Астронавт JAXA (Японское агентство аэрокосмических исследований) Сатоси Фурукава крутит педали на модернизированной системе CEVIS, поддерживая уровень мышц и плотность костей во время космического полёта. Источник: NASA
По мере роста числа пилотируемых миссий к Луне и Марсу, а также учащения коммерческих космических полётов, всё более востребованной становится разработка медицинских методик, способных решать проблемы со здоровьем в условиях космоса. Помимо привычных опасений, связанных с радиационным облучением, потерей костной массы и атрофией мышц, необходимы и диагностические инструменты, позволяющие оценить тяжесть травм и заболеваний. Создание таких средств и обеспечение здоровья и долголетия астронавтов — задачи активно развивающейся области «космической медицины».
Недавно был достигнут важный рубеж: группа международных междисциплинарных исследователей впервые провела рентгеновскую диагностику во время коммерческого космического полёта. Это серьёзный шаг вперёд для космической медицины, поскольку на протяжении последних сорока лет единственным надёжным инструментом медицинской визуализации оставался ультразвук, у которого есть ограничения. По мере увеличения длительности и дальности космических полётов потребность в надёжных диагностических средствах, способных охватить широкий спектр проблем со здоровьем, будет только расти.
Исследование возглавила доктор Шейна Гиффорд, профессор аэрокосмической медицины клиники Мэйо. В работе участвовали радиологи, техники и инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD), Стэнфордского университета, Radiology Logistics Consultants Seattle, Института медицинской инженерии и науки Массачусетского технологического института (MIT), MinXray, KA Imaging, Университета Уотерлу, Space Exploration Technologies и других организаций. Результаты миссии опубликованы в журнале Radiology.
По логистическим причинам космическая медицина и визуализация всего тела более четырёх десятилетий ограничивались ультразвуком. Если УЗИ можно выполнять с помощью портативных устройств и оборудования, то рентгеновская съёмка традиционно требовала громоздких аппаратов, увеличивающих получаемую астронавтами дозу радиации. Как пояснила Гиффорд в пресс-релизе Радиологического общества Северной Америки (RSNA): «Аэрокосмическая медицина давно мечтала иметь более одного способа визуализации для диагностики болезней и травм в космосе. Рентгеновские снимки быстры, просты и ценны для диагностики. Традиционные рентгеновские аппараты очень велики, дают много излучения и склонны выдавать размытое изображение при движении. Поскольку в космосе всё постоянно движется, считалось, что получить диагностический снимок на орбите технически слишком сложно».
Ситуация изменилась в последние годы с появлением коммерческих портативных рентгеновских аппаратов, которые резко расширяют доступ к этой медицинской технологии. Помимо портативной медицины в малообеспеченных сообществах и развивающихся странах, ещё одним потенциальным применением становится космическая медицина. В 2022 году Гиффорд и её команда исследовали возможность использования портативной рентгеновской системы во время параболического полёта, имитирующего невесомость космического полёта. Как она сказала: «Портативные рентгеновские аппараты применяются повсюду — на скачках в Кентукки, на поле во время Супербоула и по всему миру в районах с ограниченными ресурсами, потому что они могут работать на солнечной энергии и управляться людьми без медицинской подготовки. Мы полагали, что серийная портативная система имеет очень хорошие шансы пережить предполётные испытания и быть пригодной к работе в космосе членами экипажа с минимальной подготовкой».
Перед полётом три члена экипажа потратили четыре часа на обучение работе с портативной рентгеновской системой, а сотрудники SpaceX провели испытания системы на ударные нагрузки и совместимость с космическим кораблём. Несмотря на трудности, экипаж успешно получил цифровой рентгеновский снимок кисти в условиях имитированной невесомости. Развивая этот успех, доктор Гиффорд и её команда совместно со SpaceX протестировали свою портативную рентгеновскую систему во время миссии Fram2 — коммерческого космического полёта, спонсированного предпринимателем Чунь Ваном.
Миссия стала первой, в ходе которой корабль был выведен на полярную орбиту, где он находился чуть более трёх с половиной суток. Гиффорд отметила: «Готовая к космическому полёту рентгеновская система имела бы глубокие последствия не только для здоровья экипажа, но и для критически важных не медицинских задач. Для длительного присутствия человека в космосе рентген необходим не только для членов экипажа, но и для других компонентов миссии, таких как электроника и скафандры. Единственный способ заглянуть внутрь этих объектов, не разбирая их, — просветить их рентгеном».
В исследовании команда использовала рентгеновскую систему с ультрапортативным беспроводным цифровым генератором для получения анатомических снимков и снимков оборудования до и во время полёта. Среди них были рентгеновские изображения кисти, предплечья, живота, таза и грудной клетки. После получения снимков фантомного объекта для калибровки системы экипаж сделал снимки тех же анатомических областей в полёте. По возвращении члены экипажа также получили послеполётные рентгеновские снимки, повторяющие предполётные и внутриполётные изображения.
Все рентгеновские снимки оценили три независимых радиолога, которые не обнаружили различий в общем качестве изображений. Хотя снимки грудной клетки, таза и живота получили более низкие оценки за позиционирование, общее пространственное разрешение, контрастное разрешение и позиционирование соответствовали диагностическим рентгеновским снимкам. Члены экипажа также заявили, что рентгеновская система проста в использовании, а протокол легко соблюдать. Как резюмировала Гиффорд: «Получив первые рентгеновские снимки человека и оборудования в космосе, наше исследование демонстрирует осуществимость орбитальной рентгенографии и расширенные диагностические возможности для оценки здоровья экипажа и состояния техники. Получать диагностически полезные рентгеновские снимки в космосе может любой. Три очень талантливых человека без медицинского образования после четырёх часов подготовки в одной из самых суровых сред сделали это правильно и хорошо».
Помимо космической медицины, разработка портативных рентгеновских систем распространяется и на другие космические применения, включая съёмку неисправных спутников на орбите и оснащение лунных роверов для анализа поверхности Луны. «Я надеюсь, что мы сможем ещё больше уменьшить размер портативных систем визуализации и повысить их прочность и удобство, чтобы их можно было включать в будущие миссии, — добавила Гиффорд. — Распространение автономных миниатюрных рентгеновских систем по всему миру также могло бы изменить ситуацию в области общественного здравоохранения. Небо не предел, когда речь идёт о рентгене в космосе и здесь, на Земле».