تتحول iPhone إلى جهاز التصوير الطبي

قام فريق من الباحثين من جامعة كاليفورنيا بتحويل أجهزة iPhone اليومية إلى أجهزة تصوير ذات جودة طبية وكشف. بفضل المواد الإضافية التي تكلف حوالي التطبيق العادي ، فإن الهواتف الذكية المزخرفة قادرة على استخدام حواسها العالية لأداء الفحص المجهري والطيفي المفصل.

سيقدم الفريق النتائج التي توصلوا إليها في الاجتماع السنوي للجمعية البصرية (OSA) في سان خوسيه ، كاليفورنيا في الفترة 16-20 أكتوبر 2011.

صور لكريستال السكر مأخوذ من خلال مرشحات الضوء المستقطبة. اليسار: المجهر التقليدي. اليمين: مجهر الهاتف الخليوي. عبر OSA

يمكن أن تساعد أجهزة iPhone المحسّنة الأطباء والممرضين في تشخيص أمراض الدم في الدول النامية حيث لا تتمتع المستشفيات والعيادات الريفية بفرص الوصول إلى المختبرات أو لا تستطيع الوصول إليها. تستطيع الهواتف المعدلة أيضًا نقل البيانات في الوقت الفعلي إلى الزملاء في جميع أنحاء العالم لمزيد من التحليل.

قال سيباستيان واكسمان هوغيو ، مؤلف البحث الرئيسي:

يمكن للعاملين الميدانيين وضع عينة دم على شريحة والتقاط صورة وإرسالها إلى المتخصصين لتحليلها.

المجموعة ليست الأولى في بناء مجهر الهاتف الذكي. قال فاخسمان هوغو:

لكننا اعتقدنا أننا يمكن أن نجعل شيئًا أبسط وأقل تكلفة.

عينات ملطخة من حبوب اللقاح (الصور اليسرى) وسيقان النبات (صورتان على اليمين). الصف العلوي: المجهر التجاري. الصف السفلي: مجهر الهاتف الخليوي. عبر OSA

محاولته الأولى استغرقت البساطة:

بدأنا بقطرة ماء على عدسة الكاميرا. شكل الماء هلالة ، وسطحه المنحني كان بمثابة عدسة مكبرة. كان يعمل بشكل جيد ، ولكن الماء تبخر بسرعة كبيرة.

ثم تحول الفريق إلى العدسات الكروية. هذه هي كرات زجاجية مطحونة ناعمة تعمل بمثابة نظارات مكبرة منخفضة الطاقة. استخدم الفريق عدسة كروية بقطر 1 ملليمتر تكلف ما بين 30 إلى 40 دولارًا أمريكيًا في النموذج الأولي ، مشيرًا إلى أن العدسات ذات الإنتاج الضخم يمكن أن تخفض السعر.

لبناء عدسة المجهر ، قام Kaiqin Chu ، الباحث بعد الدكتوراه في علم البصريات ، بإدخال عدسة كروية في فتحة في ورقة مطاطية ، ثم ببساطة سجل الورقة فوق كاميرا الهاتف الذكي.

يتكون مجهر iPhone من عدسات كرة قطرها 1 ملليمتر مدمجة في ورقة مطاطية ومسجلة على كاميرا الهاتف الذكي. عبر OSA

عند التكبير 5 مرات ، لا تعد عدسة الكرة أقوى من عدسة الطفل المكبرة. ومع ذلك ، عند الاقتران بكاميرا الهاتف الذكي ، يمكن للمجهر حل الميزات بترتيب 1.5 ميكرون ، وهو صغير بما يكفي لتحديد أنواع مختلفة من خلايا الدم.

هناك سببان يجعل مثل هذا التكبير المنخفض ينتج صورًا عالية الدقة. أولاً ، تتفوق العدسات الكروية عند جمع الضوء ، مما يحدد الدقة. ثانياً ، يتكون مستشعر أشباه الموصلات في الكاميرا من ملايين الخلايا التي تلتقط الضوء. كل خلية فقط حوالي 1.7 ميكرون عبر. هذا هو صغير بما يكفي لالتقاط بدقة عالية الدقة الصورة التي تأتي من خلال عدسة الكرة.

استخدم الباحثون برنامج الصور الرقمية لتصحيح الطبيعة المشوهة لعدسة الكرة ولإحضار مناطق تركيز صغيرة في صورة واحدة كبيرة بما يكفي للتحليل.

يُظهر الصف العلوي صورًا لعينات دم مأخوذة باستخدام المجهر التقليدي. من اليسار إلى اليمين: عادي ، فقر الدم بسبب نقص الحديد وفقر الدم المنجلي. يُظهر الصف السفلي نفس العينات التي تم تصويرها على هاتف ذكي. عبر OSA

على الرغم من أن الصور المجهرية للهواتف الذكية ليست حادة مثل تلك الموجودة في المجاهر المختبرية ، إلا أنها قادرة على الكشف عن معلومات طبية مهمة ، مثل انخفاض عدد الخلايا وزيادة فقر الدم في فقر الدم بسبب نقص الحديد ، وخلايا الدم الحمراء على شكل موز التي تتميز بها الخلايا المنجلية. فقر دم.

يعمل فريق Wachsmann-Hogiu مع مركز UC Davis الطبي للتحقق من صحة الجهاز وتحديد كيفية استخدامه في هذا المجال. قد يضيفون أيضًا ميزات مثل العدسات الأكبر لتشخيص الأمراض الجلدية ، والبرمجيات لحساب وتصنيف خلايا الدم تلقائيًا من أجل تقديم ملاحظات فورية وربما التعرف على مجموعة واسعة من الأمراض.

عندما يحتاج الباحثون إلى أدوات تشخيص إضافية ، يمكن تبديل المجهر باستخدام مطياف بسيط يستخدم أيضًا الضوء الذي تم جمعه بواسطة كاميرا iPhone.

أعلاه ، طيف لمبة الفلورسنت التي اتخذتها مطياف فون. أدناه ، مقارنة بين الأطياف من iPhone و مطياف تجاري. على الرغم من أن جهاز iPhone ليس دقيقًا مثل الوحدة التجارية ، فإنه يلتقط بدقة ذروة كثافة الألوان. عبر OSA

يقوم مقياس الطيف بإخراج الضوء من جسم ما ، مع فصله إلى أطوال موجته المركبة إلى حد كبير بالطريقة نفسها التي يكسر المنشور الضوء الأبيض بألوان قوس قزح المألوفة. نظرًا لأن الذرات والجزيئات تمتص أطوالًا موجية محددة جدًا عند تعرضها للضوء ، فمن الممكن التخلص من التوقيع الكيميائي للمواد عن طريق دراسة أطيافها.

مثل المجهر ، يستفيد مطياف iPhone من إمكانيات التصوير الذكي. من السهل بناء مطياف أضافوه إلى iPhone. يبدأ أنبوب بلاستيكي قصير مغطى في كلا الطرفين بشريط كهربائي أسود. الشقوق الضيقة المقطوعة في الشريط تسمح فقط لحزم الضوء المتوازية تقريبًا من العينة بالدخول والخروج من الأنبوب. هذه الشبكة التي تنشر الضوء في مجموعة من الألوان يمكن للعلماء استخدامها مثل بصمة الأصابع لتحديد الجزيئات المختلفة.

على الرغم من أن مقياس الطيف لا يزال في مراحله المبكرة ، يعتقد الباحثون أنه يمكن قياس كمية الأكسجين في الدم والمساعدة في تشخيص العلامات الكيميائية للمرض.

نظرًا لأن أدوات الهواتف الذكية قوية ورخيصة ، يعتقد Wachsmann-Hogiu أن المدارس يمكن أن تستخدمها لإثراء فصول العلوم. الطيف يمكن أن يساعد في توضيح الدروس حول الضوء والطاقة. يمكن أن تكشف المجاهر عن عالم غير مرئي من بلورات السكر وحبوب اللقاح والكائنات المجهرية.

خلاصة القول: طور باحثو جامعة كاليفورنيا في ديفيس وظيفة إضافية لجهاز iPhone يحولها إلى جهاز تصوير طبي. سيقدمون النتائج التي توصلوا إليها في الاجتماع السنوي للجمعية البصرية (OSA) في سان خوسيه ، كاليفورنيا في 16-20 أكتوبر 2011.

اقرأ المزيد في جمعية البصريات الأمريكية

تنظم شودري تطور تطبيقات الهواتف المحمولة لتتبع صحتنا

كيف استخدم الباحث Facebook لتحديد آلاف الأسماك

الدروس المستفادة من استطلاع لمستخدمي Twitter بعد زلزال اليابان في 11 مارس