ثبت اولین تصاویر رادیوگرافی بدن انسان با اشعه ایکس در فضا؛ انقلابی در پزشکی فضایی - بهترین تور مسافرتی

لیست مطالب

• 1. گام تاریخی در تاریخچه تصویربرداری فضایی
• 2. محدودیت های طولانی مدت فناوری سونوگرافی در مدار
• 3. ورود دستگاه های پرتابل و فشرده پرتو ایکس به کیهان
• 4. مأموریت فضایی فرام دو و بستر آزمایشگاهی آن
• 5. چالش های حفظ ثبات و موقعیت دهی در شرایط بی وزنی
• 6. آنالیز کیفیت تشخیصی تصاویر ثبت شده در مدار زمین
• 7. کاربردهای دوگانه صنعتی و تست های غیرمخرب تجهیزات فضاپیما
• 8. نقش هوش مصنوعی در تحلیل مستقل تصاویر رادیوگرافی
• 9. تاریخچه و پیش زمینه فناوری های تشخیصی در ماموریت های پیشین
• 10. مقایسه کارایی پرتو ایکس با سایر روش های تصویربرداری پزشکی
• 11. ضرورت توسعه سیستم های مقاوم سازی شده برای سفر به مریخ
• 12. آینده پزشکی فضایی و خودکفایی درمانی در اعماق منظومه شمسی

????مختصر و مفید

فضانوردان برای نخستین بار پیروز به ثبت اولین تصاویر رادیوگرافی و ایکس ری در فضا با کیفیت تشخیصی بالا شدند که این امر محدودیت چهل ساله استفاده انحصاری از سونوگرافی در مدار را شکست. این آزمایش پیروزیت آمیز در جریان مأموریت فضایی غیرنظامی فرام دو انجام شد و نشان داد که با یاری دستگاه های دیجیتال پرتابل و بسیار سریع می توان بر چالش های ناشی از بی وزنی و تاری تصویر غلبه کرد. تصاویر ثبت شده از بخش های مختلف بدن مانند دست و قفسه سینه به تایید رادیولوژیست های زمینی رسید و استانداردهای لازم را کسب کرد. این فناوری علاوه بر کاربردهای پزشکی در شناسایی شکستگی ها می تواند برای تست غیرمخرب بدنه فضاپیماها نیز استفاده گردد. توسعه این ابزار گامی حیاتی برای سفرهای سرنشین دار آینده به ماه و مریخ است که در آن ها ارتباط زنده با زمین قطع یا با تأخیر شدید همراه خواهد بود.

01

گام تاریخی در تاریخچه تصویربرداری فضایی

بیش از شش دهه از شروع سفرهای فضایی انسان می گذرد و از زمان پرواز تاریخی یوری گاگارین تا به امروز بشر همیشه در پی راه هایی برای بقا در شرایط سخت خارج از جو زمین بوده است. حضور مداوم در ایستگاه فضایی بین المللی احتیاجمند پشتیبانی های دقیق پزشکی است اما ابزارهای در دسترس فضانوردان همیشه محدود بوده و امکانات تشخیصی پیشرفته در مدار زمین وجود نداشته است. ثبت اولین تصاویر رادیوگرافی و ایکس ری در فضا به عنوان یک نقطه عطف بزرگ در تاریخ پزشکی فضایی ثبت شد و توانست تصورات قبلی درباره غیرممکن بودن این کار در شرایط بی وزنی را به طور کامل تغییر دهد.

این دستاورد بزرگ که حاصل کار تیمی پژوهشگران برجسته پزشکی هوافضا است نشان داد که می توان از سدهای فنی موجود عبور کرد و تجهیزات پیچیده بیمارستانی را به ابزارهایی کارآمد در فضاپیما تبدیل نمود. با ثبت این تصاویر رادیوگرافی باکیفیت و استاندارد راه برای تشخیص سریع آسیب های استخوانی و بافتی در جریان سفرهای طولانی فضایی هموارتر از گذشته شده است و امنیت جانی فضانوردان بهبود چشمگیری خواهد یافت.

02

محدودیت های طولانی مدت فناوری سونوگرافی در مدار

بیش از چهل سال فناوری اولتراسوند یا همان سونوگرافی تنها ابزار تصویربرداری پزشکی در دسترس برای خدمه فضاپیماها در مدار زمین بود. این روش تصویربرداری به علت بی خطر بودن و قابلیت حمل آسان ترجیح داده می شد زیرا فاقد پرتوهای یون ساز است و حسگر آن به طور مستقیم روی بدن بیمار قرار می گیرد که این امر در محیط های میکروگرانش کار را بسیار ساده تر می کرد. با این حال استفاده از سونوگرافی احتیاجمند مهارت بسیار بالا در راهنمایی پروب و تفسیر تصاویر است و در تشخیص شکستگی های پیچیده استخوانی یا بعضی عارضه های داخلی کارایی کافی ندارد.

احتیاج مبرم به ابزار دقیق تری که بتواند بدون احتیاج به آموزش های تخصصی طولانی مدت تصاویری واضح از ساختار اسکلتی ارائه دهد دانشمندان را به سمت استفاده از پرتوهای ایکس سوق داد. با غلبه بر محدودیت های فنی و ثبت اولین تصاویر رادیوگرافی و ایکس ری در فضا تعیین شد که می توان در کنار اولتراسوند از یک جعبه ابزار تشخیصی کامل در سفرهای بین سیاره ای بهره مند شد و نقایص سیستم های قدیمی را پوشش داد.

03

ورود دستگاه های پرتابل و فشرده پرتو ایکس به کیهان

یکی از موانع اصلی در انتقال فناوری ایکس ری به فضا مقدار بزرگ و وزن بسیار زیاد ژنراتورهای پرتو ایکس سنتی و ترانسفورماتورهای ولتاژ بالای آن ها بود. در سال های اخیر به لطف کوچک سازی قطعات الکترونیکی و ظهور دستگاه های تصویربرداری رادیوگرافی دیجیتال بی سیم و مجهز به باتری های قدرتمند این رویای دیرینه به حقیقت پیوست. این سیستم های نوین ابعادی بسیار کوچک دارند و جرم ناچیزی را به فضاپیما تحمیل می کنند که این موضوع برای مدیریت منابع محدود در پروازهای فضایی حیاتی است.

کاهش مقدار فیزیکی دستگاه ها به فضانوردان اجازه داد تا بدون احتیاج به سیم کشی های پیچیده یا مصرف بیش از حد انرژی الکتریکی سیستم پرتابل رادیوگرافی را در هر گوشه ای از کابین مستقر کنند. این پیشرفت تکنولوژیک کلید اصلی پیروزیت در ثبت اولین تصاویر رادیوگرافی و ایکس ری در فضا بود و ثابت کرد که تجهیزات نوین پزشکی زمینی تا چه حد برای شرایط سخت بیرونی بهینه سازی شده اند.

04

مأموریت فضایی فرام دو و بستر آزمایشگاهی آن

بستر اصلی این آزمایش پیروزیت آمیز مأموریت فضایی خصوصی فرام دو بود که به وسیله کپسول فضایی دراگون شرکت اسپیس ایکس در مداری قطبی به دور زمین انجام شد. این مأموریت چند روزه فرصتی بی نظیر برای ارزیابی رفتارهای دستگاه های دیجیتال پرتو ایکس در شرایط واقعی جاذبه صفر فراهم کرد. خدمه غیرنظامی این پرواز با گذراندن یک دوره آموزشی فشرده چند ساعته در زمین توانستند سیستم تصویربرداری را در داخل کابین راه اندازی و عملیاتی کنند.

در جریان این پرواز علاوه بر شبیه سازها و ابزارهای کنترل تصویربرداری از اندام های مختلف خدمه نیز انجام شد تا تاثیر مستقیم میکروگرانش روی فرآیند رادیوگرافی سنجیده گردد. پیروزیت مأموریت فرام دو در اجرای این آزمایش نشان دهنده پتانسیل بالای همکاری های بخش خصوصی و مراکز تحقیقاتی در توسعه شتابان مرزهای دانش پزشکی فضایی است.

05

چالش های حفظ ثبات و موقعیت دهی در شرایط بی وزنی

بزرگ ترین مانع در مسیر ثبت اولین تصاویر رادیوگرافی و ایکس ری در فضا ماهیت شناور بودن اشیاء و انسان در محیط بدون جاذبه بود. برای ثبت یک تصویر رادیوگرافی واضح منبع تابش، اندام هدف و حسگر دیجیتال باید کاملاً نسبت به یکدیگر ثابت بمانند و کوچک ترین حرکتی موجب محو شدن یا تاری شدید تصویر نهایی می گردد. در فضا تثبیت موقعیت بیمار و حسگر به علت تمایل طبیعی بدن به شناور شدن کار بسیار دشواری است که احتیاج به راه حلهای نوآورانه داشت.

دانشمندان برای حل این مشکل زمان اکسپوژر یا همان پرتوگیری را به حداقل ممکن کاهش دادند تا تصویربرداری در کسری از ثانیه انجام گردد و حرکت های ناخواسته تاثیری روی وضوح خروجی نگذارد. استفاده از نگه دارنده های مکانیکی ساده و تکنیک های خاص موقعیت دهی سریع به فضانوردان یاری کرد تا بر این درجات آزادی حرکتی غلبه کنند و تصاویری بدون تاری ثبت کنند.

06

آنالیز کیفیت تشخیصی تصاویر ثبت شده در مدار زمین

پس از ارسال فایل های دیجیتال رادیوگرافی از کپسول فضایی به ایستگاه های زمینی تیمی متشکل از رادیولوژیست های برجسته کیفیت تصاویر را ارزیابی کردند. عکس های ثبت شده از بخش های مختلف شامل دست، ساعد، قفسه سینه و ناحیه لگن بودند که وضوح و کنتراست فوق العاده ای را نشان دادند. اگرچه تصویربرداری از قفسه سینه و شکم به علت حجم بافت ها و دشواری تثبیت موقعیت با چالش بیشتری همراه بود اما در نهایت تمامی تصاویر استانداردهای تشخیصی را کسب کردند.

این ارزیابی های مستقل ثابت کرد که کیفیت تصاویر رادیوگرافی گرفته شده در شرایط میکروگرانش کاملاً با کیفیت عکس های رادیولوژی بیمارستانی روی زمین برابری می نماید. این بدان معناست که پزشکان روی زمین می توانند با اطمینان کامل به این تصاویر برای تشخیص شکستگی ها، دررفتگی ها یا بیماری های ریوی فضانوردان استناد کنند.

07

کاربردهای دوگانه صنعتی و تست های غیرمخرب تجهیزات فضاپیما

یکی از مجذوب کننده ترین جنبه های حضور دستگاه های پرتو ایکس در فضا کارکرد چندگانه آن ها فراتر از حوزه پزشکی است. فضانوردان مأموریت فرام دو توانستند با تصویربرداری از قطعات الکترونیکی مانند یک ساعت هوشمند نشان دهند که این ابزار پتانسیل بالایی در بازرسی های فنی دارد. در سفرهای فضایی آنالیز ترک های پنهان، نقص های ساختاری در اتصالات بدنه و آسیب های ناشی از برخورد ریزشهاب سنگ ها با استفاده از این روش ممکن خواهد بود.

این نوع ارزیابی که به عنوان تست های غیرمخرب شناخته می گردد ایمنی فضاپیما را در طول ماموریت های طولانی مدت تضمین می نماید بدون اینکه احتیاجی به باز کردن قطعات یا آسیب رساندن به سازه اصلی باشد. ادغام این کاربرد صنعتی با وظایف تشخیصی پزشکی توجیه مالی و فنی حمل این تجهیزات سنگین به مدار را بسیار آسان تر می نماید.

08

نقش هوش مصنوعی در تحلیل مستقل تصاویر رادیوگرافی

در ماموریت های آینده به سمت مریخ یا اعماق منظومه شمسی به علت فاصله های نجومی امکان ارتباط زنده صوتی و تصویری و انتقال فایل های حجیم به پزشکان زمینی با تاخیرهای چند ده دقیقه ای روبرو خواهد شد. در چنین شرایط بحرانی فضانوردان نمی توانند منتظر پاسخ رادیولوژیست های مستقر در زمین بمانند و احتیاج به ابزارهای تصمیم گیری آنی دارند. اینجاست که الگوریتم های هوش مصنوعی وارد عمل می شوند تا به یاری سیستم تشخیصی بیایند.

هوش مصنوعی یکپارچه شده با دستگاه های پرتو ایکس می تواند به صورت اتوماتیک کیفیت تصاویر گرفته شده را ارزیابی کند و در صورت لزوم دستور تکرار عکس برداری را صادر نماید. علاوه بر این نرم افزارهای پردازش تصویر قادر خواهند بود الگوهای شکستگی یا تجمع مایعات در ریه را شناسایی نموده و راه حلهای درمانی اولیه را بدون احتیاج به مداخله پزشک زمینی به فضانوردان ارائه دهند.

09

تاریخچه و پیش زمینه فناوری های تشخیصی در ماموریت های پیشین

پیش از دستیابی به این پیروزیت کوشش های متعددی در پروازهای سهموی شبیه سازی جاذبه صفر برای آنالیز رفتار پرتوهای ایکس انجام شده بود. در این پروازهای آزمایشی که سقوط آزادهای کوتاه مدتی را تجربه می کردند محققان توانستند فرضیه های اولیه خود درباره پایداری سنسورها را به اثبات برسانند. اما تجربه مدار زمین و شرایط پایدار میکروگرانش چالش های محیطی متفاوتی را نظیر تابش های کیهانی پس زمینه و محدودیت های فضا به همراه داشت.

تکامل تدریجی فناوری های رادیولوژی دیجیتال از صفحات فسفری تا حسگرهای تخت سیلیکونی نقش مستقیمی در هموار کردن این مسیر داشت. حذف احتیاج به داروهای ظهور و چاپ شیمیایی فیلم های رادیولوژی قدیمی که در محیط بسته فضاپیما بسیار سمی و خطرناک بودند گام حیاتی دیگری بود که رادیوگرافی مدرن را برای کاربردهای فضایی ایمن ساخت.

10

مقایسه کارایی پرتو ایکس با سایر روش های تصویربرداری پزشکی

پرتو ایکس مزایای بی شماری نسبت به سونوگرافی و سایر روش های تصویربرداری نوری دارد زیرا می تواند ساختارهای متراکم اسکلتی را با جزئیات بالا نمایش دهد. سونوگرافی اگرچه برای آنالیز بافت های نرم و جریان خون در رگ ها فوق العاده عمل می نماید اما در روبروه با استخوان ها ناتوان است. از سوی دیگر دستگاه های پیشرفته تر مانند سی تی اسکن یا ام آرآی به علت وزن بسیار بالا، مصرف انرژی سرسام آور و میدان های مغناطیسی قوی در حال حاضر امکان نصب در فضاپیماها را ندارند.

بنابراین سیستم های دیجیتال پرتو ایکس به عنوان یک راه حل میانه بهینه و تعادلی منطقی میان کیفیت اطلاعات تشخیصی و محدودیت های فیزیکی فضاپیما به شمار می روند. این ابزارها سرعت تشخیص عوارض اسکلتی عضلانی را که شایع ترین آسیب های فیزیکی در حین کارهای سنگین تعمیراتی در فضا هستند به کمتر از یک دقیقه کاهش می دهند.

11

ضرورت توسعه سیستم های مقاوم سازی شده برای سفر به مریخ

با وجود پیروزیت چشمگیر در این آزمایش دستگاه های مورد استفاده در مأموریت های مداری در زمان بازگشت به زمین دچار آسیب های جزئی در اتصالات شدند که نشان دهنده لزوم بازنگری در طراحی بدنه آن ها است. برای سفرهای طولانی به ماه و مریخ تجهیزات الکترونیکی باید در برابر لرزش های شدید هنگام پرتاب و فرود و بعلاوه تابش های شدید کیهانی مقاوم سازی شوند. سیستم های زمینی برای کار در شرایط پایدار طراحی شده اند و در اتمسفر پر از غبار یا خلاء کارایی خود را از دست می دهند.

مهندسان پزشکی باید نسخه های صنعتی و مقاومی از این ژنراتورهای پرتو ایکس بسازند که بتوانند سال ها بدون احتیاج به تعمیر و نگهداری در شرایط خلأ یا جاذبه ضعیف مریخ کار کنند. این مقاوم سازی شامل استفاده از عایق های حرارتی پیشرفته و سپرهای محافظ در برابر پرتوهای کیهانی خواهد بود تا عملکرد پایدار سیستم تضمین گردد.

12

آینده پزشکی فضایی و خودکفایی درمانی در اعماق منظومه شمسی

دستیابی به قابلیت تصویربرداری پرتو ایکس در مدار زمین تنها یک شروع برای خودکفایی کامل درمانی فضانوردان در سفرهای طولانی است. بدون وجود سیستم های تشخیصی پیشرفته هرگونه آسیب جزئی مانند ترک خوردن استخوان انگشت دست می تواند به یک بحران پزشکی منجر گردد و مأموریت های گران قیمت علمی را با شکست روبرو کند. با استقرار دائمی این دستگاه ها در فضاپیماها تیم های پزشکی فضایی می توانند برنامه های درمانی دقیق تری را تدوین کنند.

پزشکی فضایی به سرعت در حال حرکت به سمتی است که در آن فضاپیماها به کلینیک های کوچک اما مجهز مجهز خواهند شد که قادرند بیشتر احتیاجهای اورژانسی خدمه را بدون اتکا به منابع زمینی رفع کنند. ثبت اولین تصاویر رادیوگرافی و ایکس ری در فضا گام بزرگی در این مسیر برداشته و نشان داده است که رویاهای علمی تخیلی گذشته به سرعت در حال تبدیل شدن به واقعیت های روزمره فناوری هستند.

سوالات متداول

1. آیا پرتوهای حاصل از دستگاه ایکس ری در محیط بسته فضاپیما برای فضانوردان خطرناک نیست؟

مقدار پرتوهای تابش شده از دستگاه های پرتابل دیجیتال نو بسیار ناچیز و متمرکز است. دیواره های کپسول های فضایی مدرن و بعلاوه طراحی بهینه دستگاه مانع از پخش شدن پرتوها در کل محیط کابین می شوند. به همین علت خطری متوجه سایر خدمه فضاپیما نخواهد بود.

2. چرا تا به حال از دستگاه های پرتو ایکس معمولی در فضا استفاده نشده بود؟

دستگاه های سنتی ایکس ری بسیار سنگین و بزرگ بودند و احتیاج به ژنراتورهای ولتاژ بالای عظیمی داشتند. حمل این تجهیزات به مدار به علت محدودیت های شدید وزن و حجم فضاپیماها امکان پذیر نبود. بعلاوه شستشوی مواد شیمیایی ظاهرکننده فیلم در شرایط خلاء خطرات زیست محیطی جدی ایجاد می کرد.

3. بی وزنی چه تأثیری بر کیفیت تصاویر ثبت شده رادیوگرافی می گذارد؟

جاذبه صفر به خودی خود تاثیری روی رفتار فوتون های پرتو ایکس یا سنسور دیجیتال ندارد. چالش اصلی تکان خوردن ناخواسته و شناور شدن بیمار یا سنسور در حین ثبت تصویر است. این لرزش ها می توانند منجر به تار شدن عکس نهایی شوند که با فناوری تصویربرداری سریع رفع شده است.

4. آیا فضانوردان برای کار با این دستگاه احتیاج به تخصص رادیولوژی دارند؟

خیر، کاربری دستگاه های دیجیتال نو بسیار ساده طراحی شده است و خدمه مأموریت فرام دو تنها با چهار ساعت آموزش توانستند تصاویر باکیفیتی ثبت کنند. تصاویر ثبت شده به صورت اتوماتیک به زمین ارسال می شوند تا رادیولوژیست های حرفه ای آن ها را تحلیل کنند. در آینده نیز هوش مصنوعی به یاری آن ها خواهد آمد.

5. چه بخش هایی از بدن فضانوردان در اولین آزمایش رادیوگرافی فضایی تصویربرداری شد؟

فضانوردان در این آزمایش از اندام های مختلف خود از جمله دست ها، ساعد، قفسه سینه، شکم و لگن تصویربرداری کردند. تصویربرداری از دست و ساعد به علت سهولت در ثابت نگه داشتن ساده تر بود. تصاویر ریه و شکم نیز با وجود سختی های موقعیت دهی کیفیت تشخیصی کاملاً مناسبی داشتند.

6. کاربرد غیرپزشکی دستگاه ایکس ری در فضاپیما چیست؟

این دستگاه می تواند برای تست های غیرمخرب و بازرسی های مهندسی قطعات حساس فضاپیما به کار رود. با تابش پرتو به بردهای الکترونیکی یا دیواره ها می توان ترک های میکروسکوپی و آسیب های پنهان ساختاری را شناسایی کرد. این امر ضریب ایمنی پروازها را افزایش می دهد.

7. چرا سونوگرافی به تنهایی برای احتیاجهای پزشکی فضانوردان کافی نیست؟

امواج اولتراسوند توانایی عبور از استخوان ها را ندارند و برای تشخیص شکستگی های اسکلتی ابزار مناسبی نیستند. سونوگرافی بیشتر برای آنالیز اندام های داخلی نرم مانند کبد و کلیه یا جریان خون استفاده می گردد. تشخیص سریع و دقیق شکستگی های استخوانی تنها با پرتو ایکس امکان پذیر است.

8. چگونه هوش مصنوعی می تواند به استفاده از دستگاه رادیوگرافی در فضا یاری کند؟

هوش مصنوعی می تواند کیفیت عکس ها را بلافاصله پس از ثبت ارزیابی نموده و خطاهای موقعیت دهی را گوشزد کند. بعلاوه در سفرهای طولانی که ارتباط زنده با زمین قطع می گردد، الگوریتم ها قادرند آسیب ها را به طور مستقل تشخیص دهند. این کار احتیاج به حضور همزمان رادیولوژیست را رفع می سازد.

9. چه بهبودهایی باید روی این دستگاه ها برای ماموریت های ماه و مریخ انجام گردد؟

بدنه دستگاه ها باید در برابر لرزش های شدید پرواز و فرود مقاوم تر گردد. بعلاوه سیستم الکترونیکی آن ها احتیاجمند عایق بندی و حفاظت در برابر پرتوهای کیهانی پس زمینه فضا است. در نهایت کاهش بیشتر حجم و وزن دستگاه ها برای بهینه سازی فضاپیما ضروری خواهد بود.

جمع بندی نهایی

ثبت اولین تصاویر رادیوگرافی و ایکس ری در فضا گامی بزرگ و انقلابی در حوزه پزشکی هوافضا به شمار می رود که محدودیت های دیرینه ابزارهای تشخیصی در مدار زمین را از بین برد. این دستاورد نویدبخش خودکفایی درمانی فضانوردان در سفرهای طولانی آینده به ماه و مریخ است. با تلفیق این فناوری دیجیتال با الگوریتم های هوش مصنوعی و بهینه سازی سخت افزاری آن برای شرایط سخت فضا دیگر شکستگی های استخوانی یا آسیب های بدنه فضاپیما تهدیدی غیرقابل مدیریت نخواهند بود و امنیت سفرهای فضایی وارد فاز نوی می گردد.

منبع