Модифицированный смартфон осветил вызывающие зубной налет бактерии в полости рта
Можно ли использовать обычный смартфон для нахождения бактерий в полости рта, вызывающих зубной налет? Исследователи Вашингтонского университета превратили смартфон в мобильную многоспектральную систему визуализации, которая освещает налет с помощью светодиодных изображений.
Система с поддержкой смартфона предлагает быстрый, относительно недорогой и простой в использовании метод, который пациенты могут использовать дома, чтобы оценить, есть ли у них потенциально вредные бактерии. По словам одного из изобретателей системы Руиканга Ванга, профессора биоинженерии и офтальмологии, система будет особенно полезна тем, кто живет в сельских общинах или районах с ограниченным доступом к качественной стоматологической помощи. «Измеряя размер и силу сигнала в области красной флуоресценции, мы полагаем, что можно отсортировать пациентов с точки зрения серьезности заболеваний, определить подход к лечению и помочь в предотвращении кариеса и заболеваний», — сказал Руиканг Ванг.
Оценка количества бактерий клинически важна для здоровья полости рта, потому что размножение патогенов полости рта может вызвать образование зубного налета и приводить к кариесу и заболеваниям пародонта. Однако визуализация и идентификация бактерий может занять много времени и средств. Поэтому исследователи решили разработать технологию, которая способна обеспечить неинвазивную оценку бактерий в реальном времени.
Исследователи решили построить свою систему на смартфоне из-за их распространенности. Обычный смартфон содержит камеру с красным, зеленым и синим каналами — RGB. Камера RGB направляет световые волны различной длины. Но бактерии излучают много цветов, кроме синего, зеленого и красного, поэтому их трудно увидеть на обычном смартфоне. По словам Ванга, для получения сигнала автофлуоресценции бактерий необходимо использовать черный свет.
Чтобы визуализировать бактерии, Ванг и его команда модифицировали камеру смартфона, прикрепив к отверстию камеры напечатанное на 3D-принтере кольцо с десятью черными светодиодными лампочками. Затем они использовали получившееся устройство, чтобы сделать снимки ротовой полости человека.
Когда используется черный свет, он возбуждает молекулы, известные как порфирины, которые являются побочными продуктами роста бактерий. По его словам, при возбуждении молекулы излучают красный флуоресцентный сигнал, что позволяет визуализировать патогены.
Светодиодное освещение дало исследователям достаточно данных для компьютерного преобразования цветов RGB в гиперспектральную информацию, которую можно использовать для определения типов бактерий. Для демонстрации метода исследователи выбрали порфирин в качестве биомаркера идентификации бактерий.
Преобразование информации привело к появлению визуального спектра из пятнадцати различных участков вместо красного, зеленого и синего. По словам Ванга, для получения этой визуальной информации обычно требуются дорогое и громоздкое освещение.
«Кольцевой свет обеспечивает как наиболее равномерное освещение, так и соответствующую интенсивность возбуждения, что важно для количественного измерения содержания бактерий в полости рта», — отметил исследователь: «Хотя результаты были отчасти ожидаемыми, полученное высокое качество изображения по-прежнему остается для нас сюрпризом из-за использования универсальных и экономичных смартфонов».
Для сравнения, исследователи использовали гиперспектральную камеру для выполнения той же задачи. По сравнению с обычными системами получения мультиспектральных изображений, использование модифицированного смартфона позволяет выполнять аналогичный спектральный анализ, но в режиме моментального снимка.
Еще одно преимущество заключается в том, что «гиперспектральная камера примерно в 30–40 раз дороже, чем устройство для смартфона», — добавил Ванг.
Исследователи планируют дальнейшую оптимизацию дизайна и разработки метода для коммерческого использования. Они также намерены провести клинические испытания, чтобы оценить использование устройства для оценки бактериального содержания зубного налета. «В идеале, мы ожидаем, что однажды этот метод станет инструментом селфи-скрининга здоровья полости рта», — заключил Ванг.
