宇宙初の軌道上X線撮影に成功、地上と同等の画質を実証――民間宇宙飛行「Fram2」の査読付き研究成果が発表
2026年7月17日 13:35
宇宙医学において40年以上にわたり続いていた「軌道上では超音波検査しか使えない」という制約が、ついに解消される見通しとなった。2026年7月14日付の学術誌『Radiology』に掲載された査読付き論文によると、SpaceXの民間宇宙飛行ミッション「Fram2」において、市販のポータブルX線システムを用いた軌道上での撮影に世界で初めて成功した。独立した放射線科医による評価では、宇宙で撮影された画像は地上で撮影されたものと画質において統計的な差がないことが確認されている。
■超音波検査だけでは不十分だった理由
これまで宇宙医学において、唯一の画像診断ツールとして超音波（エコー）検査が採用されてきた。これは超音波が理想的だからではなく、微小重力下で動作し、宇宙船の医療キットに収まる唯一のポータブル技術だったからである。超音波はプローブを皮膚に直接押し当てて使用するため、周囲のものが浮遊する環境でも固定して検査できるという利点があった。
しかし、北米放射線学会（RSNA）のプレスリリースが指摘するように、超音波検査には大きな限界がある。操作や画像の解釈には高度な訓練が必要であり、骨の異常や特定の肺疾患、気体や空気の溜まりを伴う内部損傷の診断は極めて難しい。骨折、気胸、異物の誤飲、特定の心臓や腹部の疾患など、地上でX線撮影が標準治療とされている症例において、超音波はあくまで推測の域を出ない。
Mayo Clinicの宇宙医学助教授であり、本研究を率いたシーナ・ギフォード（Sheyna Gifford）博士は、ScienceAlertに対し次のように語っている。「熟練した技術者が時間をかけて入念に検査すれば、超音波でも一部の怪我や病気の一部をある程度の精度で検出できることはあります。しかし、X線であれば、骨折の有無をわずか数秒で確定または排除できます」
先行研究（Pohlen et al. 2024）によると、NASAが定義する探査クラスのミッションにおける高リスク医療状態のうち、最大22%において、X線撮影が超音波よりも優れた診断・管理能力を提供することが示されている。地球に近い低軌道での短期間のミッションであれば、緊急帰還（医療搬送）が理論上可能なため、超音波のみという制約も許容されてきた。しかし、ミッションの期間と距離が延びるにつれ、この制約は深刻な課題となる。
■民間宇宙飛行ミッション「Fram2」での挑戦
論文のメソッドセクションによると、Fram2ミッションは2025年3月31日にケネディ宇宙センターからSpaceXのFalcon 9ロケットで打ち上げられた。クルードラゴン「レジリエンス」に搭乗した4人の民間クルーは、高度425〜450キロメートルの軌道傾斜角90度の極軌道に到達し、人類史上初の有人極軌道飛行を達成した。ミッションの資金は、マルタの暗号資産起業家であるチャン・ワン（Chun Wang）コマンダーが提供。他に、ノルウェーの映画監督ヤニケ・ミケルセン（Jannicke Mikkelsen）ビークルコマンダー、ドイツのロボット工学研究者ラベア・ロゲ（Rabea Rogge）パイロット、オーストラリアの極地探査家エリック・フィリップス（Eric Philips）ミッションスペシャリストが搭乗した。
ミッションは3日と14時間続き、2025年4月4日にカリフォルニア州オーシャンサイド沖の太平洋に着水した。この間、クルーは22の科学実験を実施。その中には、同誌に掲載された「SpaceXray：軌道上医療放射線撮影の実現可能性と診断能力（SpaceXray: Feasibility and Diagnostic Capabilities of On-Orbit Medical Radiography）」と題されたX線研究が含まれていた。
4人のクルーのうち3人がこの研究に参加した。RSNAのプレスリリースによると、打ち上げ前にクルーはSpaceXの担当者から2回にわたり計約4時間のハンズオン訓練を受けた。その後、SpaceXの施設およびヒューストン・メソジスト病院にて、手、前腕、腹部、骨盤、胸部の事前撮影を行い、基準となる画像を取得した。
軌道上に到達後、研究に参加した3人のうち2人が実際に撮影を行った。地球からのリアルタイムの支援を受けることなく、キャリブレーション用のファントム（模型）や、非破壊検査（NDT）の対象としてGarminのスマートウォッチ「Fenix 7」、そして複数の身体部位の撮影に成功した。撮影されたすべての画像は即座に船内のコンピュータに送信され、クルーによって確認された。
■市販のハードウェアが解決した「65年の課題」
使用されたシステムは、宇宙専用に開発されたものではない。RSNAのプレスリリースによると、X線発生器には、世界中のスポーツイベントや野外病院、遠隔地の診療所で既に導入されている、FDA（米国食品医薬品局）承認済みのバッテリー駆動式ワイヤレス超ポータブル装置「MinXray Impact Wireless」が使用された。検出器には、1回の照射でシングルエキスポージャ・スペクトル・デュアルエナジー・サブトラクション（1回照射での2エネルギー差分撮影）が可能なKA Imaging社製のフラットパネルディテクター「Reveal 35C」が採用された。
打ち上げ前、SpaceXのエンジニアらは両コンポーネントに対し、振動、温度サイクル、高度シミュレーション（真空曝露）、電磁干渉、外部短絡試験など、宇宙飛行適合性を評価する厳格な試験を実施し、いずれも合格した。
この実験を支えた物理学的なアプローチは極めてシンプルだった。地上の病院では、X線源、患者、検出器の位置関係が固定されている必要がある。しかし微小重力下では、これら3つすべてが浮遊してしまう。ギフォード博士がScienceAlertに説明した解決策は、位置決めを厳密に行うことではなく、位置ズレの影響を排除することだった。「何十年もの間、科学者たちは自由度が多すぎるために画像がブレてしまうと考え、宇宙でのX線撮影を敬遠してきました。私たちの解決策は、極めて高速に撮影することでした」
デジタルのフラットパネル検出器は、ミリ秒単位で画像をキャプチャできる。これにより、光源、被写体、検出器の間の動きによるブレが発生する前に撮影を完了させることが可能となった。これはフィルム式のシステムでは不可能な、ポータブルデジタルX線技術ならではの工学的ブレイクスルーである。
■骨密度の測定も可能に――長期滞在時の健康管理への応用
使用された「KA Imaging Reveal 35C」は、単なる標準的なフラットパネル検出器ではない。1回のX線パルスから軟部組織画像と骨画像の2つの異なる画像を生成できる。このデュアルエナジー技術により、地上で専用のDXA（二重エネルギーX線吸収測定法）骨密度スキャナーが測定するのと同様に、面積骨鉱量密度（aBMD）の定量化が可能となる。
これは宇宙飛行において極めて重要な意味を持つ。微小重力環境は、特に脊椎や下肢において測定可能なレベルの骨量減少を引き起こす。国際宇宙ステーション（ISS）などの長期ミッションでは、この骨減少を追跡し、対策を調整するために骨密度のモニタリングが不可欠である。今回のSpaceXrayシステムおよびFram2での研究は、aBMDモニタリングを副次的かつ明確な研究目標として設計・実施された。aBMDデータの詳細な分析は現在も進行中であり、今回の論文には含まれていないが、検出器がこの用途において期待通りに動作したことが確認されている。
つまり、Fram2で検証されたシステムは、緊急時の診断ツールにとどまらず、ミッション進行中に骨減少を追跡できる継続的な健康モニタリング装置としても機能することを示している。これは超音波検査では不可能な領域である。
■放射線科医による評価結果
ミッション終了後、事前撮影、軌道上撮影、事後撮影のすべての画像は数値でタグ付けされ、匿名化およびランダム化された上で、6〜10年の経験を持つ腹部または筋骨格系画像診断の専門医3人によって独立してレビューされた。評価者は、どの画像が軌道上で撮影されたものかを知らされないブラインドテスト形式で評価を行った。
論文のデータによると、軌道上と事前（地上）のX線画像の間で、総合的な画質（平均スコア4.90対5.00、p > .99）、空間分解能（p = .46）、コントラスト分解能（p = .46）において統計的な有意差は見られなかった。すべての画像が5点満点中4点以上を獲得し、診断に十分な「良好」から「極めて優秀」の範囲に収まった。
評価者間の信頼性も極めて高く（Gwet AC2 = 0.97）、3人の放射線科医の評価が非常に一致しており、特定の読影者の好みに左右されていないことが示された。
唯一、軌道上での撮影が地上に劣ったのは、胸部、腹部、骨盤などの体幹部のポジショニング（位置決め）だった。体幹部のポジショニングスコアは、地上の4.95から軌道上では4.07に低下した（p = .02）。一方で、手や前腕などの四肢の画像は、軌道上でも満点の5.00を記録した。体幹部におけるポジショニングの低下は、限られた宇宙船のスペース内で、浮遊する患者、浮遊する検出器、浮遊する発生器を同時にコントロールすることの難しさを反映しており、著者らが今後の課題として挙げている最大の工学的ハードルである。
研究に参加した3人のクルー全員が、アンケートにおいてX線システムとプロトコルは「使いやすかった」と回答した。事後のアンケートでは、発生器と検出器を固定された表面に取り付けるための専用クランプの導入と、ワークフローをさらに簡素化するための段階的なプロトコルラベルの追加という2つの改善点が具体的に要望された。
■ハードウェアの非破壊検査ツールとしての可能性
今回の研究における予期せぬ収穫の一つは、Garminのスマートウォッチを用いた実験から得られた。クルーが非破壊検査（NDT）プロトコルの一環としてスマートウォッチをX線撮影したところ、軌道上の画像でサブミリメートルスケールの内部コンポーネントが鮮明に解像された。これは、1インチあたり最大80ラインの空間分解能を示した打ち上げ前のファントムテストに匹敵する精度である。
ギフォード博士はRSNAのプレスリリースで、「分解することなくこれらの物体の内部を確認する唯一の方法は、X線撮影を行うことです。宇宙飛行に対応した放射線撮影システムは、クルーの健康管理だけでなく、ミッションに不可欠な非医療的タスクにも大きな影響を与えるでしょう」と述べている。
地上では、X線を用いた産業用非破壊検査は航空、原子力、電子機器製造において標準的な手法だが、これまで軌道上では利用できなかった。今回の結果は、宇宙服の完全性検査から、宇宙空間で製造された部品の評価、さらには軌道上の人工衛星の損傷評価にいたるまで、分解を伴わない多様な応用が可能であることを示唆している。
■月・火星探査における重要性
短期的には、将来の低軌道宇宙ステーションや民間拠点で、医師や専門の技術者を必要とせずに、2つ目の画像診断手段を確保できるようになる。医療のバックグラウンドを持たない民間人であっても、わずか4時間の訓練で十分に対応可能であることが実証されたためである。
長期的には、この成果はさらに重要な意味を持つ。火星往復ミッションは片道6〜9か月を要し、通信遅延は片道最大24分に達し、途中で地球へ緊急帰還する選択肢はない。ISSでの医療緊急事態であれば、地上からのリアルタイムのサポートを受け、数時間以内に帰還することも可能だが、火星ミッションでは、光速による通信遅延がある中で、クルー自身が自律的に診断と治療を行わなければならない。
このような状況において、X線検査が利用できないことは単なる不便ではなく、画像診断を必要とするあらゆる医療事態においてミッションの継続性を脅かす制約となっていた。ギフォード博士はRSNAのプレスリリースで、「人類が宇宙に持続的に存在するためには、クルーの健康管理だけでなく、電子機器や宇宙服などのミッションコンポーネントにとってもX線は不可欠です」と強調している。
論文の著者らは、次の技術的要件として、システムのさらなる小型化（ギフォード博士は、地上ではコンパクトであっても宇宙の基準ではまだ「巨大」であると指摘している）、宇宙船外の検査を可能にするための真空対応化、そして放射線科医が通信できない状況でもクルーの診断を支援できるAI画像解釈ツールの統合を挙げている。
■今後の展望
今回のSpaceXray研究は実現可能性の実証であり、臨床展開ではない。Fram2のミッション中に、軌道上でのX線診断を必要とする医療緊急事態は発生しなかった。しかし、この研究によって、ハードウェアが動作すること、最小限の訓練を受けた非医師が操作できること、画質が診断基準を満たしていること、そして宇宙環境に耐えうる（発生器の外装が曲がるほどの激しい着水後も、内部コンポーネントや出力に影響がなかった）ことが証明された。
著者らは今後のステップとして、急性疾患や身体が動かせない患者のための標準化された検査プロトコルの策定（現在のプロトコルは健康で動けるクルーのみで検証されたため）、発生器と検出器を固定するための専用クランプ機構の開発、そして軌道上での画像診断に関する臨床ガイドラインを確立するためのさらなる前向き研究を求めている。なお、Fram2で収集された骨密度データは現在も分析中であり、後日別途発表される予定である。
ギフォード博士はRSNAのプレスリリースで、「ポータブル画像診断システムのさらなる小型化、堅牢性の向上、使いやすさの改善を進め、将来のミッションに搭載されることを望んでいます」と期待を寄せている。
宇宙空間において画像診断が超音波のみに限られていた時代が終わり、軌道上医療は新たな一歩を踏み出した。
■注目ポイントQ&A
●なぜ宇宙でのX線撮影の実現にこれほど長い時間がかかったのですか？
従来のX線装置は、撮影中にX線源、患者、検出器の位置関係を厳密に固定する必要がありました。これは地上の病院では容易ですが、すべてが独立して浮遊する微小重力環境では極めて困難です。また、わずかな位置ズレでも画像がブレて診断に使えなくなると考えられていました。しかし、現代のポータブルデジタルフラットパネル検出器はミリ秒単位での高速撮影が可能なため、位置ズレが問題になる前に撮影を完了できます。物理的な限界ではなく、バッテリー駆動でキャリーケースに収まるほどのシステム小型化という、ハードウェアの成熟を待つ必要があったためです。
●国際宇宙ステーション（ISS）で今すぐX線撮影を使用できますか？
今回のFram2での研究は実現可能性を実証した段階であり、実戦配備されたわけではありません。研究チームは、ミッションに本格導入する前に、発生器と検出器を固定する堅牢なクランプシステム、地上とリアルタイム通信ができない場合のためのAI画像解釈支援ツール、動けない患者向けのプロトコル策定、さらなる小型化などの開発ステップを推奨しています。また、今回の着水時に検出器の外観に軽微な損傷が生じたため、長期ミッションや船外検査での使用には真空対応の強化も必要とされています。
●月や火星の探査ミッションにおいて、この成果は具体的にどのような意味を持ちますか？
月ミッションでは地球との通信遅延が約1.3秒と短く、緊急帰還も理論上は可能ですが、火星ミッションではどちらも不可能です。最大24分の通信遅延があるためリアルタイムの地上支援は受けられず、帰還には数か月を要します。そのため、火星探査では地上と同等の診断能力を自律的に備える必要があります。今回の成果は、骨折や肺疾患、内部損傷など、超音波よりもX線が圧倒的に優れた情報を提供できる医療領域のギャップを埋めるものです。さらに、宇宙服や電子機器などの非破壊検査を分解せずに行えることも実証されました。
●X線撮影は怪我の治療だけでなく、宇宙飛行士の骨量減少の追跡にも使えますか？
はい、使えます。Fram2で使用された検出器「Reveal 35C」は、1回の照射で骨と軟部組織を分けて画像化できるデュアルエナジー技術を搭載しています。これにより、地上の専用装置と同様に面積骨鉱量密度（aBMD）を測定できます。微小重力下での骨量減少は長期宇宙滞在における重大な課題であり、ミッション中のモニタリングが求められていました。Fram2で収集されたクルーの骨密度データは現在分析中ですが、これが実証されれば、1台の市販ポータブル装置で「緊急診断」と「日常的な骨健康モニタリング」の両方に対応可能になります。
元記事: First Human X-Rays in Orbit Match Earth Quality in Peer-Reviewed Fram2 Study