Newswise — примечание редактора: Хотя плохая погода и технические проблемы вынудили НАСА отложить августовские и сентябрьские попытки запуска Artemis I — беспилотной космической миссии, которая совершит путешествие вокруг Луны и обратно, — космическое агентство рассчитывает на запуск во второй половине ноября 2022 года. возможно, 16 ноября. Долгожданный космический полет станет первым испытанием нового космического корабля «Орион» вместе с его ракетными и наземными системами.
Миссия Artemis I — это первый шаг в планах НАСА по доставке людей для дальнейшего исследования лунной поверхности и, в конечном итоге, создания устойчивого аванпоста на Луне. Полет также внесет вклад в подготовку основы, необходимой для миссии на Марс. Когда он стартует из Космического центра Кеннеди во Флориде, Artemis I будет нести два манекена, привязанных к его отсеку для экипажа. Манекены являются частью проекта, которому помогает команда биоинженеров Университета Дьюка при поддержке Национального института биомедицинской визуализации и биоинженерии (NIBIB).
Среди проблем, стоящих перед человеком при освоении космоса, — риск для здоровья, связанный с космическим излучением. Манекены, физические фантомы, были изготовлены коммерческим поставщиком и изначально предназначались для использования в медицинской визуализации или рентгенологической практике. Для космической миссии каждый фантом будет оснащен датчиками для измерения накопленного излучения в различных частях тела, которое астронавты будут поглощать во время такого космического полета.
«Разнообразные антропоморфные фантомы были важными инструментами, используемыми для оценки и точной настройки медицинских сканирований от рентгена до компьютерной томографии. Эти фантомы особенно важны, поскольку они представляют человеческую анатомию и, таким образом, наиболее актуальным образом влияют на визуализацию», — сказал Бехруз Шабестари, доктор философии, директор программы национальных технологических центров NIBIB и исполняющий обязанности директора отдела медицинских информационных технологий. . «Команда из Университета Дьюка отточила свой опыт в области компьютерного моделирования и изучения переносимости доз радиации человеком на основе медицинских изображений, и теперь направляет этот опыт на анализ и исследования для космической программы».
Каждый фантом представляет собой изображение женской анатомии. Исследователи провели несколько экспериментов по радиационному облучению с мужским фантомом, ранее находившимся на борту Международной космической станции. По словам директора Центра испытаний виртуальной визуализации (CVIT) Университета Дьюка Эхсана Самеи, доктора философии Университета Дьюка Рида и заслуженного профессора радиологии Марты Райс, в каждый фантом встроено более тысячи датчиков радиации, которые будут собирать данные для точного определения местоположения органов. , медицинская физика, биомедицинская инженерия, физика, электротехника и вычислительная техника. Исследователи CVIT разрабатывали вычислительные модели виртуальных людей в течение последних 19 лет для исследований в области медицинской визуализации.
Модели реалистичны, динамичны и разнообразны, включая детализированные анатомические структуры самых разных субъектов — детей и взрослых, беременных и небеременных. Они также включают сердечные и дыхательные движения и могут имитировать любое количество заболеваний. «С достаточным реализмом вы можете проводить медицинские эксперименты, чтобы выяснить, эффективно ли вмешательство или нет, попробовав его на вычислительной модели», — сказал Самей. Он добавил, что в этом эксперименте используются женские фантомы, потому что женская анатомия более чувствительна к радиационному облучению, чем мужская анатомия, и оценки радиационного облучения астронавтов-мужчин могут быть основаны на данных о женских фантомах.
Помимо НАСА, в проекте участвуют инженеры Немецкого аэрокосмического центра, Израильского космического агентства и CIRS. Во время испытательного полета исследователи снабдили фантом по имени Зохар жилетом, который будет оцениваться на предмет его способности защищать тело от поглощения радиации. Другой фантом, Хельга, не будет окружен защитным щитом.
«Когда мы подвергаемся воздействию радиации, повреждения отражаются непосредственно на органах, а разные органы имеют разный уровень радиочувствительности», — сказал Самей. «Например, ткань молочной железы имеет тенденцию быть более радиочувствительной, а мышцы менее радиочувствительными. Мозг менее чувствителен к радиоизлучению, чем сердце. Вот почему для исследования важно отслеживать радиацию и то, где в организме она откладывается».
Helga и Zohar производятся специально, чтобы включать только определения для легких и костей в теле. Команда Duke создала внутреннюю карту, чтобы определить все остальное. По словам Пола Сегарса, доктора философии, доцента радиологии и заместителя директора CVIT, они использовали виртуальные модели, разработанные в рамках CVIT, чтобы выяснить, где находятся все органы.
«У нас есть компьютерная карта GPS, на которой указано, где установлен каждый датчик», — сказал Сегарс. «Наше виртуальное определение органов предоставляет GPS, сообщая ему количество датчиков, которые необходимо измерить, чтобы компенсировать дозу сердца или получить дозу поджелудочной железы».
НАСА будет использовать информацию о дозах радиации, чтобы лучше понять риски, которым подвергаются астронавты, и для разработки возможных защитных мер для космических полетов или длительного пребывания на Луне.
Радиационное облучение — это опасность, с которой приходится бороться во время длительных космических полетов. По словам Самеи, полет на Марс займет около 36 месяцев. «То, что у нас так много груза, вращающегося вокруг Луны, говорит о том, насколько важной проблемой является радиационное воздействие», — сказал Самей. Фантомы Зоара и Хельги весят примерно столько же, сколько люди-космонавты. «НАСА получит самую точную оценку дозы облучения астронавтов, которую мы когда-либо сможем получить и никогда не сможем получить от настоящих астронавтов».
Лаборатория CVIT Университета Дьюка входит в сеть поддерживаемых NIBIB Национальных центров биомедицинской визуализации и биоинженерии. Центры создают важные и уникальные технологии и методы, которые можно применять в ряде фундаментальных, трансляционных и клинических исследований. Команда CVIT работает с виртуальными фантомами уже два десятилетия, а в последнее время сосредоточилась на разработке анатомических карт для использования в моделях фантомов.
Исследовательский проект частично поддерживается грантом NIBIB EB028744.
