Când vine vorba despre o idee clară despre ce se întâmplă în corpul unei persoane, puține dispozitive medicale sunt la fel de utile ca un scaner PET. PET înseamnă tomografie cu emisie de pozitroni, dar pur și simplu pus, implică utilizarea de pozitroni radioactivi sau particule încărcate pozitiv, pentru a detecta modul în care părțile corpului funcționează. O zonă cu activitate metabolică sau chimică crescută - cum ar fi divizarea celulelor canceroase - va apărea pe o imagine colorată.
Cel mai adesea scanările PET sunt prescrise pentru a vedea dacă cancerul s-a răspândit sau dacă o tumoare este diminuată, dar sunt folosite și pentru diagnosticarea bolilor cardiace și neurologice. De fapt, acest tip de imagistică poate detecta, de obicei, modificări ale corpului mai devreme decât teste precum scanări CT sau RMN. De aceea, se consideră că scanările PET pot fi capabile să detecteze afecțiunile creierului, cum ar fi boala Alzheimer, într-un stadiu incipient.
Dar iată complicația. Oricine a făcut o scanare PET știe că, deși nu este o procedură invazivă, nu este, de asemenea, o experiență deosebit de plăcută. După ce corpul dvs. este poziționat într-o gaură mare a mașinii, în timp ce se face o scanare, trebuie să stați foarte liniștiți, adesea timp de o jumătate de oră, uneori chiar o oră, în funcție de ce parte a corpului dvs. este scanate.
A fi forțat să rămână nemișcat pentru mult timp poate fi deosebit de dificil pentru persoanele în vârstă. De asemenea, măsoară activitatea creierului într-o situație artificială, când o persoană nu face nimic, inclusiv interacționând cu alte persoane.
Dar dacă ai putea face un scaner PET portabil? Ce se întâmplă dacă o persoană ar putea purta-o?
Ajutor de la o cască
Asta s-a întrebat Stan Majewski. La vremea respectivă, el era un fizician care lucra pentru Departamentul de Energie (DOE) din Newport News, Virginia. Este specializat în dezvoltarea de sisteme de detectare a imaginilor și detector, așa că a fost intrigat când a auzit despre un dispozitiv inventat de unii colegi într-un birou DOE din Upton, New York. Au numit-o RatCap și era un scaner PET purtat pe capul unui șobolan.
Majewski a crezut că poate crea ceva similar pentru oameni. Acesta ar putea crede, ar putea avea un potențial mare în avansarea cercetării în afecțiunile creierului, cum ar fi boala Alzheimer și Parkinson. Așadar, a proiectat o cască înconjurată de un inel de detectoare PET mici, pătrate, apoi a solicitat un brevet. El a primit unul în 2011.
A început să lucreze la un prototip, iar proiectul său a luat avânt după ce a devenit profesor de radiologie la West Virginia University. Un alt profesor de la universitate, Julie Brefczynski-Lewis, neuroștiințific, a fost în vizită la biroul lui Majewski când a observat un desen al unei femei pe o banda de alergare purtând o cască cu aspect ciudat.
„Ce este asta?” L-a întrebat ea. Când Majewski a explicat cum a funcționat și ce poate face, s-a angajat să contribuie la realizarea acesteia.
Cu bani premiați de universitate, ei au mers mai departe cu prototipul. Apoi, în 2013, Majewski și Brefczynski-Lewis au obținut un impuls major din inițiativa BRAIN anunțată de președintele Obama de a dezvolta tehnologii inovatoare care să explice modul în care funcționează creierul. Alături de colaboratorii de la Universitatea din California, Davis și Universitatea din Washington și o echipă de la General Electric, au primit o subvenție de 1, 5 milioane de dolari pentru a determina ce va fi nevoie pentru a transforma modelul lui Majewski într-un instrument eficient de tratament.
PET scanează în mișcare
Brefczynski-Lewis, care a studiat efectul compasiunii asupra creierului uman, este încântat de ceea ce se poate învăța prin scanarea creierului oamenilor în mișcare. Chiar și a permite cuiva să stea în picioare în timpul procedurii poate ajuta la întinderea gamei de cercetare.
„Dacă o persoană este așezată, vă puteți imagina că este capabilă să tolereze scanările foarte lungi care sunt necesare pentru cercetarea unor afecțiuni precum Alzheimer sau alte tulburări neurologice”, spune ea. „Doar săptămâna trecută lucram cu o femeie în anii 80. și nu are cum să fi stat nemișcat timp de 90 de minute, dar a putut să stea pe un scaun și să miște capul și să vorbească cu noi și să fie destul de confortabil. "
Această abilitate de a angaja un pacient în timpul unei scanări ar putea face o mare diferență în diagnosticarea afecțiunilor creierului, potrivit Brefczynski-Lewis. „Uneori, la Alzheimer, timpuriu, nu vezi nicio diferență, nu vezi niciun simptom”, explică ea. Dar există o fază în care dacă le impozitați cu încărcări mari de memorie, puteți vedea sistemul reacționează diferit la o persoană Alzheimer față de cineva care nu continuă să dezvolte Alzheimer.
Majewski și Brefczynski-Lewis spun că un scaner PET portabil ar putea permite cercetătorilor să monitorizeze activitatea creierului în timp ce o persoană râde, exercită, experimentează stres sau chiar atunci când pacientul este cufundat într-un cadru de realitate virtuală. Acest lucru ar putea, de exemplu, să-i ajute să înțeleagă mai bine ce se întâmplă în creierul unei persoane autiste într-un cadru social sau al unui pacient cu atac cerebral care face exerciții de reabilitare.
De asemenea, ar putea exista o ocazie de a studia de ce unii oameni au abilități excepționale, fie că este vorba despre un sportiv de talie mondială sau un salvator muzical. Dispozitivul, spune Brefczynski-Lewis, ar putea oferi informații despre ce părți ale creierului accesează în timpul performanței.
Un alt beneficiu al căștii portabile este că nivelul expunerii la radiații este mult mai scăzut, aproximativ o zecime față de un scaner PET convențional, deoarece detectoarele sunt atât de aproape de capul unei persoane. De aceea, Majewski și Brefczynski-Lewis și-au numit dispozitivul AM-PET - „A” este pentru ambulator, „M” pentru micro-doză.
Timpul de a rafina
Însă mai există obstacole de curățat. Casca se poate îngreuna - în timpul testării precoce, un dispozitiv de protecție din tavan a fost atașat la dispozitiv pentru a ușura greutatea pacientului care îl poartă. Provocarea este de a o face mai ușoară fără a reduce sensibilitatea detectoarelor.
Cercetătorii se uită, de asemenea, la modalități de a împiedica mișcarea cască să afecteze rezoluția imaginilor pe care le oferă. Aceasta include încorporarea unor aspecte ale roboticii, cum ar fi capacitatea de a menține o cameră de fotografiat pe un robot stabilizat, indiferent cât de mult se mișcă.
„Ideea este să poți folosi asta în casca PET, astfel încât să țină cont de mișcarea corpului unei persoane”, spune Brefczynski-Lewis. „Vrei să compensezi mișcarea, astfel încât casca se mișcă cu capul, dar reduci rezistența și asta reduce greutatea asupra persoanei.”
Un alt accent, observă ea, este de a continua să reducă nivelul radiațiilor. Acest lucru ar permite efectuarea mai multor scanări asupra unei persoane și poate permite medicilor să o utilizeze pe copiii mici cu tulburări neurologice.
Luând în considerare toate ajustările fine și testele clinice necesare, Brefczynski-Lewis estimează că ar putea fi încă patru sau cinci ani înainte ca AM-PET să poată fi utilizat pentru a trata pacienții. Deocamdată, solicită subvenții care le-ar putea permite să dezvolte mai multe versiuni diferite ale scanerului lor. Ea spune că unul pentru a studia Alzheimer ar trebui să fie diferit de cel folosit pentru a analiza creierul în timpul unui comportament mai complex.
S-a discutat chiar și despre un model care poate fi purtat în afara laboratorului. „Credem de fapt că o versiune a căștii poate fi montată pe un rucsac”, spune Majewski. „Rucsacul va purta greutatea.
„O numim versiunea„ plimbare în parc ”.”
