NASA のアルテミス I 宇宙ミッションの最前線における宇宙放射線検出 | BRILink および BRI エージェント

編集者注: 月を周回して帰還する無人宇宙ミッション「アルテミス1号」が2022年11月16日に打ち上げられた。この待望の宇宙飛行は、新型オリオン宇宙船のロケットおよび地上システムをテストする初の飛行となる。（2022年11月16日更新）

アルテミス 1 号ミッションは、月面探査をさらに進め、最終的には月面に恒久的な基地を建設するために有人宇宙船を運ぶ NASA の計画の第一歩です。この飛行は火星探査に必要な基礎作業も提供します。アルテミス 1 号はフロリダ州ケネディ宇宙センターから打ち上げられる際、乗組員モジュールに 2 体のダミー人形を固定して運びます。ダミー人形は、デューク大学の生物工学者チームが国立生物医学画像工学研究所 (NIBIB) と共同で推進しているプロジェクトの一部です。

人類の宇宙探査が直面している課題の 1 つは、宇宙放射線がもたらす健康リスクです。人体模型のマネキンは民間業者によって製造されており、もともとは医療用画像検査や放射線学診療で使用するために設計されました。宇宙ミッションでは、各模型にセンサーが装備され、宇宙飛行士が宇宙飛行中に吸収する体のさまざまな部位の放射線の蓄積を測定します。

「人体模型は、X 線から CT まで、医療用画像の評価と改善に欠かせないツールとなっています。これらの模型は人体の構造を再現し、画像の影響を最も適切な方法で再現するため、特に重要です」と、NIBIB 国立技術センター プログラムのディレクターであり、医療情報技術部門のディレクター代理を務める Behrouz Shabestri 博士は述べています。「デューク大学のチームは、計算モデルと医療用画像を使用して人間の放射線量耐性を研究する専門知識を磨き、現在、この専門知識を宇宙計画の分析と研究に応用しています。」

各スプライトは女性の解剖学的構造を表しています。研究者らは、国際宇宙ステーションに搭載された男性ファントムで初の放射線被曝実験を実施しました。デューク大学仮想画像実験センター (CVIT) の所長で、デューク大学リード・アンド・マーサ・ライス放射線学特別教授のエフサン・サミー博士によると、各ファントムには、臓器の正確な検出を可能にする 1,000 個以上の放射線センサーが搭載されています。位置の読み取り値を収集します。、医療物理学、生体医用工学、物理学、電気およびコンピューター工学。CVIT の研究者らは、過去 19 年間、医療画像研究用の仮想人間の計算モデルを開発してきました。

モデルはリアルでダイナミック、多様で、子供や大人、妊婦や非妊婦など、さまざまな被験者の詳細な解剖学的構造を特徴としている。心臓や呼吸器の動きも含まれており、さまざまな病気をシミュレートできる。「十分にリアルなので、計算モデルで医療実験を行い、介入が有効かどうかを調べることができます」とサミ氏は述べた。実験で女性ファントムが使用されたのは、女性の解剖学的構造は男性よりも放射線被曝に敏感であり、女性ファントムのデータから男性宇宙飛行士の放射線被曝リスクを推定できるためだと彼女は述べた。

このプロジェクトの協力者には、NASA のほか、ドイツ航空宇宙センター、イスラエル宇宙機関、CIRS のエンジニアも含まれる。試験飛行中、研究者らは Zohar と名付けられたファントムにベストを装着し、放射線吸収から身体を保護する能力を評価する。2 番目のファントムである Helga には、保護シールドは装着されない。

「放射線にさらされると、そのダメージは臓器に直接蓄積されます。そして、臓器ごとに放射線感受性のレベルが異なります」とサミ氏は言う。例えば、乳房組織は放射線感受性が高く、筋肉はそれほどではありません。脳は心臓ほど放射線に敏感ではありません。したがって、放射線とそれが体内のどこに蓄積するかを追跡するための研究が必要です。

ヘルガとゾハールは、体内の肺と骨だけを覆うように特別に設計されました。デューク大学のチームは、すべてを把握するために内部マップを作成しました。放射線学教授でCVITの共同ディレクターであるポール・セガーズ博士によると、彼らはCVITの一部として開発された仮想モデルを使用して、すべての臓器の位置を把握しました。

「私たちは、各センサーがどこに配置されているかを示す計算GPSマップを持っています」とセガーズ氏は語った。「臓器の仮想定義はGPSを提供し、心臓への線量を決定したり膵臓への線量を得るために何個のセンサーを測定すればよいかを教えてくれます。」

NASAは放射線量情報を活用して、宇宙飛行士に及ぼされるリスクをより深く理解し、宇宙飛行や月面での長期滞在のための潜在的な防護対策を設計する予定だ。

放射線被曝は長期宇宙ミッションの危険です。サミー氏によると、火星ミッションは約 36 か月かかります。「月を周回する質量が非常に大きいため、放射線被曝の問題がいかに重要かがわかります」とサミ氏は述べました。ゾハルとヘルガ ファントムの体重は人間の宇宙飛行士と同じです。「NASA は、宇宙飛行士の放射線被曝量に関するこれまでで最も決定的な評価を行うことになりますが、これは実際の宇宙飛行士からは得られないものです。」

デューク大学の CVIT 研究所は、NIBIB が支援するバイオメディカル イメージングおよびバイオエンジニアリング センターの全国ネットワークの 1 つです。これらのセンターは、基礎研究、トランスレーショナル研究、臨床研究に適用できる重要かつ独自の技術と手法を生み出しています。CVIT チームは 20 年にわたって仮想ファントムに取り組んでおり、最近ではファントム モデルで使用するための構造マップの設計に重点を置いています。

この研究プロジェクトは、NIBIB 助成金 EB028744 によって部分的にサポートされました。