Jeśli chodzi o uzyskanie jasnego obrazu tego, co dzieje się w ciele człowieka, niewiele urządzeń medycznych jest tak przydatnych, jak skaner PET. PET oznacza pozytonową tomografię emisyjną, ale mówiąc najprościej, wymaga użycia radioaktywnych pozytonów lub dodatnio naładowanych cząstek w celu wykrycia funkcjonowania części ciała. Obszar o zwiększonej aktywności metabolicznej lub chemicznej - taki jak podział komórek rakowych - pojawi się na kolorowym obrazie.
Najczęściej wykonuje się skany PET, aby sprawdzić, czy rak rozprzestrzenił się lub czy guz jest zmniejszony, ale są one również wykorzystywane do diagnozowania chorób serca i neurologicznych. W rzeczywistości tego rodzaju obrazowanie zwykle wykrywa zmiany w ciele wcześniej niż testy takie jak tomografia komputerowa lub rezonans magnetyczny. Dlatego uważa się, że skany PET mogą być w stanie wykryć stany mózgu, takie jak choroba Alzheimera, na wczesnym etapie.
Ale oto komplikacja. Każdy, kto miał skan PET, wie, że chociaż nie jest to procedura inwazyjna, nie jest to również szczególnie przyjemne doświadczenie. Kiedy twoje ciało zostanie ustawione w dużej dziurze w maszynie, podczas skanowania, musisz leżeć bardzo spokojnie, często nawet przez pół godziny, czasem nawet godzinę, w zależności od tego, która część ciała jest skanowane.
Bycie zmuszonym do pozostawania w bezruchu przez tak długi czas może być szczególnie trudne dla osób starszych. Mierzy także aktywność mózgu w sztucznej sytuacji, gdy dana osoba nic nie robi, w tym interakcje z innymi ludźmi.
Ale co, jeśli możesz zrobić przenośny skaner PET? Co jeśli osoba może go nosić?
Pomoc z kasku
Tak zastanawiał się Stan Majewski. W tym czasie był fizykiem pracującym dla Departamentu Energii (DOE) w Newport News w stanie Wirginia. Specjalizuje się w tworzeniu systemów obrazowania i detekcji, więc zaintrygowało go, gdy usłyszał o urządzeniu wynalezionym przez niektórych kolegów z biura DOE w Upton w stanie Nowy Jork. Nazwali go RatCap i był to skaner PET noszony na głowie szczura.
Majewski myślał, że mógłby stworzyć coś podobnego dla ludzi. Uważał, że może on mieć duży potencjał w rozwoju badań nad zaburzeniami mózgu, takimi jak choroba Alzheimera i Parkinsona. Zaprojektował więc hełm otoczony pierścieniem małych, kwadratowych detektorów PET, a następnie złożył wniosek o patent. Otrzymał jeden w 2011 roku.
Zaczął pracować nad prototypem, a jego projekt nabrał tempa po tym, jak został profesorem radiologii na West Virginia University. Inna profesorka uniwersytetu, Julie Brefczynski-Lewis, neurobiolog, odwiedzała biuro Majewskiego, gdy zauważyła rysunek kobiety na bieżni w dziwnie wyglądającym hełmie.
„Co to jest?” Zapytała go. Kiedy Majewski wyjaśniła, jak to działa i co może zrobić, zobowiązała się pomóc.
Dzięki pieniądzom przyznanym przez uniwersytet ruszyli z prototypem. Następnie w 2013 r. Majewski i Brefczynski-Lewis uzyskali duży impuls z inicjatywy BRAIN ogłoszonej przez prezydenta Obamę w celu opracowania innowacyjnych technologii, które pomogą wyjaśnić funkcjonowanie mózgu. Wraz ze współpracownikami z University of California, Davis i University of Washington oraz zespołem z General Electric, otrzymali grant w wysokości 1, 5 miliona dolarów na określenie, co będzie potrzebne, aby zmienić model Majewskiego w skuteczne narzędzie leczenia.
PET skanuje w ruchu
Brefczynski-Lewis, który badał wpływ współczucia na ludzki mózg, jest podekscytowany tym, czego można się nauczyć dzięki skanom mózgu ludzi w ruchu. Nawet pozwolenie komuś usiąść podczas zabiegu może pomóc w poszerzeniu zakresu badań.
„Jeśli ktoś siedzi, możesz sobie wyobrazić, że jest w stanie tolerować bardzo długie skany, które są potrzebne do badań nad chorobami takimi jak choroba Alzheimera lub inne zaburzenia neurologiczne” - mówi. i nie ma mowy, żeby mogła pozostać w bezruchu przez 90 minut, ale była w stanie usiąść na krześle i poruszyć głową, porozmawiać z nami i czuć się swobodnie. ”
Zdaniem Brefczyńskiego-Lewisa ta zdolność do angażowania pacjenta podczas skanowania może mieć duże znaczenie w diagnozowaniu stanów mózgu. „Czasami na początku choroby Alzheimera nie widać żadnej różnicy, nie widać żadnych objawów” - wyjaśnia. „Ale jest faza, w której po opodatkowaniu przy dużym obciążeniu pamięci możesz zobaczyć, jak system reaguje inaczej u osoby z chorobą Alzheimera w porównaniu z osobą, która nie rozwija choroby Alzheimera”.
Majewski i Brefczynski-Lewis twierdzą, że przenośny skaner PET może również umożliwić badaczom monitorowanie aktywności mózgu, gdy osoba się śmieje, ćwiczy, doświadcza stresu, a nawet gdy pacjent jest zanurzony w środowisku wirtualnej rzeczywistości. Może to na przykład pomóc im lepiej zrozumieć, co dzieje się w mózgu osoby z autyzmem w otoczeniu społecznym lub pacjenta z udarem mózgu, który wykonuje ćwiczenia rehabilitacyjne.
Może być również okazja do zbadania, dlaczego niektórzy ludzie mają wyjątkowe zdolności, bez względu na to, czy jest to światowej klasy sportowiec, czy muzyk. Urządzenie, mówi Brefczynski-Lewis, może zapewnić wgląd w to, do których części mózgu mają dostęp podczas wykonywania.
Inną zaletą przenośnego hełmu jest to, że poziom ekspozycji na promieniowanie jest znacznie niższy, około jednej dziesiątej poziomu konwencjonalnego skanera PET, ponieważ detektory są tak blisko głowy osoby. Właśnie dlatego Majewski i Brefczynski-Lewis nazwali swoje urządzenie AM-PET - „A” oznacza ambulatoryjne, „M” mikro dawkę.
Czas udoskonalić
Ale do pokonania są jeszcze przeszkody. Kask może stać się ciężki - podczas wczesnych testów do urządzenia przymocowano sznur bungee z sufitu, aby zmniejszyć ciężar noszonego pacjenta. Wyzwanie polega na uczynieniu go lżejszym bez zmniejszania czułości detektorów.
Naukowcy szukają również sposobów, aby ruch hełmu nie wpływał na rozdzielczość dostarczanych obrazów. Obejmuje to uwzględnienie aspektów robotyki, takich jak możliwość stabilizacji kamery na robocie, bez względu na to, jak bardzo się porusza.
„Chodzi o to, aby móc wykorzystać to w kasku PET, aby uwzględnić ruch ciała” - mówi Brefczynski-Lewis. „Chcesz zrekompensować ruch, aby hełm poruszał się wraz z głową, ale zmniejszasz opór, a to zmniejsza ciężar osoby”.
Zauważa, że innym celem jest dalsze obniżanie poziomu promieniowania. Pozwoliłoby to na wykonanie większej liczby skanów na osobie i być może pozwoliłoby lekarzom na stosowanie go u małych dzieci z zaburzeniami neurologicznymi.
Biorąc pod uwagę wszystkie niezbędne dostrajające i kliniczne testy, Brefczynski-Lewis ocenia, że może upłynąć jeszcze cztery lub pięć lat, zanim AM-PET będzie można zastosować w leczeniu pacjentów. Na razie ubiegają się o granty, które mogłyby pozwolić im na opracowanie kilku różnych wersji skanera. Mówi, że jeden do badania choroby Alzheimera prawdopodobnie musiałby być inny niż ten używany do analizy mózgu podczas bardziej złożonych zachowań.
Dyskutowano nawet o modelu, który można nosić poza laboratorium. „Uważamy, że wersję kasku można przymocować do plecaka” - mówi Majewski. „Plecak uniesie ciężar.
„Nazywamy to wersją„ spacer w parku ”.”
