iPhone se transforma en dispositivo de imágenes médicas

Davis, un equipo de investigadores de la Universidad de California, ha transformado los iPhones de todos los días en dispositivos de detección de imágenes y detección de químicos de calidad médica. Con materiales adicionales que cuestan casi tanto como una aplicación típica, los teléfonos inteligentes decorados pueden usar sus sentidos intensificados para realizar microscopía y espectroscopía detalladas.

El equipo presentará sus hallazgos en la reunión anual de la Optical Society (OSA) en San José, California, del 16 al 20 de octubre de 2011.

Imágenes de un cristal de azúcar tomadas a través de filtros de luz polarizada. Izquierda: microscopio tradicional. Derecha: microscopio celular. Vía OSA

Los iPhones mejorados podrían ayudar a los médicos y enfermeras a diagnosticar enfermedades de la sangre en países en desarrollo donde muchos hospitales y clínicas rurales tienen acceso limitado o nulo a los laboratorios. Los teléfonos modificados también pueden transmitir datos en tiempo real a colegas de todo el mundo para su posterior análisis.

Sebastian Wachsmann-Hogiu, autor principal de la investigación, dijo:

Los trabajadores de campo podrían poner una muestra de sangre en un portaobjetos, tomar una fotografía y enviarla a especialistas para que la analicen.

El grupo no es el primero en construir un microscopio para teléfonos inteligentes. Wachsmann-Hogiu dijo:

Pero pensamos que podríamos hacer algo más simple y menos costoso.

Muestras teñidas de polen (imágenes de la izquierda) y tallos de plantas (dos imágenes de la derecha). Fila superior: microscopio comercial. Fila inferior: microscopio de teléfono celular. Vía OSA

Su primer intento llevó la simplicidad demasiado lejos:

Comenzamos con una gota de agua en la lente de la cámara. El agua formaba un menisco y su superficie curva actuaba como una lupa. Funcionó bien, pero el agua se evaporó demasiado rápido.

Luego el equipo recurrió a lentes de bola. Estas son esferas de vidrio finamente esmeriladas que actúan como lupas de baja potencia. El equipo usó una lente esférica de 1 milímetro de diámetro que cuesta $ 30-40 USD en su prototipo, señalando que las lentes producidas en masa podrían reducir el precio.

Para construir la lente del microscopio, Kaiqin Chu, un investigador postdoctoral en óptica, insertó una lente esférica en un orificio en una lámina de goma, luego simplemente pegó la lámina sobre la cámara del teléfono inteligente.

El microscopio del iPhone consiste en una lente esférica de 1 milímetro de diámetro incrustada en una lámina de goma y pegada con cinta adhesiva sobre la cámara del teléfono inteligente. Vía OSA

Con un aumento de 5x, la lente esférica no es más potente que la lupa de un niño. Sin embargo, cuando se combina con la cámara de un teléfono inteligente, el microscopio puede resolver funciones del orden de 1, 5 micras, lo suficientemente pequeñas como para identificar diferentes tipos de células sanguíneas.

Hay dos razones por las que un aumento tan bajo produce imágenes de alta resolución. Primero, las lentes de bola se destacan en la recolección de luz, que determina la resolución. En segundo lugar, el sensor semiconductor de la cámara consta de millones de células de captura de luz. Cada celda mide solo 1.7 micras de ancho. Esto es lo suficientemente pequeño como para capturar con precisión la pequeña imagen de alta resolución que llega a través de la lente esférica.

Los investigadores utilizaron software de imagen digital para corregir la naturaleza distorsionante de una lente de bola y para traer pequeñas áreas enfocadas en una sola imagen lo suficientemente grande como para analizarla.

La fila superior muestra imágenes de muestras de sangre tomadas con un microscopio tradicional. De izquierda a derecha: normal, anemia por deficiencia de hierro y anemia falciforme. La fila inferior muestra las mismas muestras fotografiadas en un teléfono inteligente. Vía OSA

Aunque las micrografías de los teléfonos inteligentes no son tan nítidas como las de los microscopios de laboratorio, pueden revelar información médica importante, como el número reducido y la mayor variación de las células en la anemia por deficiencia de hierro y los glóbulos rojos en forma de plátano característicos de las células falciformes. anemia.

El equipo de Wachsmann-Hogiu está trabajando con el Centro Médico UC Davis para validar el dispositivo y determinar cómo usarlo en el campo. También pueden agregar características como lentes más grandes para diagnosticar enfermedades de la piel y software para contar y clasificar las células sanguíneas automáticamente para proporcionar retroalimentación instantánea y quizás reconocer una gama más amplia de enfermedades.

Cuando los investigadores necesitan herramientas de diagnóstico adicionales, el microscopio podría cambiarse por un espectrómetro simple que también utiliza la luz recolectada por la cámara del iPhone.

Arriba, el espectro de una bombilla fluorescente tomada por un espectrómetro de iPhone. A continuación, una comparación de espectros de un iPhone y un espectrómetro comercial. Si bien el iPhone no es tan preciso como la unidad comercial, capta con precisión los picos en intensidad de color. Vía OSA

Los espectrómetros manchan la luz de un objeto, separándolo en sus longitudes de onda compuestas de la misma manera que un prisma divide la luz blanca en los colores familiares del arco iris. Dado que los átomos y las moléculas absorben longitudes de onda muy específicas cuando se exponen a la luz, es posible descifrar la firma química de los materiales mediante el estudio de sus espectros.

Al igual que el microscopio, el espectrómetro del iPhone aprovecha las capacidades de imagen del teléfono inteligente. El espectrómetro que agregaron al iPhone es fácil de construir. Comienza con un tubo de plástico corto cubierto en ambos extremos con cinta aislante negra. Las hendiduras estrechas cortadas en la cinta permiten que entren y salgan del tubo rayos de luz aproximadamente paralelos de la muestra. Es esta rejilla la que difunde la luz en un espectro de colores que los científicos pueden usar como una huella digital para identificar varias moléculas.

Aunque el espectrómetro aún se encuentra en sus primeras etapas, los investigadores creen que podría medir la cantidad de oxígeno en la sangre y ayudar a diagnosticar los marcadores químicos de la enfermedad.

Debido a que los instrumentos de teléfonos inteligentes son potentes y baratos, Wachsmann-Hogiu cree que las escuelas podrían usarlos para enriquecer las clases de ciencias. Los espectrómetros podrían ayudar a ilustrar las lecciones sobre la luz y la energía. Los microscopios podrían revelar un mundo invisible de cristales de azúcar, granos de polen y organismos microscópicos.

En pocas palabras: los investigadores de UC-Davis han desarrollado un complemento para el iPhone que lo transforma en un dispositivo de imágenes médicas. Presentarán sus hallazgos en la reunión anual de la Optical Society (OSA) en San José, California, del 16 al 20 de octubre de 2011.

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