Als het gaat om het krijgen van een duidelijk idee van wat er in het lichaam van een persoon gebeurt, zijn weinig medische apparaten zo nuttig als een PET-scanner. PET staat voor Positron Emission Tomography, maar eenvoudig gezegd houdt het in dat radioactieve positrons of positief geladen deeltjes worden gebruikt om te detecteren hoe delen van het lichaam functioneren. Een gebied met verhoogde metabolische of chemische activiteit - zoals de verdeling van kankercellen - zal op een gekleurd beeld verschijnen.
Meestal worden PET-scans voorgeschreven om te zien of kanker is uitgezaaid of als een tumor is verminderd, maar ze worden ook gebruikt om hart- en neurologische aandoeningen te diagnosticeren. In feite kan dit type beeldvorming meestal eerder veranderingen in het lichaam detecteren dan tests zoals CT-scans of MRI's. Daarom wordt gedacht dat PET-scans mogelijk in een vroeg stadium hersenaandoeningen, zoals de ziekte van Alzheimer, kunnen herkennen.
Maar hier is de complicatie. Iedereen die een PET-scan heeft gehad, weet dat hoewel het geen invasieve procedure is, het ook geen bijzonder aangename ervaring is. Als uw lichaam eenmaal in een groot gat in de machine is geplaatst, moet u tijdens het scannen heel stil liggen, vaak wel een half uur, soms zelfs een uur, afhankelijk van welk deel van uw lichaam wordt gescand.
Vooral gedwongen worden om zo lang onbeweeglijk te blijven, kan vooral voor ouderen moeilijk zijn. Het meet ook hersenactiviteit in een kunstmatige situatie, wanneer een persoon niets doet, inclusief interactie met andere mensen.
Maar wat als je een PET-scanner draagbaar zou kunnen maken? Wat als een persoon het zou kunnen dragen?
Hulp van een helm
Dat is wat Stan Majewski zich afvroeg. In die tijd was hij natuurkundige en werkte hij voor het Department of Energy (DOE) in Newport News, Virginia. Hij is gespecialiseerd in het ontwikkelen van beeldvormings- en detectorsystemen, dus hij was geïntrigeerd toen hij hoorde over een apparaat dat werd bedacht door sommige collega's in een DOE-kantoor in Upton, New York. Ze noemden het de RatCap en het was een PET-scanner die op het hoofd van een rat werd gedragen.
Majewski dacht dat hij iets soortgelijks voor mensen kon maken. Het zou, geloofde hij, een groot potentieel kunnen hebben in het bevorderen van onderzoek naar hersenaandoeningen, zoals de ziekte van Alzheimer en de ziekte van Parkinson. Dus ontwierp hij een helm omringd door een ring van kleine, vierkante PET-detectoren en vroeg vervolgens patent aan. Hij ontving er een in 2011.
Hij begon aan een prototype te werken en zijn project kreeg een impuls nadat hij hoogleraar radiologie was aan de Universiteit van West Virginia. Een andere professor aan de universiteit, Julie Brefczynski-Lewis, een neurowetenschapper, bezocht het kantoor van Majewski toen ze een tekening zag van een vrouw op een loopband met een vreemd uitziende helm.
"Wat is dit?" Vroeg ze hem. Toen Majewski uitlegde hoe het werkte en wat het kon doen, verbond ze zich ertoe het te helpen realiseren.
Met geld toegekend door de universiteit gingen ze verder met het prototype. Toen, in 2013, kregen Majewski en Brefczynski-Lewis een grote boost van het BRAIN-initiatief dat president Obama had aangekondigd om innovatieve technologieën te ontwikkelen die helpen verklaren hoe het brein functioneert. Samen met medewerkers van de Universiteit van Californië, Davis en de Universiteit van Washington, en een team van General Electric, ontvingen ze een subsidie van $ 1, 5 miljoen om te bepalen wat er nodig is om van het model van Majewski een effectief behandelingsinstrument te maken.
PET scant in beweging
Brefczynski-Lewis, die het effect van compassie op het menselijk brein heeft bestudeerd, is enthousiast over wat kan worden geleerd door hersenscans van mensen in beweging. Zelfs iemand toestaan om tijdens de procedure rechtop te zitten, kan het bereik van het onderzoek helpen vergroten.
"Als een persoon zit, kun je je voorstellen dat ze de zeer lange scans kunnen verdragen die nodig zijn voor onderzoek naar aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer of andere neurologische aandoeningen, " zegt ze. "Vorige week werkten we samen met een vrouw van in de tachtig., en er was geen manier waarop ze 90 minuten stil had kunnen blijven, maar ze was in staat om op een stoel te zitten en haar hoofd te bewegen en met ons te praten en heel comfortabel te zijn. "
Dat vermogen om een patiënt tijdens een scan te betrekken, kan volgens Brefczynski-Lewis een groot verschil maken bij het diagnosticeren van hersenaandoeningen. "Soms zie je al vroeg in de ziekte van Alzheimer geen verschil, je ziet geen symptomen", legt ze uit. "Maar er is een fase waarin, als je ze belast met hoge geheugenbelastingen, je het systeem anders kunt zien reageren bij een Alzheimer-persoon dan iemand die niet verder Alzheimer ontwikkelt."
Majewski en Brefczynski-Lewis zeggen dat een draagbare PET-scanner onderzoekers ook in staat zou kunnen stellen om hersenactiviteit te monitoren terwijl een persoon lacht, traint, stress ervaart of zelfs wanneer de patiënt wordt ondergedompeld in een virtual reality-omgeving. Dit kan hen bijvoorbeeld helpen beter te begrijpen wat er gaande is in de hersenen van een autistische persoon in een sociale omgeving of een beroertepatiënt die revalidatieoefeningen doet.
Er kan ook een gelegenheid zijn om te bestuderen waarom sommige mensen uitzonderlijke vaardigheden hebben, of het nu een atleet van wereldklasse is of een muzikale savant. Het apparaat, zegt Brefczynski-Lewis, zou inzicht kunnen geven in welke delen van de hersenen ze tijdens het spelen benaderen.
Een ander voordeel van de draagbare helm is dat het niveau van blootstelling aan straling veel lager is, ongeveer een tiende van het niveau van een conventionele PET-scanner, omdat de detectoren zo dicht bij het hoofd van een persoon zijn. Daarom hebben Majewski en Brefczynski-Lewis hun apparaat de AM-PET genoemd - de "A" is voor ambulant, de "M" voor microdosis.
Tijd om te verfijnen
Maar er zijn nog steeds hindernissen te nemen. De helm kan zwaar worden - tijdens vroege testen werd een bungeekoord van het plafond bevestigd aan het apparaat om het gewicht op de patiënt die het draagt te verlichten. De uitdaging is om het lichter te maken zonder de gevoeligheid van de detectoren te verminderen.
De onderzoekers kijken ook naar manieren om te voorkomen dat de beweging van de helm de resolutie van de afbeeldingen beïnvloedt. Dat omvat het opnemen van aspecten van robotica, zoals de mogelijkheid om een camera op een robot gestabiliseerd te houden, ongeacht hoeveel deze beweegt.
"Het idee is om dat in de PET-helm te kunnen gebruiken, zodat het rekening houdt met de beweging van het lichaam van een persoon, " zegt Brefczynski-Lewis. "Je wilt beweging compenseren zodat de helm met het hoofd beweegt, maar je vermindert de weerstand en dat vermindert het gewicht op de persoon."
Een ander aandachtspunt, merkt ze op, is om de stralingsniveaus te blijven verlagen. Dat zou het mogelijk maken meer scans op een persoon te maken, en misschien kunnen artsen het gebruiken bij jonge kinderen met neurologische aandoeningen.
Rekening houdend met alle noodzakelijke fine-tuning en klinische testen, schat Brefczynski-Lewis dat het nog vier of vijf jaar kan duren voordat de AM-PET kan worden gebruikt om patiënten te behandelen. Voorlopig vragen ze subsidies aan waarmee ze verschillende versies van hun scanner kunnen ontwikkelen. Iemand die de ziekte van Alzheimer bestudeert, moet waarschijnlijk anders zijn dan iemand die wordt gebruikt om de hersenen te analyseren tijdens complexer gedrag, zegt ze.
Er is zelfs gesproken over een model dat buiten het laboratorium kan worden gedragen. "We geloven eigenlijk dat een versie van de helm op een rugzak kan worden gemonteerd", zegt Majewski. “De rugzak zou het gewicht dragen.
“We noemen het de 'walk in the park'-versie.”
