La détection du rayonnement cosmique était au premier plan lors de la mission spatiale Artemis I de la NASA
Newswise – Note de l’éditeur : Bien que le mauvais temps et des problèmes techniques aient forcé la NASA à reporter ses tentatives de lancement d’août et de septembre pour Artemis I – une mission spatiale sans équipage qui naviguerait autour de la lune et retour – l’agence spatiale envisageait une fenêtre de lancement dans la seconde moitié de novembre 2022, peut-être 16 novembre. Le vol spatial très attendu sera le premier à tester le nouveau vaisseau spatial Orion avec ses fusées et ses systèmes au sol.
La mission Artemis I est la première étape des plans de la NASA visant à transporter des équipages humains pour explorer davantage la surface lunaire et éventuellement établir un avant-poste lunaire durable. Le vol contribuera également aux travaux préparatoires nécessaires à une mission sur Mars. Lorsqu’il décollera du Kennedy Space Center en Floride, Artemis I transportera deux mannequins attachés à son module d’équipage. Les mannequins font partie d’un projet dirigé par une équipe de bioingénieurs de l’Université Duke avec le soutien de l’Institut national d’imagerie biomédicale et de bioingénierie (NIBIB).
Parmi les défis auxquels est confrontée l’exploration spatiale humaine figure le danger pour la santé causé par le rayonnement cosmique. Les mannequins, fantômes physiques, sont fabriqués par un fournisseur commercial et conçus à l’origine pour être utilisés dans l’imagerie médicale diagnostique ou la pratique radiologique. Pour la mission spatiale, chaque fantôme sera équipé de capteurs pour mesurer le rayonnement accumulé dans différentes parties du corps que les astronautes vont absorber lors d’un tel vol spatial.
“Différents fantômes anthropomorphes sont devenus des outils essentiels utilisés pour analyser et corriger les scans médicaux, des rayons X au scanner. Ces fantômes sont particulièrement importants car ils représentent l’anatomie humaine et donc l’impact de l’imagerie de la manière la plus pertinente”, a déclaré Behrouz Shabestari, Ph.D., NIBIB Directeur du programme des centres nationaux de technologie et directeur par intérim de la division des technologies informatiques de la santé. . “L’équipe de l’Université Duke a perfectionné son expertise dans la modélisation informatique et l’étude de la tolérance à la dose de rayonnement humain à partir de l’imagerie médicale et cible désormais davantage cette expertise dans l’analyse et les études pour le programme dans l’espace.”
Chaque fantôme est une représentation de l’anatomie féminine. Les chercheurs ont mené plusieurs expériences d’exposition aux radiations sur un fantôme masculin qui avait déjà été à bord de la Station spatiale internationale. Chaque fantôme est intégré à plus d’un millier de capteurs de rayonnement qui recueilleront des lectures pour l’emplacement précis des organes, selon Ehsan Samei, Ph.D., Ph.D., Ph.D., Ehsan Samei, directeur du Center for Virtual Imaging Trials (CVIT) de l’Université Duke, professeur émérite de Duke University Reed et Martha Rice Radiologie, physique médicale, génie biomédical, physique et génie électrique et informatique. Les chercheurs du CVIT ont développé des modèles informatiques d’humains virtuels au cours des 19 dernières années pour la recherche en imagerie médicale.
Les modèles sont réalistes, dynamiques et diversifiés, y compris l’anatomie détaillée de nombreux sujets différents – pédiatrique et adulte, enceinte et non enceinte. Ils comprennent également des mouvements cardiaques et respiratoires et peuvent imiter un certain nombre de maladies. “Avec suffisamment de réalisme, vous pouvez faire des expériences médicales pour savoir si une intervention est efficace ou non en la testant dans un modèle informatique”, a déclaré Samei. Il a ajouté que cette expérience utilisait des fantômes féminins parce que l’anatomie féminine est plus sensible à l’exposition aux rayonnements que l’anatomie masculine et que les estimations d’exposition pour l’exposition aux rayonnements des astronautes masculins peuvent être obtenues à partir des données sur les fantômes féminins.
Outre la NASA, les collaborateurs du projet comprennent des ingénieurs du Centre aérospatial allemand, de l’Agence spatiale israélienne et du CIRS. Au cours du vol d’essai, les chercheurs ont équipé le fantôme appelé Zohar d’un gilet qui serait testé pour sa capacité à protéger le corps des radiations absorbantes. Un autre fantôme, Helga, ne peut pas être entouré d’un bouclier protecteur.
“Lorsque nous sommes exposés à des radiations, les dommages se déposent directement dans les organes – et différents organes ont différents degrés de radiosensibilité”, a déclaré Samei. “Par exemple, le tissu mammaire a tendance à être plus radiosensible, tandis que les muscles ne le sont pas aussi. Le cerveau est moins radiosensible que le cœur. C’est pourquoi il est si important que les études surveillent le rayonnement et où il se dépose dans le corps.
Le Helga et le Zohar ont été spécialement conçus pour n’inclure que les significations des poumons et des os dans le corps. L’équipe de Duke a créé une carte interne pour définir tout le reste. Ils ont utilisé des modèles virtuels développés dans le cadre du CVIT pour déterminer où se trouvaient tous les organes, selon Paul Segars, Ph.D., professeur agrégé de radiologie et directeur adjoint du CVIT.
“Nous avons une carte GPS informatique qui indique où chaque capteur est installé”, a déclaré Segars. “Notre définition virtuelle des organes fournit un GPS, lui indiquant le nombre de capteurs à mesurer pour générer la dose du cœur ou pour obtenir la dose du pancréas.”
La NASA utilisera les informations sur la dose de rayonnement pour mieux comprendre les risques posés aux astronautes et pour concevoir d’éventuelles mesures de protection pour les vols spatiaux ou les périodes prolongées passées sur la lune.
L’exposition aux rayonnements est un risque auquel il faut faire face lors de longues missions spatiales. Une mission vers Mars prendrait environ 36 mois aller-retour, selon Samei. “Le fait que nous ayons autant de charge autour de la lune vous indique à quel point l’exposition aux rayonnements est un problème important”, a déclaré Samei. Les fantômes Zohar et Helga pèsent à peu près autant que les astronautes humains. “La NASA recevra l’évaluation la plus précise de la dose de rayonnement pour les astronautes que nous puissions jamais obtenir et que nous n’obtiendrons jamais de vrais astronautes.”
Le laboratoire CVIT de l’Université Duke fait partie d’un réseau de centres nationaux d’imagerie biomédicale et de bio-ingénierie soutenu par le NIBIB. Les centres développent des technologies et des méthodes critiques et uniques qui peuvent être appliquées à une gamme de recherches fondamentales, translationnelles et cliniques. L’équipe du CVIT travaille avec des fantômes virtuels depuis deux décennies et s’est plus récemment concentrée sur la conception de cartes anatomiques à utiliser dans des modèles fantômes.
Le projet de recherche a été soutenu en partie par la subvention NIBIB EB028744.
