Prześwietlili człowieka 450 km nad Ziemią. Zdjęcia przejdą do historii

W kapsule panuje nieważkość, więc każdy ruch (nawet ten najmniejszy) powoduje, że ciało zaczyna dryfować. Aparat rentgenowski nie ma stałego mocowania, a pacjent nie może po prostu stanąć przy detektorze i pozostać nieruchomy, jak w ziemskiej pracowni. Każdy element (człowiek, źródło promieniowania i detektor) musi zostać ręcznie ustawiony i utrzymany w odpowiedniej pozycji, co w warunkach mikrograwitacji przypomina bardziej precyzyjną choreografię niż rutynowe badanie medyczne.

Mimo tych ograniczeń załoga misji Fram2 dokonała czegoś, co jeszcze niedawno wydawało się wręcz niemożliwe. Na wysokości 450 km nad Ziemią wykonano pierwsze diagnostyczne zdjęcia rentgenowskie ludzkiego ciała podczas lotu orbitalnego. Co szczególnie zaskakujące, sprzęt obsługiwały osoby bez wykształcenia medycznego, które przed startem przeszły jedynie krótkie, czterogodzinne szkolenie. To pokazuje, jak bardzo nowoczesna technologia upraszcza procedury, które jeszcze niedawno wymagały lat specjalistycznej praktyki.

W eksperymencie opisanym na łamach czasopisma Radiology uczestniczyło 3 z 4 członków załogi Fram2. Statek wystartował 31 marca 2025 r. i wszedł na orbitę przebiegającą nad biegunami Ziemi, na wysokości od 425 do 450 km. Nie byli oni lekarzami, radiologami ani technikami elektroradiologii. Przed lotem przeszli 2 sesje szkoleniowe, które łącznie trwały około 4 godz.

Najpierw nauczyli się obsługi generatora promieniowania i cyfrowego detektora. Później wykonywali na Ziemi takie same projekcje, jakie zaplanowano na orbicie. Dzięki temu każde kosmiczne zdjęcie można było porównać z materiałem przygotowanym w normalnych warunkach.

Podczas lotu załoga nie korzystała z bieżącej pomocy lekarza ani zespołu naziemnego. Kolejne czynności opisywały statyczne instrukcje tekstowe i graficzne. Astronauci musieli sami ustawić badaną osobę, generator oraz płytę detektora, a następnie zdecydować, czy otrzymany obraz jest wystarczająco dobry. Zdjęcia trafiały bezprzewodowo do komputera znajdującego się w kapsule. Załoga mogła obejrzeć rezultat natychmiast po ekspozycji i zaakceptować go albo odrzucić.

Lekarz nie był więc potrzebny do samego wykonania badania. Nie oznacza to jednak, że przypadkowa osoba może na podstawie kosmicznego zdjęcia stawiać diagnozę. Po zakończeniu misji obrazy oceniło trzech niezależnych radiologów. To oni sprawdzili jakość, kontrast, rozdzielczość i prawidłowość ustawienia ciała.

W przyszłości zdjęcie mogłoby zostać przesłane lekarzowi na Ziemię. Podczas lotu na Marsa taka konsultacja nie będzie jednak odbywała się na żywo. W zależności od położenia planet sygnał może lecieć w jedną stronę nawet ponad 20 min. Załoga będzie musiała umieć samodzielnie wykonać badanie, ocenić jego poprawność, a w nagłym przypadku podjąć pierwsze decyzje bez czekania na odpowiedź.

Do kapsuły nie zabrano pomniejszonej wersji całej pracowni rentgenowskiej. Wykorzystano komercyjny sprzęt, który można kupić i stosować również na Ziemi. Źródłem promieniowania był przenośny system MinXray Impact Wireless. Sam generator ma wymiary około 18 x 17,5 x 25 cm i wraz z akumulatorem waży około 7,7 kg. Nie wymaga stałego podłączenia do sieci elektrycznej, ponieważ korzysta z ładowanej baterii litowo-jonowej.

Obraz rejestrował płaski detektor Reveal 35C o powierzchni zbliżonej do szpitalnej kasety rentgenowskiej. Urządzenie nie używa kliszy. Promieniowanie jest zamieniane na dane cyfrowe, które można natychmiast przesłać do komputera. Detektor potrafi z jednego naświetlenia przygotować standardowe zdjęcie oraz osobne obrazy uwydatniające tkanki miękkie i struktury o większej gęstości, przede wszystkim kości. Nie trzeba w tym celu wykonywać dwóch ekspozycji ani zwiększać dawki promieniowania.

Przed startem cały zestaw poddano testom drgań, temperatury, obniżonego ciśnienia, zakłóceń elektromagnetycznych, zwarcia i przeciążenia akumulatora. Musiał nie tylko działać w kapsule, lecz także nie stanowić zagrożenia dla jej systemów. Generator przetrwał start oraz pobyt na orbicie. Podczas lądowania i późniejszego wydobywania kapsuły doznał niewielkich uszkodzeń zewnętrznych, w tym wygięcia osłon i pęknięcia plastikowego elementu kolimatora. Kontrola wykazała jednak, że jego wnętrze i parametry promieniowania nie ucierpiały.

Radiolodzy porównali 7 zdjęć anatomicznych wykonanych przed startem z 7 obrazami zebranymi podczas lotu. Oceniali każdy z nich w skali od 1 do 5. Nie wykryli istotnej różnicy w ogólnej jakości obrazu, rozdzielczości przestrzennej ani zdolności do rozróżniania obiektów o podobnej gęstości. Wszystkie zaakceptowane zdjęcia z orbity osiągnęły poziom pozwalający na wykorzystanie diagnostyczne.

Największą trudnością nie okazało się samo działanie aparatu, lecz ustawienie człowieka i urządzeń. Zdjęcia dłoni oraz przedramienia były stosunkowo proste, ponieważ badany fragment ciała można było umieścić bezpośrednio przy detektorze. Znacznie trudniej było prześwietlić klatkę piersiową, brzuch i miednicę. Na Ziemi pacjent stoi albo leży, a technik może precyzyjnie dopasować ustawienie aparatu. W kapsule całe ciało swobodnie odpływa od miejsca, w którym próbuje się je pozostawić.

Pozycjonowanie centralnych części ciała otrzymało więc niższe oceny, niż w badaniach wykonanych przed startem. Nie pogorszyło to jednak jakości na tyle, aby zdjęcia stały się bezużyteczne. Załoga uznała sprzęt i procedury za łatwe w obsłudze. Wskazała przy tym najpilniejszą poprawkę: przyszły system powinien mieć specjalne zaciski mocujące generator oraz detektor. Rzepy sprawdziły się jako rozwiązanie eksperymentalne, ale w sytuacji prawdziwego urazu potrzebny będzie mechanizm szybszy, stabilniejszy i możliwy do obsłużenia jedną ręką.

Przez ponad cztery dekady ultrasonograf pozostawał jedynym niezawodnym urządzeniem do obrazowania medycznego podczas lotów kosmicznych. Jest lekki, nie używa promieniowania jonizującego i pozwala zbadać narządy, naczynia krwionośne, mięśnie oraz część urazów. Ma jednak poważne ograniczenia. Jakość obrazu bardzo mocno zależy od osoby trzymającej głowicę. Trzeba znaleźć właściwe miejsce, ustawić odpowiedni kąt i przez cały czas utrzymywać kontakt ze skórą za pomocą żelu.

Niektóre struktury są też dla ultradźwięków trudno dostępne. Powietrze w płucach i jelitach oraz kości blokują fale dźwiękowe, dlatego USG nie zastąpi zdjęcia rentgenowskiego przy wielu złamaniach, urazach klatki piersiowej czy podejrzeniu niedrożności jelit. Autorzy badania szacują, że radiografia może zapewnić lepszą diagnostykę lub sposób postępowania w przypadku nawet 22 proc. stanów wysokiego ryzyka wskazanych przez NASA dla dalekich misji załogowych.

Jak pisaliśmy w tekście: Tajemnicza choroba astronauty. Ewakuowali go ze Stacji Kosmicznej, nawet dobrze wyposażona Międzynarodowa Stacja Kosmiczna nie jest szpitalem. Znajdują się na niej m.in. ultrasonograf, defibrylator i sprzęt do EKG, ale poważna niejasność diagnostyczna nadal może wymusić wcześniejszy powrót całej załogi na Ziemię. Na niskiej orbicie taka ewakuacja jest kosztowna i trudna, ale wykonalna. Z Księżyca trwałaby kilka dni. Z Marsa byłaby praktycznie niemożliwa, ponieważ sama podróż w jedną stronę zajmuje wiele miesięcy.

Wysłanie aparatu rentgenowskiego w kosmos rodzi oczywiste pytanie o dodatkową dawkę promieniowania. Astronauci i tak są przecież narażeni na promieniowanie kosmiczne znacznie silniej, niż ludzie znajdujący się na powierzchni Ziemi. Fram2 poruszała się po orbicie polarnej, na której kapsuła częściej przelatywała przez rejony słabiej chronione przez ziemskie pole magnetyczne. Mimo to dawka pochodząca z samych zdjęć nie była większa niż w przypadku standardowych badań klinicznych na Ziemi.

W zależności od rodzaju prześwietlenia oszacowano ją na około 0,3-2,7 mSv. Pozostali członkowie załogi, którzy nie byli badani, otrzymali z rozproszonego promieniowania około 0,009 mSv. To niewielka wartość, ale przy planowaniu długiej misji każda dodatkowa ekspozycja musi być uzasadniona. Rentgen nie będzie więc urządzeniem służącym do codziennego sprawdzania astronautów bez wyraźnej potrzeby. Powinien być wykorzystywany wtedy, gdy korzyść z uzyskania diagnozy przewyższa niewielkie ryzyko związane z promieniowaniem.

Przeczytaj także:

Szczególnie ważne może być kontrolowanie kości. Jak pisaliśmy w tekście: Kosmos dosłownie niszczy astronautów. Wyniki są bezwzględne, mikrograwitacja osłabia układ ruchu, zmniejsza gęstość mineralną kości i prowadzi do zaniku mięśni. Na orbicie organizm nie musi stale walczyć z ciężarem ciała, więc zaczyna pozbywać się kosztownych w utrzymaniu tkanek.

Wykorzystany detektor może w przyszłości pomagać w szacowaniu powierzchniowej gęstości mineralnej kości. Nie zastąpi on oczywiście pełnego badania densytometrycznego, ale pozwoliłby śledzić niepokojące zmiany podczas wielomiesięcznego lotu.

*Źródło zdjęcia wprowadzającego: doi.org/10.1148/radiol.26025 / AI