CPOD是一種新型的航天員飛行中生理指標的記錄和處理裝置。它也使用三種微型加速計來跟蹤人體活動。
基本介紹
- 中文名：線路
- 外文名：cpod
- 功能：生理指標的記錄和處理
- 用途：航天員飛行中
- 數據：人體的生物數據
簡介,監測太空人的運動,在航天中的套用,CPOD上天入海接受考驗,
簡介
你可能聽說過IPOD，那個蘋果公司出的大名鼎鼎的MP3播放器，那你聽說過CPOD嗎？CPOD可不是IPOD的兄弟，而是一種神通廣大的人體“黑匣子”。
飛機的“黑匣子”記錄的是關鍵的機械數據，CPOD記錄的則是人體的生物數據，像心跳的變化，血液中的含氧量，人體的移動速度等各種數據。
天上檢查身體很麻煩
如果有飛機出事，調查人員會趕緊檢查分析飛機的“黑匣子”，因為裡面記錄著飛機出事前的重要信息，能告訴專家出事原因。現在，美國科學家研究出來的CPOD，相當於人
體的“黑匣子”。 飛機的“黑匣子”記錄的是關鍵的機械數據，CPOD記錄的則是人體的生物數據，像心跳的變化，血液中的含氧量，人體的移動速度等各種數據。
首先，現有的檢查儀器個頭太大，而國際空間站、美國的太空梭或者俄羅斯的飛船，空間都很有限。而且要進行身體檢查，得用一堆線把太空人“捆”到儀器上才能進行。所以空間站雖然有些檢查設備，也只能在很有限的幾種情況下使用。比如太空衣上是有監測設備的，但只有出艙活動時才會套上太空衣。還有就是踩腳踏車鍛鍊時，不必走來走去，是可以連上一堆線的。
總之，現在的太空人們沒有一個使用方便、輕巧便攜的設備，既能全面檢查身體又不影響他們的日常工作與生活。而對於專家來說，必須有日常太空活動的數據，而且是連續的數據，才能讓他們真正了解微重力是如何影響人體的。光靠太空衣和腳踏車，遠遠不夠。
CPOD的出現改變了這一切。
直播太空人身體狀況
CPOD是真正的攜帶型檢測裝備。這個裝置非常小巧，個頭只相當於一個滑鼠，重約60克。最重要的是，無需把人“捆”在什麼儀器上，無需植入體內，只要把CPOD固定在腰部就可以了。被測者戴著這個小東西，幾乎沒什麼不適感，連睡覺也不會受影響，可以該乾什麼還乾什麼，自由自在地活動。
而現在臨床套用的攜帶型檢查設備，一般都只是適用臥床檢查，在病床邊移來移去倒是方便，但不能像CPOD這樣隨身攜帶。
CPOD雖然個兒小，但採集數據的速度非常快，只需要短短几分鐘，就能得到想要的。除了這個快速功能，它還有個跟蹤功能，能連續追蹤測試者在某段時間內的身體機能變化。跟蹤有兩種方式，一種是“現場直播”，將採集到的數據以無線方式即時傳送到其他裝置上，比如一台電腦。如果用這種辦法，地球上的醫生只要看看電腦，對於天上的太空人現在每分鐘心跳幾下和呼吸幾次，血壓多高體溫多少，馬上一清二楚。
還有一種相當於“錄播”，先把所有數據存在CPOD裡面，等到方便的時候一氣下載到別處。CPOD最多能儲存9小時的數據。
這樣的數據，對於研究人員來說，當然是無價的。在太空這樣的極端環境中，人體到底會有怎樣的反應？是如何適應環境的？有了這種小東西，就能密切監測太空人的身體，讓研究人員了解到更多更詳細的數據。這些數據，對於將來人類去月球甚至去火星，將是極其重要的。
監測太空人的運動
對於太空人來說，這樣的身體監測將讓他們更加安全。
身體狀況的某些變化，CPOD比太空人自己要敏感。某些小問題出現的時候，說不定太空人一無所知，而CPOD已經發出“滴滴”的警報聲了。
參與研製的NASA工程師穆特說：“我們在裝置里設了警報器。舉例來說，如果心跳超過了170下，CPOD就會滴滴叫，太空人則馬上知道，應該放鬆一點了。”
CPOD還相當聰明，上面裝有3個加速度計，能夠測量人在向不同方向運動時的加速度，以此來判斷主人的姿
態，是在跑步、轉圈還是在翻跟斗。
太空梭或太空站上沒有專職醫生，但有了CPOD，萬一有緊急情況也會好很多。它能在幾秒鐘內將關鍵數據輸送到地球上的醫生那裡，方便他們提供遠程診斷。
CPOD的數據傳送，是通過現在最流行的藍牙方式。只需一台筆記本電腦甚至一個PDA，就能看到太空人的健康數據，而且還是即時更新的。
而在現在的太空梭和太空站上，身體檢查和監測設備都不具備無線傳輸功能，它們得到的有限數據，大多是記錄在紙上的，必須要手動輸入到電腦里，才能傳送到地球上。
在航天中的套用
航天醫學家在進行研究時，要了解航天員飛行中體內主要生理指標的變化，通過分析這些指標的改變，才能知道航天活動對人究竟有什麼影響，也才能制定出有效的防護措施來保護航天活動中的航天員。
在早期的航天活動中，航天員的身上帶著一個類似醫院中檢查病人24小時心電的裝置，它可以記錄航天員飛行中心電、心率、血壓和呼吸的改變。這個裝置在航天醫學的研究中立了大功，它可以使研究者們了解到失重對人體到底有多大的影響，打消了一些人認為人不能在失重環境下長期生活的疑慮，並為航天醫學的研究提供了很多寶貴的數據。這種裝置可以使航天醫生及時地了解航天員飛行中的變化，對航天員的健康狀態作出及時的判斷，保證了航天員飛行中的健康和安全。但這種裝置也有它的缺陷，如體積比較大，戴在身上不方便；記錄的指標有限，除了上述的四個指標外，不能派其他用處；沒有軟體分析系統，只能將收集到的數據帶回地面，或通過遙測方法發回地面進行分析。因此，研製一種新型的航天員飛行中的生理指標的記錄和處理裝置迫在眉睫。
美國宇航局天體仿生學技術項目的負責人約翰?黑尼斯第一個提出研製CPOD的構想，他希望能更方便地監視太空中航天員的生理信息。在史丹福大學格雷格?克瓦克斯教授和美國宇航局的工程師卡斯登?姆蒂克、凱文?茂特高茅的領導下，現在已經研製出一種可以記錄和分析飛行中航天員生理變化的CPOD裝置，它與飛機上的黑匣子很相似。CPOD主要用於監測航天員的心臟功能、血壓、呼吸、體溫和血液含氧量，它也使用三種微型加速計來跟蹤人的活動。例如，它可以判斷航天員是在奔跑、旋轉還是摔倒。
CPOD是一種多功能、小巧玲瓏、易攜帶的裝置。一個CPOD大約只有滑鼠大小，可以佩帶在腰間（圖1）。睡覺的時候也可以戴著它，不會影響睡眠。記錄生理指標時，感測器的電極不需要植入人體，也不需要與其他設備相連，就可以記錄指標的變化。重要的是航天員進行日常工作的時候並不影響記錄，仍可以得出準確的數據。在航天員返回後，CPOD仍然可以採集著陸後8小時內的數據。另外，它可以及時地將數據無線地傳遞給其他設備。如果將它裡面的感測器更換一下，還可以記錄到研究者所需要的其他參數，所以CPOD用途很廣。
圖1：佩帶在腰間的CPOD
航天中記錄到的這些數據對於研究人員了解人體是如何適應太空環境來說是無價之寶。CPOD所得到的圖像十分清晰、及時，CPOD可以在航天員健康出現問題之前就發現徵兆。美國宇航局的工程師卡斯登?姆蒂克說：“我們在裝置中安裝了報警系統，如果心率超過170次/分時，CPOD將發出嘟嘟聲，這樣航天員就知道應該怎樣做了。”例如，在進行體育鍛鍊時，如果心率達到170次/分，說明這個運動負荷已經很大了，再跑下去可能對健康不利。聽到CPOD的警報，航天員就可以中止運動，休息一下。在出現緊急情況的時候，CPOD將在幾秒內發出信號，並將信息傳遞到地面控制中心，地面醫生將會採取相應措施。如果航天員飛行中出現不正常、有危險的心電圖變化，航天醫生就要分析是什麼原因引起的，指導航天員在太空中用藥，或者派飛船將航天員接回地面治療。
由於CPOD具有這么多的優點，它不僅可以用於太空中，也可以套用到地球上。例如，將CPOD套用到事故現場，急診醫師可以很快了解受傷者的身體情況，做出相應的治療；將CPOD用到消防中，CPOD就能監視救火戰士血液中的含氧量；將CPOD用到臨床，內科醫生可以跟蹤手術或吃藥後病人的反應，及時做出治療方案；使用CPOD也可以了解潛水員身體情況和登山運動員競技水平發揮的情況；CPOD還可以幫助監測大氣污染情況等。在最近一次對位於智利Licancabur火山上的湖泊探險時就用到它。這個在海拔17，700英尺上的湖泊是世界最高的湖泊之一，潛水員佩帶CPOD，測量到的數據通過衛星傳到史丹福大學（圖2）。
圖2 潛水員戴著CPOD在火山湖泊中探險
為了將CPOD套用到太空中，除了要檢測它在地面各種條件下性能可靠與否外，還要檢測它在失重情況下的性能。在地面上，只能在失重飛機上進行這種試驗，具體實施是在美國航天局的失重飛機KC-135上進行的，KC-135在拋物線飛行時，可以產生30秒鐘的失重，實驗的結果令人很滿意。下一步史丹福大學的格雷格?克瓦克斯教授及其同事準備將此裝置作進一步改進，加入數據處理軟體，以對CPOD收集的數據進行處理，幫助研究者做出診斷。它可以將一些生理指標綜合分析，找出它們之間的關係。例如，當一個人的心率突然增加了，軟體可以與他的狀態（是在運動，還是安靜地呆在那裡）連線起來。不同的狀態將影響CPOD做出準確的判斷。例如，當一個人在運動時，心率達到150次/分是正常的，但如果他在安靜狀態下達到此心率就是病態了。只有與被測者的狀態聯繫起來，CPOD才能作出準確的判斷。
不久的將來，CPOD就要為國際空間站上的航天員服務了。
CPOD上天入海接受考驗
儘管CPOD有說不完的好處，但它現在仍是個新生兒，工作範圍只限於實驗室。研究人員正在仿太空環境中對CPOD進行各種性能測試，希望能在一兩年內把它正式送上天。
為此，CPOD接受了上天入海的測試。先是去“寶瓶宮”的太空人，戴著CPOD一起執行任務和進行鍛鍊。
寶瓶宮是NASA重要的太空人訓練基地，建在9米深的海底。進出寶瓶宮都不容易，太空人必須像上天前那樣做好各種準備；背著設備潛水，則可以模擬穿著太空衣太空行走。因此對太空人來說，寶瓶宮和太空站的環境非常像。對於CPOD，寶瓶宮和太空站最大的相似之處，是兩者都是“金屬罐子”。在這個海底“金屬罐子”里，用無線方式傳輸數據時，會有很多反射和干涉，情形和太空站差不多。因此，研究人員在這裡測試過CPOD藍牙傳輸方式的可靠性，並且找到了許多改進的辦法。
CPOD還在NASA的訓練飛機KC-135上接受測試。那架飛機以高陡拋物線的路線飛行，以此讓乘客達到30秒的失重狀態。通過對兩名使用CPOD的太空人的監測，NASA才開始真正了解微重力的加速對人體的影響，因為在以前，從未在失重環境下進行過這樣全面且連續的數據測量。
CPOD還經過探險者的考驗。智利的利肯卡布爾湖位於海拔5300米處，是世界上最高的湖之一，在一次對這個火山湖的考察中，幾個探險者的身體健康狀況就是用CPOD來監測的。它通過衛星，將數據傳送到NASA和史丹福大學的研究中心，遠在大洋彼岸的醫療專家就能即時看到探險者的健康狀況。
能量血壓還能量氣壓
研究者的下一步工作，是給這個小東西加軟體，讓它變得更聰明，不僅要能收集海量信息，還能通過分析識別出信息之間的相互關係。例如，測試者的心跳突然加快了，軟體要能把心跳加快這件事和正在進行的情況聯繫起來：這人是因為鍛鍊而導致心跳加快，還是坐著一動不動時突然變快？如此一來，它就能更好地幫助醫務人員進行診斷。
測量心率、血壓、呼吸、體溫和血液里的含氧量，是CPOD最典型的功能，但只要稍加改裝，它就簡直能無所不測。
現有的任何一種感應器，幾乎都可以插到CPOD上面去。所以，只要添加了相應感應器，CPOD既能測血壓，也能測周圍環境的氣壓；既能測人體血液里的含氧量，又能測周圍大氣各種組成氣體的濃度……
有這些本領，CPOD除了能在征服太空的路上大顯身手，在地球上也大有用武之地。
比如救災。在火場，CPOD能監控消防員血液里的含氧量，以減少窒息的危險；在事故現場，它能迅速採集到傷者的身體狀況信息，讓傷者得到更好的急救。這個性能也適用於戰場上的傷兵。
在醫學上，醫生可以用它的跟蹤功能，追蹤病人對某種治療方法或藥物的反應，提高對症下藥的水平。CPOD即時傳輸數據的能力，可以讓醫生進行遠程診斷。這樣偏遠地區求醫不便的病人，也能得到近乎現場的治療和看護指導。
潛水員和登山運動員，可以利用這個小東西來確定自己的體能狀況，能更好地發揮自己的水平。甚至還可以用CPOD來監控環境中污染物的水平。
這真是一個令人難以置信的超級多面手。所以，哈佛大學主持CPOD研究的克瓦克稱讚這個小東西：“它是一個大傢伙，真正的大傢伙。”它的“心”還在變大，正在研製中的新版CPOD，將增加GPS全球定位、海拔高度記錄等功能，還要嘗試不同無線輸入/輸出方式，以適應各種不同的環境。
