Velkommen til foredraget: Intelligente danske strømper holder øje med astronauternes sundhed

Transkript

1 Velkommen til foredraget: Intelligente danske strømper holder øje med astronauternes sundhed Christian Dalsgaard, Ohmatex Lonnie Petersen, Københavns Universitet 1

2 Rumfysiologi og hvad der sker på rumstationen lige nu Teknologi bag astronaut strømpen 2009 udgave Version 2 Demonstration af pletysmografi Spørgsmål og kommentarer fra publikum 2

3 1 Rum fysiologi Lonnie Petersen, læge 3

4 SPACE Alle organsystemer, alle aspekter af fysiologien påvirkes: Vægtløshed Balance-center, hjerte/kredsløb Muskler, knogler, mave-tarm system, immunforsvaret, osv. Stråling selv i LEO (Mars; mSv) Psykologiske aspekter 4

5 VÆSKEFORSKYDNING Vægtløshed og hjertekredsløb Væskeforskydning under tyngdestress Væskeforskydning i vægtløshed Interstitiel væske / ødem Ny ligevægt - dynamisk (Bird-legs) Re-entry; ortostatisk intolerance Multi-faktoriel: Blodvolumen, reflekser, blodkar, muskler, hjerne funktion osv. Mere forskning påkrævet 5

6 MUSKLERNE Un-loading af vægtbærende muskler Atrofi og ændret ødem-balance Nedsat volumen i ben Træning og musklernes blodforsyning 6

7 EXERCISE Countermeasures Aerobiske and restriktive Tidskrævende Effekt? Blod volumen forskydning? Forståelse er forudsætning Foto: NASA 7

8 MARES Central vs perifer muskel kontrol Columbus-modul på ISS har et torturinstrument Andreas skal samle MARES og bliver den første, som skal anvende udstyret i rummet Ny viden om sammenspil mellem muskler og hjerne under vægtløshed. 8

9 ISS LIGE NU Andreas Mogensen s opgaver: Opgaver af teknisk art: Teste simulations programmer, live kommunikation og remote guidance fra Jorden til rummet og tilbage til jorden (Eurobot & Interact). Cube-sat og undervisning Biologiske systemer: Filtrering af spildevand vha. aquaporiner (AquaMembrane) og biologisk gen-anvendelse (Melissa) Fysiologiske opgaver: Både i petri-skåle (Endothelceller) og med sig selv som forsøgskanin (Skin Suit, hovedpine, registrering af hjernens signal håndtering og måling af stråling) Træning både for sig selv og for videnskaben (MARES, muskel biopsier og Dansk trådløs puls-monitorering) 9

10 RUMMET SOM LABORATORIUM Fra jorden til rummet og tilbage igen Ny forståelse af knogle-omsætning (osteoporose) Ny forståelse af muskel omsætning (træning og atrofi) Hjerte og kredsløb (model for aldring) Gen anvendelse af vand, luft. mad osv. Nye anvendelser af ultralyd og tele medicin. 10

11 Christian Dalsgaaard, Founder & Chief Technology Officer 2 Ohmatex i rummet 11

12 24 gram på den Internationale Rumstation er en god begyndelse Som led i NASA s forskningsprojekt Brain Drain bar den italienske astronaut Samantha Cristoforetti en særlig halskrave til at måle blodgennemstrømning fra hjertet til hjernen under vægtløs tilstand Den plethysmografiske halskrave opdager vi består af en Danfoss Polypower stræksensor med Ohmatex tekstil kabel og stik. Vores første produkt på ISS er således en tilfældighed. 12

13 Samantha Cristoforetti REKORDEN FOR DET LÆNGSTE RUMOPHOLD FOR EN KVINDE Stræksensor med Ohmatex tekstil kabel. Teknologien blev anvendt af ESA astronaut Samantha Cristoforetti til måling af blodgennemstrømning fra hjertet til hjernen på ISS mission Futura i februar 2015 Danfoss PolyPower med Ohmatex konnektering ISS forsøg er det flotteste kvalitetsstempel for virksomheder 13

14 Danfoss Polypower Stretchable sensor Ohmatex cable and connector Instrumentering Principal Investigator(s) Paolo Zamboni, MD, Centro Malattie Vascolari, Italy Developer(s) University of Ferrara, Ferrara, Italy 14

15 3 Astronaut strømpen 15

16 16 Non invasive muscle activity monitor LET SME ( ): TRL3 ( Proof-of-concept ) Teknologi koncept afprøvet Demonstration af EMG and NIRS løsning GSTP ( ): TRL6 (Demonstration af system i relevante omgivelser) Modning af EMG og NIRS målesystemet Udvikling af plethysmografi sensor Kombiner de 3 teknologierne i én strømpe (buks) Valider systemet og afprøve det på astronautcenteret i Køln Afprøvning: TRL8 (Klar til ISS) Optimimering af design Mulig integration with skinsuit Test and validering i space environment (parabol flyvninger etc.) ESA flight qualification af alle materialer, komponenter, elektronik og software TRL: Technology Readiness Level: 1 (basic) -9 (flight proven)

17 Muskelforbrænding kan ikke måles alene med Nær Infrarød Spektroskopi (NIRS) og Elektromyografi (EMG) 17

18 Som vi forestillede os strømpen ESA nyheder spredes hurtigt Som arabiske medier gengav det 18

19 Rumfarts udvikling OHMATEX KOMPETENCER PROJEKT STYRING R&D INNOVATION MÅLETEKNIK SENSORER KREDSLØB, PCB OG SOFTWARE INDSTØBNING KOMMERCIEL SPIN-OFF SAMARBEJDEDE TEAM ANSØGNING & KONTRAKT FYSIOLOGI ELEKTRONIK OG SENSORER TEKSTIL INTEGRATION VALIDERING PARTNER BIDRAG EVIDENS FORSKNING SIKKERHED & RUM FYSIOLOGI KONFEKTIONERING TEST CERTIFICERING FORMIDLING 19

20 4 Version 2 af strømpen 20

21 Non invasive muscle activity monitor 2 EMG Muskelarbejde NIRS Muskelatrofi Pletysmografi: Væskeforskydning Overvåger akkumuleret EMG signal I forhold til normaliseret daglig bevægelse Overvåger iltoptag i musklen I forhold til standardiserede træningsøvelser Overvåger benvolume (pingvin syndrom)

22 EMG Detection electrodes m 1 + n m 2 + n Reference electrode + _ EMG Signal (m 1 + n) (m 2 + n) 22

23 MUSKEL AKTIVITET Studier af muskelaktivitet på Jorden danner grundlag for hvor meget astronauter skal træne, idet vi antager at akkumuleret EMG på en træningssession skal svare til en normal dag på Jorden *)Tikkanen O, Haakana P, Pesola AJ, Häkkinen K, Rantalainen T, et al. (2013) Muscle Activity and Inactivity Periods during Normal Daily Life. 23

24 NIRS Lambert Beers law I = I 0 exp ε λ c L Slope of the detected light intensity Detection probe Increase of the amount of hemoglobin 24

25 HÆMOGLOBIN (Lys absorption) (Oy Hb) (Deoxy Hb) 25

26 ILT MÅLING Relation between Red and Near Infrared light intensity Increase of the amount of O 2 Hb 26

27 INDEX 27

28 Iltmætning af muskel (Saturation of the muscle or Tissue Oxygenation Index) TOI % = SmO 2 % = O 2 Hb O 2 Hb + HHb Af-iltet hæmoglobin (HHb) Iltet hæmglobing (O 2 Hb) 28

29 ILT TILFØRSEL UNDER TRÆNING SmO 2 (%) SmO 2 (%) torque (Nm) torque (Nm) Veltrænet astronaut Astronaut med begynde atrofi SmO 2slope -20 SmO 2slope SmO 2min -60 SmO 2min -60 Måling af SmO 2slope og SmO 2min kan anvendes til at identificere muskelatrofi (muskelmasse) meget tidlig. 29

30 PLETYSMOGRAFI C n+2 C 2 r 2 C n+1 h Volume V C n r 1 C 3 C 1 V= 1 3 π h r r r 1 r 2 C 2 C 1 r 1 = C 1 2 π ; r 2 = C 2 2 π V = 1 12 π h C C C 1 C 2 V n = 1 12 π h n C 2 2 n + C n+1 + C n C n+1 V leg = leg V n 30

31 PINGVIN SYNDROM På jorden 1G Den første tid i rummet Efter tilpasning til vægtløshed Ankomst til jorden Måling af benvolume (pletysmografi) kan anvendes både til at kontrollere muskelatrofi, men det er også et værktøj til at overvåge væskeforskydning for dermed at imødegå det såkaldte pingvin syndrom. 31

32 PLET SENSOR Foto: StretchSense 32

33 S Muscle activity - EMG Left Right Leg volume Left cm 3 Right cm 3 Max Squat TEST RESULTS How I feel today? Calculated Muscle Mass (Legs) Pre-Mission: 100% 1st. ISS: 95% Today: 92% Select data output: EMGrms #1 EMGrms #2 NIRS #1 NIRS #2 Limb circumference #2 Limb circumference #4 Training & Test data Set time: Test history Load Training or Test Compare sessions Astronaut skærm Kontrolrum for inspiration only