Když přijde na jasnou představu o tom, co se děje uvnitř lidského těla, málo lékařských zařízení je stejně užitečných jako PET skener. PET je zkratka pro pozitronovou emisní tomografii, ale jednoduše řečeno, zahrnuje detekci fungování částí těla pomocí radioaktivních pozitronů nebo pozitivně nabitých částic. Na barevném obrázku se objeví oblast se zvýšenou metabolickou nebo chemickou aktivitou - například dělení rakovinných buněk.
Nejčastěji jsou skenování PET předepisovány, aby se zjistilo, zda se rakovina rozšířila nebo zda se nádor zmenší, ale také se používají k diagnostice srdečních a neurologických onemocnění. Ve skutečnosti může tento typ zobrazování obvykle detekovat změny v těle dříve než testy, jako jsou CT snímky nebo MRI. To je důvod, proč se předpokládá, že PET vyšetření může být schopno rozpoznat mozkové stavy, jako je Alzheimerova choroba, v rané fázi.
Ale tady jsou komplikace. Každý, kdo měl PET sken, ví, že i když to není invazivní postup, není to nijak zvlášť příjemný zážitek. Jakmile je vaše tělo umístěno do velké díry ve stroji, zatímco je skenování prováděno, musíte ležet velmi klidně, často po dobu až půl hodiny, někdy i hodiny, v závislosti na tom, jaká část vašeho těla je skenováno.
Být nucen zůstat tak dlouho nehybný může být zvláště obtížné pro starší lidi. Měří také mozkovou aktivitu v umělé situaci, kdy člověk nedělá nic, včetně interakce s jinými lidmi.
Ale co kdybyste mohli udělat skener PET přenosným? Co kdyby to člověk mohl nosit?
Pomoc od přilby
To se divil Stan Majewski. V té době byl fyzikem pracujícím pro Ministerstvo energetiky (DOE) v Newport News ve Virginii. Specializuje se na vývoj zobrazovacích a detekčních systémů, a tak ho zaujalo, když slyšel o zařízení vynalezeném některými kolegy v kanceláři DOE v Uptonu v New Yorku. Říkali tomu RatCap a byl to PET skener na hlavě krysy.
Majewski si myslel, že by pro člověka mohl vytvořit něco podobného. Věří, že by mohl mít velký potenciál pro pokrok ve výzkumu mozkových poruch, jako je Alzheimerova a Parkinsonova choroba. Navrhl tedy helmu obklopenou prstencem malých čtvercových PET detektorů a poté požádal o patent. Jeden obdržel v roce 2011.
Začal pracovat na prototypu a jeho projekt nabíral na síle poté, co se stal profesorem radiologie na West Virginia University. Další profesorka na univerzitě, Julie Brefczynski-Lewis, neurovědkyně, navštěvovala Majewskiho kancelář, když si všimla kresby ženy na běžícím pásu, která měla podivně vypadající helmu.
„Co je to?“ Zeptala se ho. Když Majewski vysvětlila, jak to funguje a co může udělat, zavázala se pomoci, aby se to stalo.
S penězi udělovanými univerzitou se posunuli vpřed s prototypem. Poté, v roce 2013, dostali Majewski a Brefczynski-Lewis velkou podporu z iniciativy BRAIN oznámené prezidentem Obamou, aby vyvinuli inovativní technologie, které pomáhají vysvětlit, jak mozek funguje. Společně se spolupracovníky na University of California, Davis a University of Washington a týmem General Electric dostali grant 1, 5 milionu USD, aby určili, co bude zapotřebí, aby se Majewskiho model stal účinným nástrojem léčby.
PET skenuje v pohybu
Brefczynski-Lewis, který studoval účinek soucitu na lidský mozek, je nadšený z toho, co lze zjistit pomocí mozkových skenů pohybujících se lidí. Dokonce i umožnění někomu posadit se během procedury může napnout rozsah výzkumu.
„Pokud je člověk usazen, dokážete si představit, že jsou schopni snášet velmi dlouhé vyšetření, které jsou potřebné pro výzkum stavů, jako je Alzheimerova choroba nebo jiné neurologické poruchy, “ říká. „Jen minulý týden jsme pracovali se ženou v 80. letech "Neexistuje způsob, jak by mohla zůstat 90 minut v klidu, ale dokázala sedět na židli, pohnout hlavou a mluvit s námi a být docela pohodlná."
Podle Brefczynski-Lewis by tato schopnost zaujmout pacienta během skenování mohla znamenat velký rozdíl v diagnostice stavu mozku. "Někdy brzy na Alzheimerově nevidíte žádný rozdíl, nevidíte žádné příznaky, " vysvětluje. "Ale je tu fáze, ve které je zdaníte vysokými paměťovými zátěžmi, abyste mohli vidět, jak systém reaguje jinak u Alzheimerovy osoby, než u někoho, kdo nepokračuje v rozvoji Alzheimerovy choroby."
Majewski a Brefczynski-Lewis říkají, že přenosný PET skener také může vědcům umožnit sledovat mozkovou aktivitu, zatímco se člověk směje, cvičí, prochází stresem nebo dokonce, když je pacient ponořen do prostředí virtuální reality. To jim může například pomoci lépe porozumět tomu, co se děje v mozku autistické osoby v sociálním prostředí nebo pacientovi s cévní mozkovou příhodou provádějícím rehabilitační cvičení.
Mohla by existovat příležitost zjistit, proč mají někteří lidé výjimečné schopnosti, ať už jde o světového sportovce nebo hudebního savana. Zařízení, říká Brefczynski-Lewis, by mohlo poskytnout nahlédnutí do toho, do kterých částí mozku mají přístup, zatímco provádějí.
Další výhodou přenosné přilby je to, že úroveň radiační expozice je mnohem nižší, asi desetina úrovně konvenčního PET skeneru, protože detektory jsou tak blízko hlavy osoby. To je důvod, proč Majewski a Brefczynski-Lewis nazvali své zařízení AM-PET - „A“ je pro ambulantní, „M“ pro mikro-dávku.
Čas na zdokonalení
Stále však existují překážky, které je třeba vyčistit. Helma může být těžká - během prvních zkoušek byl k zařízení připojen bungee kabel ze stropu, aby se ulehčila váha pacienta, který ji nosí. Výzvou je, aby byl lehčí, aniž by se snížila citlivost detektorů.
Vědci také hledají způsoby, jak zabránit tomu, aby pohyb helmy ovlivňoval rozlišení obrázků, které poskytuje. To zahrnuje začlenění aspektů robotiky, jako je schopnost udržet kameru na robotu stabilizovanou bez ohledu na to, jak se pohybuje.
"Myšlenkou je být schopen ji využít v PET helmě, takže bere v úvahu pohyb těla člověka, " říká Brefczynski-Lewis. "Chcete kompenzovat pohyb tak, aby se helma pohybovala hlavou, ale snížíte odpor a tím se sníží hmotnost osoby."
Dalším zaměřením, poznamenává, je pokračovat ve snižování úrovně záření. To by umožnilo provést více skenů na osobě a možná by to lékařům umožnilo použít je u malých dětí s neurologickými poruchami.
S přihlédnutím ke všem potřebným dolaďovacím a klinickým testům odhaduje Brefczynski-Lewis, že může být další čtyři nebo pět let, než bude možné AM-PET použít k léčbě pacientů. Prozatím žádají o granty, které by jim umožnily vyvinout několik různých verzí jejich skeneru. Jeden, kdo by studoval Alzheimerovu chorobu, by pravděpodobně musel být jiný, než ten, který se používá k analýze mozku během složitějšího chování, říká.
Diskutovalo se dokonce o modelu, který lze nosit mimo laboratoř. "Věříme, že verze přilby může být namontována na batoh, " říká Majewski. "Batoh by nesl váhu."
"Říkáme tomu verze 'procházka v parku'."
