Смартфон позволяет идентифицировать бактерии акне и полости рта

Смартфон позволяет идентифицировать бактерии акне и полости рта

21 Jun 2021
31
Прослушать

Новый метод, использующий изображения, полученные с помощью смартфона, позволяет выявлять потенциально опасные бактерии на коже и в полости рта.

Этот подход позволяет визуально определить микробы на коже, способствующие появлению акне и медленному заживлению ран, а также бактерии в полости рта, которые могут вызывать гингивит и зубные бляшки.

Исследователи из университета Вашингтона (США) объединили специализированную накладку на корпус смартфона с методами обработки изображений для подсветки бактерий на снимках, сделанных обычной камерой смартфона. Этот подход позволил создать относительно недорогой и быстрый метод, который можно использовать в домашних условиях.

Бактерии нелегко увидеть с помощью обычных изображений, получаемых с помощью смартфонов. Камеры смартфонов - это "RGB-камеры". По сути, они преобразуют все различные длины волн света в визуальном спектре в три различных цвета - красный, зеленый и синий. Каждый пиксель изображения, создаваемого смартфоном, представляет собой комбинацию этих цветов. Но бактерии излучают множество цветов, помимо красного, зеленого и синего, которые обычная камера смартфона не видит.

Ученые расширили возможности камеры смартфона, прикрепив небольшое напечатанное на 3D-принтере кольцо с 10 светодиодными лампами черного света* вокруг отверстия для камеры в корпусе смартфона. Исследователи использовали смартфон со светодиодной подсветкой для получения изображений ротовой полости и кожи лица двух испытуемых.

Информация о разработке была опубликована в журнале Optics and Lasers in Engineering.

Как рассказал докторант кафедры биоинженерии и соавтор исследования Цинхуа Хэ,

Светодиодные лампы "возбуждают" молекулы бактерий, называемых порфиринами, заставляя их излучать красный флуоресцентный сигнал, который затем фиксирует камера смартфона. Другие компоненты изображения - например, белки или маслянистые молекулы, которые вырабатывает наш организм, а также кожа, зубы и десны - не будут светиться красным цветом под светодиодом. Они будут флуоресцировать другими цветами.

Многие бактерии производят порфирины в качестве побочного продукта своего роста и метаболизма. Порфирины могут накапливаться на коже и во рту, где бактерии присутствуют в большом количестве. И чем больше порфиринов на поверхности кожи, тем больше проблем с заживлением ран и акне.

Справа - изображение RGB-автофлуоресценции кожи лица добровольца. Слева - псевдомультиспектральное изображение той же области, с удалением загрязнений от фоновых сигналов. Белые области на псевдомультиспектральном изображении указывают на высокий уровень порфиринов.

Светодиодное освещение дало команде достаточно визуальной информации, чтобы "преобразовать" с помощью компьютерной системы цвета RGB из изображений, полученных с помощью смартфона, в другие длины волн в визуальном спектре. В результате получается "псевдомультиспектральное" изображение, состоящее из 15 различных участков визуального спектра, а не из трех, как в исходном RGB-изображении.

Благодаря более высокой степени визуальной дискриминации псевдомультиспектральные изображения четко определяли скопления порфирина на коже и в полости рта. Кроме того, несмотря на то что этот метод был разработан для выявления порфирина, исследователи могут модифицировать систему анализа изображений для обнаружения других бактериальных сигнатур, которые также флуоресцируют под светодиодами.

* Лампа чёрного света - лампа, излучающая почти исключительно в наиболее длинноволновой части ультрафиолетового диапазона и, в отличие от кварцевой лампы, имеет сравнительно слабое видимое свечение.