Когда приходит ясное представление о том, что происходит внутри тела человека, немногие медицинские приборы так же полезны, как ПЭТ-сканер. ПЭТ расшифровывается как позитронно-эмиссионная томография, попросту говоря, она использует радиоактивные позитроны или положительно заряженные частицы, чтобы определить, как функционируют части тела. Область повышенной метаболической или химической активности, например деления раковых клеток, будет отображаться на цветном изображении.
Чаще всего назначают ПЭТ-сканирование, чтобы увидеть, распространился ли рак или опухоль уменьшилась, но они также используются для диагностики сердечных и неврологических заболеваний. Фактически, этот тип визуализации обычно может обнаружить изменения в организме раньше, чем такие тесты, как компьютерная томография или МРТ. Вот почему считается, что ПЭТ-сканирование может выявить заболевания мозга, такие как болезнь Альцгеймера, на ранней стадии.
Но вот осложнение. Любой, у кого было сканирование ПЭТ, знает, что, хотя это не агрессивная процедура, это также не особенно приятное занятие. Как только ваше тело расположено в большом отверстии в машине, в то время как выполняется сканирование, вам нужно лежать очень неподвижно, часто в течение получаса, иногда даже часа, в зависимости от того, какая часть вашего тела находится отсканированы.
Быть вынужденным оставаться без движения так долго может быть особенно трудно для пожилых людей. Он также измеряет активность мозга в искусственной ситуации, когда человек ничего не делает, в том числе взаимодействует с другими людьми.
Но что, если бы вы могли сделать портативный сканер ПЭТ? Что, если человек мог бы носить это?
Помощь из шлема
Вот что задумал Стэн Маевски. В то время он работал физиком в Министерстве энергетики США в Ньюпорт-Ньюс, штат Вирджиния. Он специализируется на разработке систем обработки изображений и детекторов, поэтому он был заинтригован, когда узнал об устройстве, изобретенном некоторыми коллегами в офисе Министерства энергетики в Аптоне, Нью-Йорк. Они назвали это Крысиной Крышей, и это был ПЭТ-сканер, носимый на голове крысы.
Маевский думал, что он может создать нечто подобное для людей. Он мог, как он полагал, иметь большой потенциал для развития исследований в области заболеваний мозга, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона. Так, он разработал шлем, окруженный кольцом маленьких квадратных детекторов из ПЭТ, а затем подал заявку на патент. Он получил один в 2011 году.
Он начал работать над прототипом, и его проект набрал обороты после того, как он стал профессором радиологии в университете Западной Вирджинии. Другая профессор университета, Джули Брефчински-Льюис, невролог, посетила офис Маевского, когда она заметила рисунок женщины на беговой дорожке в странном шлеме.
«Что это?» - спросила она его. Когда Маевский объяснил, как это работает и что это может сделать, она взяла на себя обязательство помогать этому.
С деньгами, присужденными университетом, они продвинулись с прототипом. Затем, в 2013 году, Маевский и Брефчински-Льюис получили значительную поддержку от инициативы BRAIN, объявленной президентом Обамой, по разработке инновационных технологий, которые помогают объяснить, как функционирует мозг. Вместе с сотрудниками в Калифорнийском университете, Дэвисе и Вашингтонском университете, а также командой в General Electric, они получили грант в размере 1, 5 миллиона долларов, чтобы определить, что потребуется, чтобы превратить модель Маевского в эффективный инструмент лечения.
ПЭТ сканирует в движении
Брефчински-Льюис, который изучал влияние сострадания на мозг человека, взволнован тем, что можно узнать с помощью сканирования мозга людей в движении. Даже разрешение кому-либо сесть во время процедуры может помочь расширить спектр исследований.
«Если человек сидит, вы можете себе представить, что он может переносить очень длинные сканы, необходимые для исследования таких состояний, как болезнь Альцгеймера или другие неврологические расстройства», - говорит она. «Только на прошлой неделе мы работали с женщиной в возрасте 80 лет. и она никак не могла бы оставаться на месте в течение 90 минут, но она смогла сидеть на стуле, двигать головой, разговаривать с нами и чувствовать себя вполне комфортно ».
По словам Брефчински-Льюиса, эта способность вовлекать пациента во время сканирования может существенно повлиять на диагностику состояния мозга. «Иногда в начале болезни Альцгеймера вы не видите никакой разницы, вы не видите никаких симптомов», - объясняет она. «Но есть фаза, когда, если вы облагаете их высокими нагрузками на память, вы можете увидеть, как система реагирует по-другому на человека, страдающего болезнью Альцгеймера, и на человека, который не занимается развитием болезни Альцгеймера».
Маевски и Брефчински-Льюис говорят, что портативный ПЭТ-сканер также может позволить исследователям отслеживать активность мозга, когда человек смеется, тренируется, испытывает стресс или даже когда пациент погружен в обстановку виртуальной реальности. Это может, например, помочь им лучше понять, что происходит в мозгу аутичного человека в социальной обстановке или пациента, перенесшего инсульт, выполняющего упражнения по реабилитации.
Также может быть возможность изучить, почему некоторые люди обладают исключительными способностями, будь то спортсмен мирового класса или музыкальный ученый. Устройство, говорит Брефчински-Льюис, может дать представление о том, к каким частям мозга они получают доступ во время своих выступлений.
Еще одно преимущество переносного шлема состоит в том, что уровень радиационного воздействия намного ниже, примерно на одну десятую уровня обычного сканера ПЭТ, поскольку детекторы расположены так близко к голове человека. Вот почему Маевский и Брефчински-Льюис назвали свое устройство AM-PET - «А» для амбулаторного лечения, «М» для микродозировки.
Время уточнять
Но есть все еще препятствия, чтобы очистить. Шлем может стать тяжелым - во время ранних испытаний к устройству был прикреплен банджи-шнур с потолка, чтобы уменьшить вес пациента, который его носит. Задача состоит в том, чтобы сделать его легче без снижения чувствительности детекторов.
Исследователи также изучают способы предотвращения движения шлема, влияющие на разрешение изображений. Это включает в себя такие аспекты робототехники, как способность стабилизировать камеру на роботе независимо от того, сколько он движется.
«Идея состоит в том, чтобы использовать это в шлеме из ПЭТ, чтобы он учитывал движение тела человека», - говорит Брефчински-Льюис. «Вы хотите компенсировать движение, чтобы шлем двигался головой, но вы уменьшаете сопротивление, и это уменьшает вес человека».
Еще одна цель, отмечает она, - продолжать снижать уровень радиации. Это позволило бы проводить больше сканов на человеке и, возможно, позволить врачам использовать его для маленьких детей с неврологическими расстройствами.
Принимая во внимание все необходимые тонкие настройки и клинические испытания, Брефчински-Льюис считает, что пройдет еще четыре или пять лет, прежде чем AM-PET можно будет использовать для лечения пациентов. На данный момент они подают заявки на гранты, которые могут позволить им разработать несколько разных версий своего сканера. По ее словам, тот, кто изучает болезнь Альцгеймера, вероятно, должен отличаться от того, который использовался для анализа мозга во время более сложного поведения.
Было даже обсуждение модели, которую можно носить за пределами лаборатории. «Мы действительно считаем, что вариант шлема можно прикрепить к рюкзаку», - говорит Маевски. «Рюкзак будет нести вес.
«Мы называем это« прогулкой в парке »».
