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航天员的“黑匣子”(图)

发布日期:2004年08月10日字体: 【大】【中】【小】

航天医学家在进行研究时,要了解航天员飞行中体内主要生理指标的变化,通过分析这些指标的改变,才能知道航天活动对人究竟有什么影响,也才能制定出有效的防护措施来保护航天活动中的航天员。

  在早期的航天活动中,航天员的身上带着一个类似医院中检查病人24小时心电的装置,它可以记录航天员飞行中心电、心率、血压和呼吸的改变。这个装置在航天医学的研究中立了大功,它可以使研究者们了解到失重对人体到底有多大的影响,打消了一些人认为人不能在失重环境下长期生活的疑虑,并为航天医学的研究提供了很多宝贵的数据。这种装置可以使航天医生及时地了解航天员飞行中的变化,对航天员的健康状态作出及时的判断,保证了航天员飞行中的健康和安全。但这种装置也有它的缺陷,如体积比较大,戴在身上不方便;记录的指标有限,除了上述的四个指标外,不能派其他用处;没有软件分析系统,只能将收集到的数据带回地面,或通过遥测方法发回地面进行分析。因此,研制一种新型的航天员飞行中的生理指标的记录和处理装置迫在眉睫。

  美国宇航局天体仿生学技术项目的负责人约翰·黑尼斯第一个提出研制CPOD的设想,他希望能更方便地监视太空中航天员的生理信息。在斯坦福大学格雷格·克瓦克斯教授和美国宇航局的工程师卡斯登·姆蒂克、凯文·茂特高茅的领导下,现在已经研制出一种可以记录和分析飞行中航天员生理变化的CPOD装置,它与飞机上的黑匣子很相似。CPOD主要用于监测航天员的心脏功能、血压、呼吸、体温和血液含氧量,它也使用三种微型加速计来跟踪人的活动。例如,它可以判断航天员是在奔跑、旋转还是摔倒。

  CPOD是一种多功能、小巧玲珑、易携带的装置。一个CPOD大约只有鼠标大小,可以佩带在腰间(图1)。睡觉的时候也可以戴着它,不会影响睡眠。记录生理指标时,传感器的电极不需要植入人体,也不需要与其他设备相连,就可以记录指标的变化。重要的是航天员进行日常工作的时候并不影响记录,仍可以得出准确的数据。在航天员返回后,CPOD仍然可以采集着陆后8小时内的数据。另外,它可以及时地将数据无线地传递给其他设备。如果将它里面的传感器更换一下,还可以记录到研究者所需要的其他参数,所以CPOD用途很广。


图1:佩带在腰间的CPOD

  航天中记录到的这些数据对于研究人员了解人体是如何适应太空环境来说是无价之宝。CPOD所得到的图像十分清晰、及时,CPOD可以在航天员健康出现问题之前就发现征兆。美国宇航局的工程师卡斯登·姆蒂克说:“我们在装置中安装了报警系统,如果心率超过170次/分时,CPOD将发出嘟嘟声,这样航天员就知道应该怎样做了。”例如,在进行体育锻炼时,如果心率达到170次/分,说明这个运动负荷已经很大了,再跑下去可能对健康不利。听到CPOD的警报,航天员就可以中止运动,休息一下。在出现紧急情况的时候,CPOD将在几秒内发出信号,并将信息传递到地面控制中心,地面医生将会采取相应措施。如果航天员飞行中出现不正常、有危险的心电图变化,航天医生就要分析是什么原因引起的,指导航天员在太空中用药,或者派飞船将航天员接回地面治疗。

  由于CPOD具有这么多的优点,它不仅可以用于太空中,也可以应用到地球上。例如,将CPOD应用到事故现场,急诊医师可以很快了解受伤者的身体情况,做出相应的治疗;将CPOD用到消防中,CPOD就能监视救火战士血液中的含氧量;将CPOD用到临床,内科医生可以跟踪手术或吃药后病人的反应,及时做出治疗方案;使用CPOD也可以了解潜水员身体情况和登山运动员竞技水平发挥的情况;CPOD还可以帮助监测大气污染情况等。在最近一次对位于智利Licancabur火山上的湖泊探险时就用到它。这个在海拔17,700英尺上的湖泊是世界最高的湖泊之一,潜水员佩带CPOD,测量到的数据通过卫星传到斯坦福大学(图2)。

图2  潜水员戴着CPOD在火山湖泊中探险

  为了将CPOD应用到太空中,除了要检测它在地面各种条件下性能可靠与否外,还要检测它在失重情况下的性能。在地面上,只能在失重飞机上进行这种试验,具体实施是在美国航天局的失重飞机KC-135上进行的,KC-135在抛物线飞行时,可以产生30秒钟的失重,实验的结果令人很满意。下一步斯坦福大学的格雷格·克瓦克斯教授及其同事准备将此装置作进一步改进,加入数据处理软件,以对CPOD收集的数据进行处理,帮助研究者做出诊断。它可以将一些生理指标综合分析,找出它们之间的关系。例如,当一个人的心率突然增加了,软件可以与他的状态(是在运动,还是安静地呆在那里)连接起来。不同的状态将影响CPOD做出准确的判断。例如,当一个人在运动时,心率达到150次/分是正常的,但如果他在安静状态下达到此心率就是病态了。只有与被测者的状态联系起来,CPOD才能作出准确的判断。

  不久的将来,CPOD就要为国际空间站上的航天员服务了。(必威登录平台网特约沈羡云/唐承革编译)

本文编辑:李迁

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