optimized experimental protocols and receiving raw image stacks for sequential reconstruction and analysis. The main part of hard-ware consists of a control module and an imaging module, which are connected with a flexible and detachable bundle of data cables and an optical fiber. This design allows KaleiBox to function at both standalone and hybrid modes, depending on the purpose of studies and availability of MRI scanners. Pharmaceutical/biotechnology industries and biomedical research labs are our first customers. They are keen on this non-invasive 3D imaging with KaleiBox, because it enables them to carry out repeated studies in different animal models in new more efficient ways of research in an abundance of biomedical research topics including neurology, cardiology, and immunology and drug development. This approach saves animal lives, time and reduces the cost by a factor >10 compared to e.g. PET/MRI. This is merely the start. We will rapidly expand by addressing highly lucrative applications such as e.g. non-invasive agricultural diagnostics for plant diseases and fruit/vegetable ripeness. We expect a prototype device featuring miniaturized design, convenient operation, dual modes option and robust reconstruction. The prototype will be ready for large-scale manufacturing and commercialization.
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