iPhone се превръща в медицинско устройство за изображения

Екип от изследователи от Калифорнийския университет, Дейвис превърна всекидневните айфони в устройства за изобразяване и химическо откриване с медицинско качество. С добавъчни материали, които струват приблизително толкова, колкото и типичното приложение, смартфоните, които са излезли от употреба, са в състояние да използват засилените си сетива за извършване на подробна микроскопия и спектроскопия.

Екипът ще представи своите открития на годишната среща на Оптическото общество (OSA) в Сан Хосе, Калифорния на 16-20 октомври 2011 г.

Снимки на захарен кристал, направени чрез поляризирани светлинни филтри. Отляво: традиционен микроскоп. Вдясно: микроскоп за мобилен телефон. Чрез OSA

Подобрените телефони могат да помогнат на лекарите и медицинските сестри да диагностицират кръвни заболявания в развиващите се страни, където много болници и селски клиники имат ограничен достъп до лаборатории. Модифицираните телефони също могат да предават данни в реално време на колеги по целия свят за допълнителен анализ.

Себастиан Ваксман-Хогиу, водещ автор на изследването, каза:

Полевите работници биха могли да поставят кръвна проба на слайд, да направят снимка и да я изпратят на специалисти за анализ.

Групата не е първата, която изгради микроскоп за смартфон. Wachsmann-Hogiu каза:

Но решихме, че можем да направим нещо по-просто и по-евтино.

Оцветени проби от цветен прашец (вляво изображения) и стъбла на растението (две десни изображения) Горния ред: търговски микроскоп. Долен ред: микроскоп за мобилен телефон. Чрез OSA

Първият му опит отне простотата твърде далеч:

Започнахме с капка вода върху обектива на камерата. Водата образува менискус, а извитата й повърхност действа като лупа. Работи добре, но водата се изпари твърде бързо.

Тогава екипът се насочи към топките лещи. Това са фино смлени стъклени сфери, които действат като лупи с ниско захранване. Екипът използва топка леща с диаметър 1 милиметър, която струва $ 30-40 USD в техния прототип, като отбелязва, че масово произвежданите лещи могат да намалят цената.

За да изгради обектива на микроскопа, Kaiqin Chu, докторски изследовател в областта на оптиката, вкара топка леща в дупка в гумен лист, след което просто залепи листа върху камерата на смартфона.

Микроскопът на iPhone се състои от сферична леща с диаметър 1 милиметър, вградена в гумен лист и залепена върху камерата на смартфона. Чрез OSA

При 5-кратно увеличение сферичната леща не е по-мощна от лупата на дете. Въпреки това, когато се сдвоява с камерата на смартфон, микроскопът може да разрешава функции от порядъка на 1, 5 микрона, достатъчно малки, за да идентифицира различни видове кръвни клетки.

Има две причини, поради които с такова ниско увеличение се получават такива изображения с висока разделителна способност. Първо, топчните лещи превъзхождат при събиране на светлина, което определя разделителната способност. Второ, полупроводниковият сензор на камерата се състои от милиони клетки, улавящи светлината. Всяка клетка е само около 1, 7 микрона. Това е достатъчно малко, за да заснеме точно мъничкото изображение с висока разделителна способност, което идва през топката.

Изследователите са използвали софтуер за цифрови изображения, за да коригират изкривяващия характер на топчен обектив и да пренесат миниатюрни зони с фокус в едно изображение, достатъчно голямо за анализ.

Горният ред показва изображения на кръвни проби, взети с традиционен микроскоп. Отляво надясно: нормална, желязодефицитна анемия и сърповидноклетъчна анемия. Долният ред показва същите образци, представени на смартфон. Чрез OSA

Въпреки че микрофотографиите на смартфони не са толкова остри като тези от лабораторните микроскопи, те са в състояние да разкрият важна медицинска информация, като намаления брой и увеличената вариация на клетките при желязодефицитна анемия и банановидните червени кръвни клетки, характерни за сърповите клетки анемия.

Екипът на Wachsmann-Hogiu работи с медицински център UC Davis, за да валидира устройството и да определи как да го използва в полето. Те могат също така да добавят функции като по-големи лещи за диагностициране на кожни заболявания и софтуер, който да преброява и класифицира кръвните клетки автоматично, за да предостави незабавна обратна връзка и може би да разпознае по-широк спектър от заболявания.

Когато изследователите се нуждаят от допълнителни диагностични инструменти, микроскопът може да бъде сменен за обикновен спектрометър, който също използва светлина, събрана от камерата на iPhone.

По-горе, спектърът на флуоресцентна крушка, взет от iPhone спектрометър. По-долу, сравнение на спектри от iPhone и търговски спектрометър. Въпреки че iPhone не е толкова прецизен като търговската единица, той точно набира върховете в интензивността на цветовете. Чрез OSA

Спектрометрите размазват светлина от обект, разделяйки го на съставните му дължини на вълната по много начин, като призма разгражда бялата светлина в познатите цветове на дъгата. Тъй като атомите и молекулите поглъщат много специфични дължини на вълната, когато са изложени на светлина, е възможно да се дразне химическият подпис на материалите чрез изучаване на техните спектри.

Подобно на микроскопа, спектрометърът на iPhone се възползва от възможностите за изобразяване на смартфони. Спектрометърът, който добавиха към iPhone, е лесен за изграждане. Започва с къса пластмасова тръба, покрита в двата края с черна електрическа лента. Тесните прорези, нарязани на лентата, позволяват само грубо успоредни лъчи светлина от пробата да влизат и излизат от тръбата. Именно тази решетка разпространява светлината в спектър от цветове, които учените могат да използват като пръстов отпечатък за идентифициране на различни молекули.

Въпреки че спектрометърът все още е в начален стадий, изследователите смятат, че той може да измери количеството кислород в кръвта и да помогне за диагностициране на химични маркери на заболяването.

Тъй като инструментите за смартфони са мощни и евтини, Wachsmann-Hogiu вярва, че училищата могат да ги използват за обогатяване на часовете по наука. Спектрометрите могат да помогнат за илюстриране на уроци за светлината и енергията. Микроскопите биха могли да разкрият невидим свят от захарни кристали, поленови зърна и микроскопични организми.

Долен ред: Изследователите на UC-Davis са разработили добавка за iPhone, която го трансформира в медицинско устройство за изображения. Те ще представят своите открития на годишната среща на Оптическото общество (OSA) в Сан Хосе, Калифорния на 16-20 октомври 2011 г.

Прочетете повече в Optical Society of America

Tanzeem Choudhury разработва приложения за мобилни телефони, за да следи здравето си

Как изследовател използва Facebook, за да идентифицира хиляди риби

Поуки от проучване на потребители на Twitter след земетресението в Япония на 11 март