Die ESA verlässt sich bei der zur Überwachung der Gesundheit von Astronauten auf GMV

Die Weltraummediziner der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) haben den Technologiekonzern GMV mit dem ALISSE-Projekt betraut. Ziel ist die Entwicklung einer auf Deep Learning basierenden Technologie mit künstlicher Intelligenz, die Astronauten bei der Aufnahme von Ultraschallbildern verschiedener Organe in hoher diagnostischer Qualität anleitet und unterstützt, um mögliche Beeinträchtigungen unter den Bedingungen der bemannten Raumfahrt zu erkennen. Dadurch wird die Arbeit der Fachärzte am Boden erleichtert, die so mögliche Beeinträchtigungen früher erkennen und das Fortschreiten einer Krankheit mit entsprechender Behandlung verhindern können. Der klinische Partner des Projekts ist die Abteilung für Notfallradiologie des Hospital Universitario La Paz unter der Leitung von Milagros Martí de Gracia. Forscherinnen und Forscher der Gruppe für Kernphysik an der Universität Complutense Madrid (UCM) unter der Leitung von Jose Manuel Udías Moinelo arbeiten ihrerseits an der Erstellung extrem realistischer Simulationen, um die Robustheit des Systems in einer so unbekannten Umgebung wie dem Weltraum zu stärken.

Astronauten sind Profis mit einem hervorragenden Gesundheitszustand. Sie verfügen über einwandfreies Sehvermögen, eine gute körperliche Verfassung, durchtrainierte Muskulatur, Gelenkigkeit und handwerkliches Geschick. Der Weltraum ist jedoch eine sehr feindliche Umgebung für den menschlichen Körper. Viele unserer Organe sind aufgrund der Schwerelosigkeit in diesem Lebensraum oder aufgrund der kosmischen Strahlung anfällig für Krankheiten. Dies führt oft zu einem Verlust von Knochen- und Muskelmasse, Beeinträchtigungen der Leberfunktion, einer erhöhten Wahrscheinlichkeit von Nierensteinen und Thromben, Weitsichtigkeit usw. Kosmische Strahlung hat zudem sehr negative Auswirkungen auf die Milz, das Immunsystem und das Herz.

Das Auftreten dieser Pathologien ist nicht nur im Hinblick auf die Arbeitsleistung der Astronauten wichtig, sondern auch wegen der möglichen medizinischen Komplikationen, die einen chirurgischen Eingriff oder gar eine Evakuierung erfordern könnten. Tatsächlich erhalten die Astronauten vor dem Start in den Weltraum eine 40-stündige medizinische Schulung, um bei Ihrem Aufenthalt im All, der im Fall der Internationalen Raumstation (ISS) bis zu sechs Monate dauern kann, gewöhnliche Gesundheitsprobleme selbst lösen zu können. Zudem wird einem der ISS-Mitglieder die Rolle des Sanitätsoffiziers (CMO) zugewiesen.

Das einzige medizinische Bildgebungsgerät, das derzeit verwendet wird, ist ein Ultraschallgerät. Der Grund dafür ist, dass Ultraschallgeräte einzigartige Eigenschaften wie Unschädlichkeit, geringe Größe und Echtzeit-Bildgebungsfähigkeit haben, die sie ideal für Weltraummissionen machen. Die Technik für die korrekte Erfassung klinisch aussagekräftiger Bilder mit dieser Art von Geräten ist jedoch schwer zu erlernen und erfordert eine spezielle Ausbildung in Radiologie und ein mehrjähriges Expertentraining. Daher ist es für Astronauten schwierig, diese diagnostische Bildgebungsmethode zu beherrschen, während sie gleichzeitig eine sehr vielschichtige und intensive Ausbildung in anderen Bereichen erhalten.

Dank der relativen Erdnähe der ISS hat das medizinische Team am Boden die Astronauten bisher bei der Verwendung von Ultraschallscannern angeleitet, um bei Untersuchungen per Videokonferenz medizinische Bilder zu erhalten.  Bei Missionen in größerer Entfernung zur Erde jedoch erschwert die Verzögerung beim Bildempfang und der Kommunikation eine genaue medizinische Untersuchung der Astronauten, sodass eine Aufnahme präziser medizinischer Bilder für die Diagnose per Videokonferenz nicht möglich ist.

Herausforderungen bei bemannten Raumfahrtmissionen

Die Erforschung des interplanetaren Raums, die neue Internationale Gateway-Station um den Mond und zukünftige bemannte Missionen zum Mars bringen neue Herausforderungen mit sich, bei denen die Gesundheit der Astronauten oberste Priorität hat.

Bei einer hypothetischen Mission zum Mars wird die Besatzung zwischen 54 und 402 Millionen Kilometer entfernt sein, so dass eine Rückkehr zur Erde für dringende medizinische Behandlungen nicht möglich ist. Die Möglichkeiten der Telemedizin und Anleitung vom Boden aus wären aufgrund der Qualität der zu übertragenden Bilder und der Verzögerung des Funksignals, das vom Mars zur Erde und zurück jeweils 20 Minuten benötigt, nur sehr eingeschränkt. Um hier Abhilfe zu schaffen, schlägt GMV eine Lösung vor, die es Nicht-Radiologen ermöglicht, klinisch relevante Ultraschallbilder von Organen zu erhalten, die zur Analyse und Auswertung durch Fachärzte zur Erde geschickt werden können.

Carlos Illana, Produktmanager von GMVs Secure e-Solutions, erklärt: „Das ALISSE-Projekt erforscht neue Techniken der künstlichen Intelligenz, um die Besatzungsmitglieder bei der Erfassung von Bildern in Diagnosequalität zu unterstützen und zu leiten, sodass bei der Aufnahme der Bilder auf interaktive Beratung mit den Fachärzten am Boden verzichtet werden kann. Auf diese Weise können mögliche Krankheiten der Besatzungsmitglieder des Raumschiffs frühzeitig erkannt und ihr Verlauf mit Hilfe von Ultraschallbildern verfolgt werden".

Die von GMV im Rahmen des ALISSE-Projekts entwickelte Software wird dabei helfen, die Ultraschalluntersuchungen nach den spezifischen Vorgaben für die einzelnen Organe durchzuführen und dabei jedes Besatzungsmitglied mit grundlegenden Kenntnissen der Anatomie in Echtzeit anzuleiten. Bei einer entzündeten Niere zum Beispiel, deren Volumen aufgrund eines Nierensteins zunimmt, gibt die GMV-Lösung eine Empfehlung zur genauen Platzierung der Sonde und Parametereinstellung des Ultraschallgeräts, um die bestmögliche Bildqualität zu erhalten (Schallleistung, Tiefe, Verstärkung), sodass die aufgenommenen und die Bezugsschichtebenen gleichzeitig betrachtet und verglichen werden können.

Zu diesem Zweck, so erklärt der GMV-Experte, „schlagen wir die Entwicklung einer neuen computergeführten Ultraschalltechnologie mit einem fachmedizinisch basierten Ansatz vor, bei dem künstliche Intelligenz und mehrschichtiges Lernen (Deep Learning) zum Einsatz kommen". Dabei werden die bisherigen Forschungserfahrungen mit diesen Architekturen genutzt, um durch weitere Forschung Herausforderungen wie die Führung bei der Sondenplatzierung, Erkennung von standardisierten Ebenen mit hohem diagnostischem Wert, Erzeugung realistischer Ultraschalldaten und Anpassung von Verstärkung und Tiefe bei der Bildqualität zu bewältigen. Dies erfolgt mit der klinischen Unterstützung der Abteilung für Notfallradiologie des Hospital de La Paz, mit Dr. Diez Tascón, Dr. Alonso, Dr. Parra und Dr. Ossaba. Sie unterstehen der radiologischen Abteilung des Krankenhauses unter der Leitung von Dr. Garzón (Hauptforscher des Projekts) ist, und arbeiten zusammen mit der Kernphysikgruppe der Universität Complutense Madrid (UCM) an der Verbesserung der fortschrittlichsten Techniken der intelligenten Ultraschallbildgebung.

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