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【欧亿注册地址】华盛顿大学开发出利用智能手机摄像头观察道细菌的方法

华盛顿大学的研究人员已经开发出一种方法,使用智能手机衍生的图像来识别皮肤和口腔中的潜在有害细菌。他们的方法发表在5月份的《工程光学与激光》杂志上,可以直观地识别皮肤上导致痤疮和伤口愈合缓慢的微生物,以及口腔中可能导致牙龈炎和牙斑的细菌。

由华盛顿大学生物工程和眼科教授Ruikang Wang领导的团队,将智能手机外壳的改造与图像处理方法相结合,以照亮传统智能手机摄像头拍摄的图像上的细菌。这种方法产生了一种相对低成本和快速的方法,可以在家里用来评估皮肤和口腔中是否存在潜在的有害细菌。

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王说:”皮肤和口腔中的细菌可能对我们的健康产生广泛的影响–从导致牙齿腐烂到减缓伤口愈合,由于智能手机的使用如此广泛,我们想开发一个具有成本效益的简易工具,人们可以用它来了解皮肤和口腔中的细菌。”

使用传统的智能手机图像,细菌并不容易看到。智能手机相机是 “RGB相机”,它们基本上将视觉光谱中的所有不同波长的光输送成三种不同的颜色–红色、绿色和蓝色。智能手机生成的图像中的每个像素都是这些颜色的组合。但细菌会发出红、绿、蓝以外的许多颜色,而典型的智能手机摄像头会忽略这些颜色。

Wang的团队通过在智能手机外壳的摄像头开口处安装一个包含10个LED黑灯的3D打印小环,增强了智能手机摄像头的功能。研究人员使用LED增强的智能手机拍摄了两个研究对象的口腔和面部皮肤的图像。

首席作者、华盛顿大学生物工程系博士生何清华说:”LED灯’激发’一类叫做卟啉的细菌衍生分子,使它们发出红色的荧光信号,然后智能手机的摄像头可以捕捉到。”

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“A “是一个RGB自动荧光图像,使用LED修改的智能手机拍摄的,是一个研究志愿者的右侧鼻梁。”B “是 “A “中用红色破折号勾勒的部分的特写。资料来源:He等人,《工程中的光学和激光》,2021年

图像中的其他成分,如蛋白质或我们身体产生的油性分子,以及皮肤、牙齿和牙龈,在LED下不会发红光。他补充说,它们会发出其他颜色的荧光。

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许多细菌产生卟啉,作为其生长和代谢的副产品。共同作者、华盛顿大学生物工程博士后研究员Yuandong Li说,这些卟啉可以在皮肤和我们的口腔中积累,因为那里有大量的细菌。

“一般来说,你在皮肤表面看到的卟啉越多,例如,你看到的伤口愈合和痤疮的难度就越大。”李说。

LED照明给了该团队足够的视觉信息,以计算方式将智能手机衍生的图像中的RGB颜色 “转换 “为视觉光谱中的其他波长的颜色。这产生了一个 “伪多光谱 “图像,包括视觉光谱的15个不同部分,而不是原始RGB图像中的三个部分。王说,提前获得这种视觉信息将需要昂贵和繁琐的灯光,而不是使用相对便宜的LED黑光灯。

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右图是一名志愿者面部皮肤的RGB自发荧光图像。左边是同一区域的伪多光谱图像,去除背景信号的污染。伪多光谱图像上的白色区域表示高浓度的卟啉。资料来源:He等人,《工程中的光学和激光》,2021年

凭借其更大程度的视觉辨别力,伪多光谱图像清楚地分辨出皮肤上和口腔内的卟啉簇群。此外,尽管他们定制了这种方法来显示卟啉,但研究人员可以修改图像分析管道来检测其他在LED下也会发光的细菌特征。

“这就是这项技术的魅力所在。我们可以同时观察不同的成分,如果你有细菌产生了你想要检测的不同的副产品,你可以使用相同的图像来寻找它–这是你今天用传统成像系统无法做到的。”Wang说

研究人员说,这项初步研究的成功可以形成新的基于家庭的方法,以评估基本的皮肤和口腔健康,例如,为用户提供关于他们是否需要看牙医的信息,或就某些类型的皮肤状况咨询医生。他们的视觉系统和图像分析管道也可能有助于在其他医疗背景下识别潜在的问题细菌,例如身体其他部位的伤口愈合。

王说:”我们在这里有很多方向可以走,我们的身体是复杂的环境,这种方法有很大的潜力来研究许多类型的问题。”

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