▲罗塞塔号宇宙飞船使用光学、光谱和红外远程成像系统（OSIRIS）拍摄的火星自然彩色照片人类已经进化了数百万年，完全适应了火星的条件地球上的生命。但是今天，人类正在计划长期的太空任务，这迫使宇航员在太空中生活更长时间。NASA计划在2025年将人类送上小行星，并在2030年代将人类送上火星。其中，美国宇航局的“火星之旅”计划是历史上最长的载人航天任务，要求宇航员在太空环境中生活三年以上。虽然宇航员可以在短时间内适应太空条件，但长期的太空旅行仍会给人体带来各种压力。根据以往的经验，返回地球的宇航员往往会经历视力、平衡力、力量、协调性和血压等一系列变化。在地球上，人体肌肉自然地抵抗重力的影响。然而在太空环境中，肌肉会逐渐收缩，导致宇航员的肌肉含量迅速下降。在微重力环境下，宇航员通常会在六个月内失去高达50%的肌肉质量。此外，在太空环境中，矿物质的排泄速度比地球上快得多，导致人体骨密度每月下降1%。这样的情况，基本上相当于地球上老年人每年的骨质流失率。也就是说，宇航员有患骨质疏松症的风险，这可能导致骨折和过度脊柱后凸。骨质疏松症使宇航员跌倒的风险增加40%，髋部骨折的风险增加25%，死亡风险增加82%。因此，参与长时间太空飞行的宇航员需要直接反馈他们的肌肉质量和骨质量。NASA目前正在与太空健康转化研究所(TRISH)合作开发创新方法，让人类在太空中保持健康。TRISH是由贝勒医学院领导的技术联盟，参与者包括加州理工学院和麻省理工学院。该联盟正在使用一系列最先进的生物医学研究方法和“模拟环境到太空环境”模型，希望帮助宇航员找到可持续的太空生存方式。▲位于火奴鲁鲁夏威夷大学癌症中心的AI精准医学研究所。体型是所有原子变化的最终产物。因此，体型的变化可以说是体质下降最直观的预警信号。作为回应，AI-PHI研究人员正在研究体型信息如何反映力量、身体成分和血液生物标志物等健康标志物之间的相关性。3D光学模型可以准确估算人体的骨骼和肌肉成分，进而监测具体的体质下降风险等级。研究人员利用人工智能技术分析数据，整理出大量重要信息。ASTRO3DO研究的目标是开发出一套突破性的解决方案，帮助宇航员完成各种长期太空飞行计划，例如美国宇航局的“火星之旅”。该团队目前正在使用AI设计定制的3D光学扫描仪，以监测太空环境中宇航员身体成分的变化。该项目的目标是确定3D光学相机的最佳性能和空间应用可行性，以收集人体视图并准确分析身体成分。Shepherd博士计划利用他在美国国立卫生研究院(NIH)支持的“ShapeUp!Study”项目中获得的经验，进一步探索宇航员身体变化的奥秘。该团队将在太空舱内安装多个小型摄像头以收集数据。宇航员漂浮在太空中时，身体会自然旋转，因此摄像机可以轻松捕捉到他们的全身。使用3D扫描仪监测体型可以有效地提供与健康状况相关的有价值的反馈。更重要的是，3D扫描仪本身安全、便宜且易于使用。▲使用人工智能技术分析3D光学图像，以测量准确的身体成分，包括脂肪、肌肉和骨骼。ASTRO3DO研究团队还将开发一系列突破性的方法来改善人类在太空环境中的健康和机能，帮助宇航员在飞行过程中持续监测自身的骨骼和肌肉质量，从而有效延长探索的执行周期使命。事实上，经历过长途飞行返回的宇航员很可能会出现肌肉流失、精神萎靡等症状，甚至在火星上出现骨质疏松症，最终导致脊椎或髋部骨折和脊柱后凸。该研究将使用3D光学扫描和流体再分配来监测宇航员身体衰退的风险。目前的3DO模型可以准确估算人体骨骼和肌肉的比例，但在适应空间环境方面还欠缺经验。为了模拟空间条件，Shepherd团队将推动进一步研究，尝试使用硬件、算法和微重力模拟物来增强模型的性能，同时为微重力测试需求构建可行的模拟空间。航班。这项研究的长期目标是创造一种在太空中可行的装置和方法，以量化宇航员身体健康和骨折风险的变化。该项目的基本设想是利用反映人体成分的3DO模型来匹配太空舱内的硬件设计，最终解决太空条件给人体带来的健康挑战。▲来自AI-PHI、NASA和NCSF的ASTRO3DO研究团队成员本次研究的具体目标包括：通过模拟人体表征的分辨率、帧率、采集精度和对比度，确定3D光学相机在拍摄时的精度捕捉人体视图。最佳性能和空间环境可行性。探索并确定3DO在全身成分（肌肉、脂肪、脂肪百分比、BMD）、特定区域（内脏脂肪、皮下脂肪、腰椎BMD）和自动人体测量学（消除姿势影响、有限视野扫描）方面的准确性和分析等）性能和精度，并将结果与??标准方法（DXA与高分辨率3DO）进行比较。定义3DO身体成分和自动化人体测量解决方案的精度水平和上限，使用其他替代条件（姿势、姿态、反重力、反向启动）、浮力（水下）和微重力（蹦床顶点）来掌握空间环境对测量在微重力条件下构造和表征原型设计的性能。这项研究非常具有创新性，有望真正将航天员长期太空飞行条件下的健康保护纳入科研范畴。此外，相关方法也将适用于有类似身体变化的癌症患者。身体成分测量是癌症研究中一个相对较新的领域，可以帮助我们了解肥胖和身体姿势与癌症发展和结果之间的联系。ASTRO3DO研究的结果也将适用于癌症恶病质研究，从而帮助我们了解和预防癌症相关的肌肉流失，提高癌症患者的生活质量。正因为如此，Stepherd博士计划在夏威夷大学癌症中心对恶病质患者进行后续研究。除了在太空环境中为宇航员提供帮助外，世界各地的科学家们也在尝试利用人工智能等一系列先进技术探索监测健康状况的方法。也许有一天我们将能够修复与生物衰老过程相关的身体损失，甚至恢复老年人的免疫系统功能。这项研究将帮助人类安全地前往火星，同时也务实地帮助延长继续生活在地球上的人类的健康寿命。
