Wenn es darum geht, eine klare Vorstellung davon zu bekommen, was im Körper einer Person vor sich geht, sind nur wenige medizinische Geräte so nützlich wie ein PET-Scanner. PET steht für Positronenemissionstomographie. Einfach ausgedrückt werden radioaktive Positronen oder positiv geladene Partikel verwendet, um die Funktionsweise von Körperteilen zu bestimmen. Ein Bereich mit erhöhter metabolischer oder chemischer Aktivität - wie die Teilung von Krebszellen - wird auf einem Farbbild angezeigt.
In den meisten Fällen werden PET-Scans verschrieben, um festzustellen, ob sich Krebs ausgebreitet hat oder ein Tumor vermindert ist. Sie werden jedoch auch zur Diagnose von Herz- und neurologischen Erkrankungen verwendet. Tatsächlich kann diese Art der Bildgebung Veränderungen im Körper früher erkennen als Tests wie CT-Scans oder MRTs. Daher wird angenommen, dass PET-Scans in der Lage sein könnten, Hirnerkrankungen wie die Alzheimer-Krankheit frühzeitig zu erkennen.
Aber hier ist die Komplikation. Jeder, der einen PET-Scan durchgeführt hat, weiß, dass dies kein invasiver Eingriff ist, aber auch keine besonders angenehme Erfahrung. Sobald sich Ihr Körper in einem großen Loch in der Maschine befindet, müssen Sie während eines Scans sehr ruhig liegen, oft bis zu einer halben Stunde, manchmal sogar eine Stunde, je nachdem, welcher Teil Ihres Körpers sich gerade befindet gescannt.
Für ältere Menschen kann es besonders schwierig sein, so lange bewegungslos zu bleiben. Es misst auch die Gehirnaktivität in einer künstlichen Situation, in der eine Person nichts tut, einschließlich der Interaktion mit anderen Personen.
Aber was wäre, wenn Sie einen PET-Scanner tragbar machen könnten? Was wäre, wenn eine Person es tragen könnte?
Hilfe vom Helm
Das fragte sich Stan Majewski. Zu dieser Zeit arbeitete er als Physiker für das Department of Energy (DOE) in Newport News, Virginia. Er hat sich auf die Entwicklung von Bildgebungs- und Detektorsystemen spezialisiert und war fasziniert, als er von einem Gerät hörte, das von einigen Kollegen in einem DOE-Büro in Upton, New York, erfunden wurde. Sie nannten es den RatCap, und es war ein PET-Scanner, der auf dem Kopf einer Ratte getragen wurde.
Majewski glaubte, er könne etwas Ähnliches für den Menschen schaffen. Es könnte, so glaubte er, ein großes Potenzial haben, die Erforschung von Erkrankungen des Gehirns wie Alzheimer und Parkinson voranzutreiben. Also entwarf er einen Helm, der von einem Ring kleiner, quadratischer PET-Detektoren umgeben war, und meldete dann ein Patent an. Er erhielt einen im Jahr 2011.
Er begann an einem Prototyp zu arbeiten, und sein Projekt nahm Fahrt auf, nachdem er Professor für Radiologie an der West Virginia University geworden war. Eine andere Professorin an der Universität, Julie Brefczynski-Lewis, eine Neurowissenschaftlerin, besuchte Majewskis Büro, als sie eine Zeichnung einer Frau auf einem Laufband mit einem seltsam aussehenden Helm bemerkte.
"Was ist das?", Fragte sie ihn. Als Majewski erklärte, wie es funktionierte und was es tun könnte, verpflichtete sie sich, dazu beizutragen, dass es geschah.
Mit Geldern der Universität wurde der Prototyp vorangetrieben. 2013 erhielten Majewski und Brefczynski-Lewis einen großen Schub von der von Präsident Obama angekündigten BRAIN-Initiative zur Entwicklung innovativer Technologien, mit deren Hilfe die Funktionsweise des Gehirns erklärt werden kann. Gemeinsam mit Mitarbeitern der University of California, Davis und der University of Washington sowie einem Team von General Electric erhielten sie einen Zuschuss von 1, 5 Millionen US-Dollar, um zu ermitteln, wie das Modell von Majewski zu einem wirksamen Behandlungsinstrument werden kann.
PET-Scans in Bewegung
Brefczynski-Lewis, der die Auswirkungen von Mitgefühl auf das menschliche Gehirn untersucht hat, ist gespannt darauf, was durch Gehirnscans von Menschen in Bewegung gelernt werden kann. Sogar das Aufsetzen während des Eingriffs kann das Forschungsspektrum erweitern.
"Wenn eine Person sitzt, können Sie sich vorstellen, dass sie die sehr langen Untersuchungen verträgt, die für die Erforschung von Erkrankungen wie Alzheimer oder anderen neurologischen Erkrankungen erforderlich sind", sagt sie. "Erst letzte Woche haben wir mit einer Frau in den Achtzigern gearbeitet Und auf keinen Fall hätte sie 90 Minuten still bleiben können, aber sie konnte sich auf einen Stuhl setzen und ihren Kopf bewegen und mit uns sprechen und sich recht wohl fühlen. “
Laut Brefczynski-Lewis könnte diese Fähigkeit, einen Patienten während eines Scans zu engagieren, einen großen Unterschied bei der Diagnose von Gehirnerkrankungen bewirken. „Manchmal sieht man zu Beginn der Alzheimer-Krankheit keinen Unterschied und keine Symptome“, erklärt sie. "Aber es gibt eine Phase, in der das System bei einer Alzheimer-Person anders reagiert als bei einer Person, die keine Alzheimer-Krankheit entwickelt, wenn sie mit hoher Speicherbelastung belastet wird."
Majewski und Brefczynski-Lewis sagen, ein tragbarer PET-Scanner könnte es Forschern auch ermöglichen, die Gehirnaktivität zu überwachen, während eine Person lacht, trainiert, Stress erlebt oder sogar wenn der Patient in eine virtuelle Realität eintaucht. Dies könnte ihnen zum Beispiel helfen, besser zu verstehen, was im Gehirn einer autistischen Person in einer sozialen Umgebung oder eines Schlaganfallpatienten, der Reha-Übungen durchführt, vor sich geht.
Es könnte auch eine Gelegenheit geben, zu untersuchen, warum manche Menschen außergewöhnliche Fähigkeiten besitzen, sei es ein Weltklasse-Athlet oder ein musikalischer Gelehrter. Das Gerät, so Brefczynski-Lewis, könnte Aufschluss darüber geben, auf welche Teile des Gehirns sie während der Ausführung zugreifen.
Ein weiterer Vorteil des tragbaren Helms besteht darin, dass die Strahlenbelastung viel geringer ist als bei einem herkömmlichen PET-Scanner, da sich die Detektoren so nahe am Kopf einer Person befinden. Aus diesem Grund haben Majewski und Brefczynski-Lewis ihr Gerät als AM-PET bezeichnet - das „A“ steht für Ambulanz, das „M“ für Mikrodosis.
Zeit zu verfeinern
Aber es sind noch Hürden zu überwinden. Der Helm kann schwer werden - während der ersten Tests wurde ein Gummiband von der Decke an das Gerät angebracht, um den Patienten, der es trägt, zu entlasten. Die Herausforderung besteht darin, es leichter zu machen, ohne die Empfindlichkeit der Detektoren zu verringern.
Die Forscher suchen auch nach Möglichkeiten, um zu verhindern, dass sich die Bewegung des Helms auf die Auflösung der Bilder auswirkt. Dazu gehört die Einbeziehung von Aspekten der Robotik, z. B. die Fähigkeit, eine Kamera auf einem Roboter stabil zu halten, unabhängig davon, wie viel er sich bewegt.
„Die Idee ist, dies im PET-Helm zu nutzen, um die Bewegung des Körpers einer Person zu berücksichtigen“, sagt Brefczynski-Lewis. "Sie möchten Bewegungen ausgleichen, damit sich der Helm mit dem Kopf bewegt, aber Sie reduzieren den Widerstand und das verringert das Gewicht der Person."
Ein weiterer Schwerpunkt sei die weitere Reduzierung der Strahlenbelastung. Dies würde es ermöglichen, mehr Scans an einer Person durchzuführen und es Ärzten möglicherweise zu ermöglichen, sie bei kleinen Kindern mit neurologischen Störungen anzuwenden.
Brefczynski-Lewis schätzt, dass unter Berücksichtigung aller erforderlichen Feinabstimmungen und klinischen Tests weitere vier oder fünf Jahre vergehen könnten, bevor das AM-PET zur Behandlung von Patienten eingesetzt werden kann. Derzeit beantragen sie Stipendien, mit denen sie verschiedene Versionen ihres Scanners entwickeln können. Eine, die Alzheimer untersucht, müsste sich wahrscheinlich von einer unterscheiden, die zur Analyse des Gehirns bei komplexerem Verhalten verwendet wird, sagt sie.
Es gibt sogar Diskussionen über ein Modell, das außerhalb des Labors getragen werden kann. „Wir glauben tatsächlich, dass eine Version des Helms an einem Rucksack befestigt werden kann“, sagt Majewski. „Der Rucksack würde das Gewicht tragen.
"Wir nennen es die" Walk in the Park "-Version."
