Når det kommer til at få en klar idé om, hvad der foregår i en persons krop, er få medicinske apparater lige så nyttige som en PET-scanner. PET står for Positron Emission Tomography, men ganske enkelt sagt, det involverer anvendelse af radioaktive positroner eller positivt ladede partikler til at registrere, hvordan dele af kroppen fungerer. Et område med øget metabolisk eller kemisk aktivitet - såsom opdelingen af kræftceller - vises på et farvet billede.
Oftest ordineres PET-scanninger for at se, om kræft har spredt sig, eller hvis en tumor er formindsket, men de bruges også til at diagnosticere hjerte- og neurologiske sygdomme. Faktisk kan denne type billeddannelse normalt opdage ændringer i kroppen tidligere end test som CT-scanninger eller MRI'er. Derfor er det tænkt, at PET-scanninger muligvis kunne se hjerneforhold, såsom Alzheimers sygdom, på et tidligt tidspunkt.
Men her er komplikationen. Alle, der har haft en PET-scanning, ved, at selvom det ikke er en invasiv procedure, er det heller ikke en særlig behagelig oplevelse. Når din krop er placeret i et stort hul i maskinen, mens en scanning udføres, skal du ligge meget stille, ofte i så længe som en halv time, nogle gange endda en time, afhængigt af hvilken del af din krop, der bliver scannet.
At blive tvunget til at forblive bevægelsesfri så længe kan være særligt vanskeligt for ældre. Det måler også hjerneaktivitet i en kunstig situation, når en person ikke gør noget, inklusive interaktion med andre mennesker.
Men hvad nu hvis du kunne gøre en PET-scanner bærbar? Hvad hvis en person kunne bære den?
Hjælp fra en hjelm
Det var hvad Stan Majewski undrede sig over. På det tidspunkt var han en fysiker, der arbejdede for Department of Energy (DOE) i Newport News, Virginia. Han har specialiseret sig i at udvikle billed- og detektorsystemer, så han blev fascineret, da han hørte om en enhed opfundet af nogle kolleger på et DOE-kontor i Upton, New York. De kaldte det RatCap, og det var en PET-scanner, der blev båret på en rottehoved.
Majewski troede, at han kunne skabe noget lignende for mennesker. Han mente, at han kunne have et stort potentiale i at fremme forskning i hjerneforstyrrelser, som Alzheimers og Parkinsons sygdom. Så han designede en hjelm omringet af en ring af små, firkantede PET-detektorer og ansøgte derefter om et patent. Han modtog en i 2011.
Han begyndte at arbejde på en prototype, og hans projekt fik fart, efter at han blev radiologiprofessor ved West Virginia University. En anden professor ved universitetet, Julie Brefczynski-Lewis, en neurovidenskabsmand, var på besøg i Majewskis kontor, da hun bemærkede en tegning af en kvinde på en løbebånd iført en ulige hjelm.
”Hvad er dette?” Spurgte hun ham. Da Majewski forklarede, hvordan det fungerede, og hvad det kunne gøre, forpligtede hun sig til at hjælpe med at få det til at ske.
Med penge, der blev tildelt af universitetet, gik de videre med prototypen. I 2013 fik Majewski og Brefczynski-Lewis et stort løft fra BRAIN-initiativet, som præsident Obama annoncerede for at udvikle innovative teknologier, der hjælper med at forklare, hvordan hjernen fungerer. Sammen med samarbejdspartnere på University of California, Davis og University of Washington og et team hos General Electric modtog de et tilskud på 1, 5 millioner dollars for at bestemme, hvad det vil tage at gøre Majewskis model til et effektivt behandlingsværktøj.
PET scanner i bevægelse
Brefczynski-Lewis, der har undersøgt effekten af medfølelse på den menneskelige hjerne, er begejstret for hvad der kan læres gennem hjernescanninger af mennesker i bevægelse. Selv hvis man tillader nogen at sidde op under proceduren, kan det hjælpe med at strække forskningsområdet.
”Hvis en person sidder, kan du forestille dig, at de kan tolerere de meget lange scanninger, der er nødvendige til forskning i tilstande som Alzheimers eller andre neurologiske lidelser, " siger hun. "Bare i sidste uge arbejdede vi med en kvinde i 80'erne, og der er ingen måde, hun kunne have været stille i 90 minutter, men hun var i stand til at sidde i en stol og bevæge sit hoved og tale med os og være ganske behagelig. ”
Denne evne til at engagere en patient under en scanning kunne gøre en stor forskel i diagnosticering af hjerne tilstande, ifølge Brefczynski-Lewis. ”Nogle gange ser man tidligt i Alzheimers forskel ikke, man ser ingen symptomer, ” forklarer hun. "Men der er en fase, hvor hvis du beskatter dem med store hukommelsesbelastninger, kan du se systemet reagere forskelligt hos en Alzheimers person i forhold til en person, der ikke fortsætter med at udvikle Alzheimers."
Majewski og Brefczynski-Lewis siger, at en bærbar PET-scanner også kunne gøre det muligt for forskere at overvåge hjerneaktivitet, mens en person griner, træner, oplever stress, eller endda når patienten er nedsænket i en virtuel virkelighed. Dette kan for eksempel hjælpe dem med bedre at forstå, hvad der foregår i hjernen hos en autistisk person i en social indstilling eller en slagtilfælde, der laver rehabiliteringsøvelser.
Der kan også være en mulighed for at studere, hvorfor nogle mennesker har enestående evner, hvad enten det er en atlet i verdensklasse eller en musikalsk savant. Enheden, Brefczynski-Lewis siger, kunne give indsigt i, hvilke dele af hjernen de får adgang til, mens de udfører.
En anden fordel ved den bærbare hjelm er, at strålingseksponeringen er meget lavere, cirka en tiendedel af niveauet for en konventionel PET-scanner, fordi detektorerne er så tæt på en persons hoved. Derfor har Majewski og Brefczynski-Lewis udnævnt deres enhed til AM-PET - ”A” er til ambulant, ”M” til mikrondosis.
Tid til at forfine
Men der er stadig forhindringer at rydde. Hjelmen kan blive tung - under tidlig test blev der fastgjort en bungee-ledning fra loftet til enheden for at lette vægten på patienten, der bærer den. Udfordringen er at gøre det lettere uden at mindske detektorernes følsomhed.
Forskerne ser også på måder at forhindre, at hjelmens bevægelse påvirker opløsningen af de billeder, den giver. Det inkluderer inkorporering af aspekter af robotik, såsom evnen til at holde et kamera på en robot stabiliseret, uanset hvor meget det bevæger sig.
”Ideen er at være i stand til at udnytte den i PET-hjelmen, så den tager højde for bevægelsen af en persons krop, ” siger Brefczynski-Lewis. "Du vil kompensere for bevægelse, så hjelmen bevæger sig med hovedet, men du reducerer modstanden, og det reducerer vægten på personen."
Et andet fokus, bemærker hun, er at fortsætte med at reducere strålingsniveauerne. Det ville gøre det muligt at foretage flere scanninger på en person, og måske gøre det muligt for læger at bruge det på små børn med neurologiske lidelser.
Under hensyntagen til al den nødvendige finjustering og kliniske test vurderer Brefczynski-Lewis, at det kunne gå yderligere fire eller fem år, før AM-PET kan bruges til behandling af patienter. For tiden søger de om tilskud, der kan give dem mulighed for at udvikle flere forskellige versioner af deres scanner. En, der skal undersøge Alzheimers, ville sandsynligvis skulle være anderledes end den, der bruges til at analysere hjernen under mere kompleks opførsel, siger hun.
Der har endda været diskussion om en model, der kan bæres uden for laboratoriet. ”Vi tror faktisk, at en version af hjelmen kan monteres på en rygsæk, ” siger Majewski. ”Rygsækken bærer vægten.
”Vi kalder det” walk in the park ”-versionen.”
