Muutamien lääkinnällisten laitteiden ollessa yhtä hyödyllisiä kuin PET-skannerin on oltava selkeä käsitys siitä, mitä ihmisen sisällä tapahtuu. PET tarkoittaa positroniemissiotomografiaa, mutta yksinkertaisesti sanottuna se tarkoittaa radioaktiivisten positronien tai positiivisesti varautuneiden hiukkasten käyttämistä kehon osien toiminnan havaitsemiseksi. Alue, jolla on lisääntynyt metabolinen tai kemiallinen aktiivisuus - kuten syöpäsolujen jakautuminen - näkyy värillisessä kuvassa.
Useimmiten PET-skannauksia määrätään selvittämään, onko syöpä levinnyt vai onko kasvain vähentynyt, mutta niitä käytetään myös sydän- ja neurologisten sairauksien diagnosointiin. Itse asiassa tämäntyyppinen kuvantaminen voi yleensä havaita muutokset kehossa aikaisemmin kuin testit, kuten CT-skannaukset tai MRI-tutkimukset. Siksi ajatellaan, että PET-skannaukset voisivat pystyä havaitsemaan aivot, kuten Alzheimerin tauti, jo varhaisessa vaiheessa.
Mutta tässä on komplikaatio. Jokainen, jolla on ollut PET-skannaus, tietää, että vaikka se ei ole invasiivinen toimenpide, se ei myöskään ole erityisen miellyttävä kokemus. Kun vartalo on sijoitettu suuren reiän sisään koneessa ja skannauksen ollessa käynnissä, joudut makaamaan melko hiljaa, usein jopa puoli tuntia, joskus jopa tunti, riippuen kehon osasta skannattu.
Pysyminen liikkumattomana niin kauan voi olla erityisen vaikeaa ikääntyville. Se mittaa myös aivojen toimintaa keinotekoisessa tilanteessa, kun henkilö ei tee mitään, mukaan lukien vuorovaikutuksessa muiden ihmisten kanssa.
Mutta entä jos voisit tehdä PET-skannerin kannettavaksi? Entä jos henkilö voisi käyttää sitä?
Apua kypärältä
Sitä Stan Majewski ihmetteli. Tuolloin hän oli fyysikko, joka työskenteli energiaosastolla (DOE) Newport Newsissa, Virginiassa. Hän on erikoistunut kuvantamis- ja ilmaisujärjestelmien kehittämiseen, joten hän oli kiinnostunut kuultuaan laitteesta, jonka jotkut kollegat keksivät DOE-toimistossa Uptonissa, New Yorkissa. He kutsuivat sitä RatCap: ksi, ja se oli PET-skanneri, jota kannettiin rotan päähän.
Majewski ajatteli voivansa luoda jotain vastaavaa ihmisille. Hänellä uskottiin, että sillä voisi olla suuri potentiaali tutkittaessa aivosairauksia, kuten Alzheimerin ja Parkinsonin tauteja. Joten hän suunnitteli kypärän, jota ympäröi pienten, neliömäisten PET-ilmaisimien rengas, ja haki sitten patenttia. Hän sai yhden vuonna 2011.
Hän aloitti prototyypin valmistelun, ja projekti sai vauhtia hänen tultuaan radiologian professoriksi Länsi-Virginian yliopistossa. Toinen yliopiston professori, neurotieteilijä Julie Brefczynski-Lewis vieraili Majewskin toimistossa, kun hän huomasi piirrettävän naista juoksumatolla, jolla oli omituinen kypärä.
”Mikä tämä on?” Hän kysyi häneltä. Kun Majewski selitti miten se toimi ja mitä se voisi tehdä, hän sitoutui auttamaan sen toteuttamisessa.
Yliopiston myöntämällä rahalla he etenivät prototyypin eteenpäin. Sitten, vuonna 2013, Majewski ja Brefczynski-Lewis saivat suuren potkun presidentti Obaman ilmoittamasta BRAIN-aloitteesta kehittää innovatiivisia tekniikoita, jotka auttavat selittämään aivojen toiminnan. Yhdessä Kalifornian yliopiston, Davisin ja Washingtonin yliopiston yhteistyökumppaneiden ja General Electricin ryhmän kanssa he saivat 1, 5 miljoonan dollarin apurahan määrittääkseen, mitä tarvitaan Majewskin mallin muuttamiseksi tehokkaaksi hoitovälineeksi.
PET skannaa liikkeessä
Brefczynski-Lewis, joka on tutkinut myötätunnon vaikutusta ihmisen aivoihin, on innoissaan siitä, mitä voidaan oppia liikkuvien ihmisten aivaskannausten avulla. Jopa jonkun istuminen menettelyn aikana voi auttaa venyttämään tutkimusaluetta.
"Jos henkilö istuu, voit kuvitella heidän kykenevän sietämään hyvin pitkiä skannauksia, joita tarvitaan sellaisten olosuhteiden tutkimiseen, kuten Alzheimerin tauti tai muut neurologiset häiriöt", hän sanoo. "Juuri viime viikolla työskentelimme naisen kanssa 80-luvulla., ja ei ole mitenkään, että hän olisi voinut olla paikallaan 90 minuuttia, mutta hän pystyi istumaan tuolilla ja liikuttamaan päätään, puhumaan kanssamme ja olemaan melko mukava. "
Brefczynski-Lewisin mukaan kyvyllä saada potilas mukaan skannauksen aikana voi olla suuri ero aivojen diagnosoinnissa. "Joskus Alzheimerin taudin varhaisessa vaiheessa et näe eroa, et näe mitään oireita", hän selittää. "Mutta on vaihe, jossa verotettaessa heitä suurilla muistikuormituksilla näet järjestelmän reagoivan eri tavalla Alzheimerin henkilössä verrattuna sellaiseen, joka ei jatka Alzheimerin taudin kehittämistä."
Majewskin ja Brefczynski-Lewisin mukaan kannettava PET-skanneri voi myös antaa tutkijoille mahdollisuuden seurata aivojen toimintaa, kun henkilö nauraa, liikkuu, kokee stressiä tai jopa potilaan ollessa upotettuna virtuaalitodellisuusasetukseen. Tämä voisi esimerkiksi auttaa heitä ymmärtämään paremmin, mitä tapahtuu autistisen henkilön aivoissa sosiaalisessa ympäristössä tai aivohalvauksen potilaan tekeessä kuntoutusharjoituksia.
Siellä voisi olla myös mahdollisuus tutkia miksi joillakin ihmisillä on poikkeukselliset kyvyt, olipa kyse sitten maailmanluokan urheilijasta tai musiikillisesta savantista. Brefczynski-Lewis sanoo, että laite voisi antaa käsityksen siitä, mihin aivojen osiin he pääsevät, kun he suorittavat.
Toinen kannettavan kypärän etu on, että säteilyaltistuksen taso on paljon alhaisempi, noin kymmenesosa tavanomaisen PET-skannerin tasosta, koska ilmaisimet ovat niin lähellä ihmisen päätä. Siksi Majewski ja Brefczynski-Lewis ovat nimittäneet laitteelleen AM-PET: n - “A” on tarkoitettu liikuntarajoitteisiin, “M” mikroannokseen.
Aika tarkentaa
Mutta esteitä on vielä poistettava. Kypärä voi raskaantua - varhaisen testauksen aikana laitteeseen kiinnitettiin katosta pidetty benji-naru, joka keventää sitä käyttävän potilaan painoa. Haasteena on tehdä siitä kevyempi vähentämättä ilmaisimien herkkyyttä.
Tutkijat etsivät myös tapoja estää kypärän liikkumista vaikuttamasta sen tarjoamien kuvien resoluutioon. Tähän sisältyy robottiikkaan liittyvien näkökohtien sisällyttäminen, kuten kyky pitää kamera vakautetussa robotissa riippumatta siitä, kuinka paljon se liikkuu.
"Ajatuksena on pystyä hyödyntämään sitä PET-kypärässä siten, että siinä otetaan huomioon ihmisen kehon liikkeet", Brefczynski-Lewis sanoo. "Haluat kompensoida liikettä niin, että kypärä liikkuu pään kanssa, mutta vähennät vastustusta ja se vähentää ihmisen painoa."
Toinen painopiste, hän huomauttaa, on jatkaa säteilytason alentamista. Se sallii enemmän skannauksia henkilölle ja mahdollisesti antaa lääkäreille mahdollisuuden käyttää sitä neurologisista häiriöistä kärsiville pienille lapsille.
Kun otetaan huomioon kaikki tarvittavat hienosäätö- ja kliiniset testaukset, Brefczynski-Lewis arvioi, että voi kulua vielä neljä tai viisi vuotta ennen kuin AM-PET: tä voidaan käyttää potilaiden hoitoon. Toistaiseksi he hakevat apurahoja, joiden avulla he voisivat kehittää skanneristaan useita erilaisia versioita. Alzheimerin taudin tutkimiseen tarvitaan todennäköisesti erilainen kuin se, jota käytetään aivojen analysointiin monimutkaisemman käytöksen aikana, hän sanoo.
On jopa keskusteltu mallista, jota voidaan käyttää laboratorion ulkopuolella. "Uskomme todella, että kypäräversio voidaan kiinnittää reppuun", Majewski sanoo. ”Reppu kantaisi painoa.
"Kutsumme sitä" kävely puistossa "-versiona."
