國際太空站至今已搭載各種臨床級測量儀，包括心電圖、i-STAT動脈血氣分析儀，亦有揮發性有機物分析、微生物鑑定的試劑盒，及名為 WetLab-2 的 Q-PCR 可即時分析基因表達 [1]。然而這些檢驗再精密也無法直接將病灶定位出來，於是早在1982年，由法國國家太空研究中心（CNES）研發的第一台心血管都卜勒超音波便送上了蘇聯的禮炮 6 號太空站。
超音波成像擁有許多優勢，不像 X-ray、CT 有游離輻射，也不像 MRI 得考慮磁場干擾，其造價低廉、輕便、維護方便、耗電低等優點，讓國際太空站從 2002 年就安裝第一代由 Philips 推出的 HDI-5000，2011 年又更新至第二代 GE 的Vivid Q，迄今仍是診斷要角。然而，超音波的獨特困境是造影成效相當依賴操作者的即時判斷與技巧，而太空人通常沒有相關專業，如何有效實現由地球上醫師遠距引導或遙控，便是NASA持續努力的方向 [2]。其他挑戰主要來自微重力環境，會與地球上對形變、相對位置的認知有所出入，如出血、氣胸、肋膜積液、竇內發炎、泌尿結石等，仍需要更多實證研究以改良判讀標準。此外操作與受測者都要注意姿勢和事先固定，才能正確施力加壓。
奠基於 2012 年 NASA 推動的 ADUM 教育訓練計畫 [2]，運用超音波檢查航程中身體變化的研究如雨後春筍般開展。最具代表性的是 2017 年 Henry Ford Hospital 的縱貫式研究 [3]，驗證了一種脊椎掃描流程可用於調查太空人項背痠痛的成因。在遠端醫師引導下，太空人分別在航程第 30、90、150 天時執行掃描，腰椎成功率達 95％，頸椎成功率達 90％，捕捉到了逐漸嚴重的椎間盤脫水、膨出、骨刺生成等問題。
圖一：腰椎 L4–5 可見在航程中不同時間點的椎間盤膨出變化（圖片來源：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/jum.14438）
此外遠距操控的可行性也得到突破，2005 年起就有團隊嘗試遙控機器手臂操作超音波探頭 [4]，然而機器手臂笨重又占空間，且成本高昂，恐非最理想的方案。2018 年法國 CNES 則研發了遙控探頭 [5]，只需要太空人用雙手將探頭固定在指定位置，地球上的醫師就能在兩秒延遲內，自行旋轉探頭或調整前後傾角，還能切換都卜勒、彈性成像、3D 等模式，從而達到更豐富的資訊擷取。
圖二：CNES設計的遙控電子探頭與醫師遠端操作（圖片來源：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301562918302679）
今年九月底，NASA 公布了Artemis 重返月球計畫的最新內容[6]，預計在 2024 年載送一男一女登陸月球南極，執行長達一週的探勘任務，往後亦維持每年一次登月任務，以推進下一步登陸火星計畫；然而德國最新研究指出 [7]，月球表面上測得的每日輻射量高達 1.369 毫西弗，是地球表面的 200 倍，也是國際太空站的 2.6 倍，即便死於罹癌的風險尚不會超過法定 3%，任務期間的健康監測仍特別重要。地球與太空站的訊號延遲尚且可進行即時性的遠距引導或遙控，但到了月球、甚至火星或更遙遠的地外之處，遠距方法恐不再可行。假以時日，或許第三代太空超音波就會搭載AI輔助，成為自動化站內醫療的一環也說不定！
參考文獻：
[1] Parra M, Jung J, Boone TD, et al. Microgravity validation of a novel system for RNA isolation and multiplex quantitative real time PCR analysis of gene expression on the International Space Station. PLoS One. 2017;12(9):e0183480. Published 2017 Sep 6. doi:10.1371/journal.pone.0183480
[2] Rainey, K. (2015, May 27). Advanced Ultrasound for the Space Program and on Earth. Retrieved October 26, 2020, from https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/benefits/ultrasound.html
[3] Garcia KM, Harrison MF, Sargsyan AE, Ebert D, Dulchavsky SA. Real-time Ultrasound Assessment of Astronaut Spinal Anatomy and Disorders on the International Space Station. J Ultrasound Med. 2018 Apr;37(4):987-999. doi: 10.1002/jum.14438
[4] Arbeille P, Ruiz J, Herve P, Chevillot M, Poisson G, Perrotin F. Fetal tele-echography using a robotic arm and a satellite link. Ultrasound Obstet Gynecol. 2005 Sep;26(3):221-6. doi: 10.1002/uog.1987
[5] Arbeille P, Chaput D, Zuj K, Depriester A, Maillet A, Belbis O, Benarroche P, Barde S. Remote Echography between a Ground Control Center and the International Space Station Using a Tele-operated Echograph with Motorized Probe. Ultrasound Med Biol. 2018 Nov;44(11):2406-2412. doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2018.06.012
[6](n.d.). Retrieved from https://www.nasa.gov/artemisprogram
[7] Zhang S, Wimmer-Schweingruber RF, Yu J, et al. First measurements of the radiation dose on the lunar surface. Sci Adv. 2020;6(39):eaaz1334. Published 2020 Sep 25. doi:10.1126/sciadv.aaz1334
撰文｜鄭仕群
審稿｜吳冠廷
