Όταν πρόκειται για μια σαφή ιδέα για το τι συμβαίνει μέσα στο σώμα ενός ατόμου, λίγες ιατρικές συσκευές είναι τόσο χρήσιμες όσο και οι σαρωτές PET. Το PET αντιπροσωπεύει τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων, αλλά απλώς το θέτει, περιλαμβάνει τη χρήση ραδιενεργών ποζιτρονίων ή θετικά φορτισμένων σωματιδίων για να ανιχνεύσει πώς λειτουργούν τμήματα του σώματος. Μια περιοχή αυξημένης μεταβολικής ή χημικής δραστηριότητας - όπως η κατανομή των καρκινικών κυττάρων - θα εμφανιστεί σε έγχρωμη εικόνα.
Οι περισσότερες φορές σαρώσεις PET συνταγογραφούνται για να διαπιστωθεί εάν ο καρκίνος έχει εξαπλωθεί ή εάν μειωθεί ο όγκος, αλλά επίσης χρησιμοποιούνται για τη διάγνωση καρδιακών και νευρολογικών ασθενειών. Στην πραγματικότητα, αυτός ο τύπος απεικόνισης μπορεί συνήθως να ανιχνεύει αλλαγές στο σώμα νωρίτερα από τις δοκιμές όπως CT σαρώνει ή MRI. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο πιστεύεται ότι οι σαρώσεις PET θα μπορούσαν να εντοπίσουν τις συνθήκες του εγκεφάλου, όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ, σε πρώιμο στάδιο.
Αλλά εδώ είναι η επιπλοκή. Όποιος έχει σαρωθεί με ΡΕΤ γνωρίζει ότι ενώ δεν είναι μια επεμβατική διαδικασία, δεν είναι επίσης μια ιδιαίτερα ευχάριστη εμπειρία. Μόλις το σώμα σας τοποθετηθεί μέσα σε μια μεγάλη τρύπα στο μηχάνημα, ενώ η σάρωση γίνεται, πρέπει να είστε πολύ ασταθής, συχνά για μισή ώρα, μερικές φορές ακόμη και μια ώρα, ανάλογα με το μέρος του σώματός σας σάρωση.
Το να αναγκάζεστε να παραμείνετε ακίνητοι για τόσο πολύ καιρό μπορεί να είναι ιδιαίτερα δύσκολο για τους ηλικιωμένους. Μετράει επίσης την εγκεφαλική δραστηριότητα σε μια τεχνητή κατάσταση, όταν ένα άτομο δεν κάνει τίποτα, συμπεριλαμβανομένης της αλληλεπίδρασης με άλλους ανθρώπους.
Αλλά τι γίνεται αν θα μπορούσατε να κάνετε φορητό σαρωτή PET; Τι γίνεται αν ένα άτομο μπορούσε να το φορέσει;
Βοήθεια από κράνος
Αυτό είναι που αναρωτιόταν ο Stan Majewski. Την εποχή εκείνη ήταν φυσικός που εργάστηκε για το Τμήμα Ενέργειας (DOE) στο Newport News της Βιρτζίνια. Ειδικεύεται στην ανάπτυξη συστημάτων απεικόνισης και ανιχνευτών, οπότε ενθουσιάστηκε όταν άκουσε για μια συσκευή που εφευρέθηκαν από ορισμένους συναδέλφους σε ένα γραφείο DOE στο Upton της Νέας Υόρκης. Το αποκαλούσαν το RatCap και ήταν σαρωτής PET που φορούσε το κεφάλι του αρουραίου.
Ο Majewski σκέφτηκε ότι θα μπορούσε να δημιουργήσει κάτι παρόμοιο για τον άνθρωπο. Θα μπορούσε, πιστεύει, να έχει μεγάλες δυνατότητες στην προώθηση της έρευνας σε διαταραχές του εγκεφάλου, όπως η νόσος του Alzheimer και της νόσου του Parkinson. Έτσι, σχεδίασε ένα κράνος περικυκλωμένο από ένα δαχτυλίδι από μικρούς, τετράγωνους ανιχνευτές PET και στη συνέχεια υπέβαλε αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Έλαβε ένα το 2011.
Ξεκίνησε να εργάζεται πάνω σε ένα πρωτότυπο, και το έργο του πήρε ορμή μετά από να γίνει καθηγητής ακτινολογίας στο Πανεπιστήμιο της Δυτικής Βιρτζίνιας. Ένας άλλος καθηγητής στο πανεπιστήμιο, Julie Brefczynski-Lewis, νευροεπιστήμονας, επισκέφθηκε το γραφείο του Majewski όταν παρατήρησε ένα σχέδιο μιας γυναίκας σε ένα διάδρομο με ένα περίεργο κράνος.
«Τι είναι αυτό;» τον ρώτησε. Όταν ο Majewski εξήγησε πώς λειτούργησε και τι μπορούσε να κάνει, ανέλαβε τη δέσμευση να βοηθήσει να συμβεί αυτό.
Με τα χρήματα που απονεμήθηκαν από το πανεπιστήμιο, προχώρησαν με το πρωτότυπο. Στη συνέχεια, το 2013, ο Majewski και ο Brefczynski-Lewis πήραν μεγάλη ώθηση από την πρωτοβουλία BRAIN που ανακοίνωσε ο Πρόεδρος Obama για την ανάπτυξη καινοτόμων τεχνολογιών που θα βοηθήσουν να εξηγηθεί πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος. Μαζί με τους συνεργάτες του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, Davis και το Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον και με μια ομάδα της General Electric, έλαβαν επιχορήγηση 1, 5 εκατομμυρίων δολαρίων για να καθορίσουν τι θα πάρει για να μετατρέψει το μοντέλο του Majewski σε αποτελεσματικό εργαλείο θεραπείας.
Το PET σαρώνει σε κίνηση
Ο Brefczynski-Lewis, ο οποίος έχει μελετήσει την επίδραση της συμπόνιας στον ανθρώπινο εγκέφαλο, είναι ενθουσιασμένος για το τι μπορεί να μάθει μέσω των εγκεφαλικών σαρώσεων των ανθρώπων που βρίσκονται σε κίνηση. Ακόμα και επιτρέποντας σε κάποιον να καθίσει κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μπορεί να βοηθήσει να επεκταθεί το φάσμα της έρευνας.
"Αν κάποιος είναι καθισμένος, μπορείτε να φανταστείτε ότι είναι σε θέση να ανεχτεί τις πολύ μεγάλες σαρώσεις που απαιτούνται για έρευνα σχετικά με συνθήκες όπως η νόσος Αλτσχάιμερ ή άλλες νευρολογικές διαταραχές", λέει η ίδια. "Την περασμένη εβδομάδα δουλεύαμε με μια γυναίκα στη δεκαετία του '80 και δεν υπάρχει τρόπος να μείνει ακόμα για 90 λεπτά, αλλά ήταν σε θέση να καθίσει σε μια καρέκλα και να κινήσει το κεφάλι της και να μας μιλήσει και να είναι αρκετά άνετα.
Αυτή η ικανότητα να εμπλέκεται σε έναν ασθενή κατά τη διάρκεια μιας σάρωσης θα μπορούσε να κάνει μεγάλη διαφορά στη διάγνωση των συνθηκών του εγκεφάλου, σύμφωνα με τον Brefczynski-Lewis. "Μερικές φορές, νωρίς στο Αλτσχάιμερ δεν βλέπετε καμία διαφορά, δεν βλέπετε συμπτώματα" εξηγεί. "Αλλά υπάρχει μια φάση όπου αν τους φορολογήσετε με υψηλά φορτία μνήμης, είστε σε θέση να δείτε το σύστημα να αντιδράσει διαφορετικά σε ένα πρόσωπο του Αλτσχάιμερ σε σχέση με κάποιον που δεν συνεχίζει να αναπτύσσει το Αλτσχάιμερ".
Οι Majewski και Brefczynski-Lewis λένε ότι ένας φορητός σαρωτής PET θα μπορούσε επίσης να δώσει τη δυνατότητα στους ερευνητές να παρακολουθούν την εγκεφαλική δραστηριότητα ενώ ένα άτομο γελεί, ασκεί, ασκεί άγχος ή ακόμα και όταν ο ασθενής βυθίζεται σε περιβάλλον εικονικής πραγματικότητας. Αυτό θα μπορούσε, για παράδειγμα, να τους βοηθήσει να καταλάβουν καλύτερα τι συμβαίνει στον εγκέφαλο ενός αυτιστικού ατόμου σε ένα κοινωνικό περιβάλλον ή ενός ασθενούς με εγκεφαλικό επεισόδιο που κάνει ανακουφιστικές ασκήσεις.
Θα μπορούσε επίσης να υπάρξει μια ευκαιρία για να μελετήσετε γιατί κάποιοι άνθρωποι έχουν εξαιρετικές ικανότητες, είτε πρόκειται για αθλητή παγκόσμιας κλάσης είτε για μουσικό στιχουργό. Η συσκευή, λέει ο Brefczynski-Lewis, θα μπορούσε να δώσει πληροφορίες για τα τμήματα του εγκεφάλου που έχουν πρόσβαση ενώ εκτελούν.
Ένα άλλο πλεονέκτημα του φορητού κράνους είναι ότι το επίπεδο έκθεσης στην ακτινοβολία είναι πολύ χαμηλότερο, περίπου το ένα δέκατο του επιπέδου ενός συμβατικού σαρωτή PET, επειδή οι ανιχνευτές είναι τόσο κοντά στο κεφάλι ενός ατόμου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο Majewski και ο Brefczynski-Lewis έχουν ονομάσει τη συσκευή τους AM-PET-το "Α" είναι για περιπατητικό, το "M" για μικρο-δόση.
Ώρα να τελειοποιήσετε
Αλλά υπάρχουν ακόμα εμπόδια για να καθαρίσετε. Το κράνος μπορεί να πάρει βαρύ κατά τη διάρκεια των πρώτων δοκιμών, ένα καλώδιο bungee από την οροφή ήταν προσαρτημένο στη συσκευή για να ελαφρύνει το βάρος στον ασθενή που τον φορούσε. Η πρόκληση είναι να γίνει ελαφρύτερο χωρίς να μειωθεί η ευαισθησία των ανιχνευτών.
Οι ερευνητές εξετάζουν επίσης τρόπους για να διατηρήσουν την κίνηση του κράνους να επηρεάζει την ανάλυση των εικόνων που παρέχει. Αυτό περιλαμβάνει την ενσωμάτωση πτυχών της ρομποτικής, όπως η δυνατότητα να διατηρηθεί μια φωτογραφική μηχανή σε ένα ρομπότ σταθεροποιημένη όσο κι αν κινούνται.
"Η ιδέα είναι να μπορέσουμε να το χρησιμοποιήσουμε στο κράνος PET, ώστε να λαμβάνει υπόψη την κίνηση του σώματος ενός ατόμου", λέει ο Brefczynski-Lewis. "Θέλετε να αντισταθμίσετε την κίνηση έτσι ώστε το κράνος να κινείται με το κεφάλι, αλλά μειώνετε την αντίσταση και αυτό μειώνει το βάρος στο άτομο".
Μια άλλη εστίαση, σημειώνει, είναι να συνεχίσει να μειώνει τα επίπεδα ακτινοβολίας. Αυτό θα επέτρεπε περισσότερες σαρώσεις για ένα άτομο και ίσως θα επέτρεπε στους γιατρούς να το χρησιμοποιήσουν σε μικρά παιδιά με νευρολογικές διαταραχές.
Λαμβάνοντας υπόψη όλες τις απαραίτητες βελτιώσεις και κλινικές δοκιμές, ο Brefczynski-Lewis εκτιμά ότι θα μπορούσε να είναι άλλα τέσσερα ή πέντε χρόνια πριν το AM-PET μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία ασθενών. Προς το παρόν, ζητούν επιχορηγήσεις που θα τους επέτρεπαν να αναπτύξουν διάφορες διαφορετικές εκδοχές του σαρωτή τους. Ο ένας για τη μελέτη της νόσου του Αλτσχάιμερ θα έπρεπε πιθανότατα να είναι διαφορετικός από εκείνον που χρησιμοποιείται για την ανάλυση του εγκεφάλου κατά τη διάρκεια πιο περίπλοκης συμπεριφοράς, λέει.
Έχει καν συζητηθεί ένα μοντέλο που μπορεί να φορεθεί έξω από το εργαστήριο. "Πιστεύουμε πραγματικά ότι μια έκδοση του κράνους μπορεί να τοποθετηθεί σε ένα σακίδιο", λέει ο Majewski. "Το σακίδιο θα φέρει το βάρος.
"Το ονομάζουμε" έκδοση με τα πόδια στο πάρκο "."
