研究

3D打印附件使智能手机成为寄生虫疾病的可用诊断工具

研究人员格拉纳达大学美国、西班牙和美国格拉斯哥大学在苏格兰,3D打印技术可以通过智能手机诊断寄生虫感染。

利用专门开发的基于android的软件应用程序,该平台能够使用智能手机的后摄像头对锥虫物种进行自动和准确的分析。锥虫是导致人类和牲畜多种疾病的寄生虫。这种诊断可以在手机上使用3D打印的塑料配件来实现,该配件连接到智能手机摄像头上,提供受控照明和固定的样品定位。

通过开发一种可获得和负担得起的诊断这些疾病的方法,研究人员希望它可以在获得这些工具资源有限的发展中国家的偏远地区使用。在发表的研究论文中IEEE访问作者状态:

“它的简单性和可靠性能意味着它可以在偏远的、资源有限的环境中由技能相对较差的技术人员/护士使用,在那里诊断实验室分布很稀疏。然而,研究结果可以通过智能手机很容易地发送给医疗专家和政府卫生机构。”

A)侧面示意图和B)由3D打印附件、照明离心收集管和智能手机组成的完整设置的照片。C)顶部示意图视图和D)带有白色led的离心收集管的照片。图片由Pablo Escobedo提供。
A)侧面示意图和B)由3D打印附件、照明离心收集管和智能手机组成的完整设置的照片。C)顶部示意图视图和D)带有白色led的离心收集管的照片。图片由Pablo Escobedo提供。

用3D打印解锁智能手机的效用

研究人员解释说,智能手机功能强大,易于使用,可以“显著提高医疗和动物健康诊断能力,特别是在资源有限的情况下。”它们快速传输数据的能力还可用于将分析结果快速传递给卫生保健人员,从而能够在没有基础设施支持快速分析的地区诊断疾病。

研究小组还解释说,这些智能手机摄像头有可能被用于比色响应分析(colorimetric responsive assay)。比色响应分析用于测量任何本身有颜色或可以反应产生颜色的测试物质。根据这篇论文,比色响应分析可以用来检测疾病的生物标记物,智能手机已经在这类应用中被用于检测结核病和艾滋病。

然而,该论文解释说,“各种因素都可能影响图像处理的可靠性,以及作为一种可靠的诊断工具。”因此,研究人员建议使用外部附件,以确保满足性能规范,因为无设备的方法可能存在重复性差的问题,以及由于反射和传感器定位造成的标准化问题。因此,研究人员选择3D打印塑料配件作为一种低成本的解决方案,以提供受控照明、固定样品和手机支架。

除了3D打印配件,研究团队还为这款智能手机开发了一个基于android的软件应用程序,以测试其分析毫米比色阵列的能力。该应用程序能够通过手机的摄像头识别和量化阵列图案中每个点的颜色坐标。

应用程序截图。图片由Pablo Escobedo提供。
应用程序截图。图片由Pablo Escobedo提供。

增加获得医疗诊断检测的机会

研究人员专注于锥虫科寄生虫病,使用真实DNA对他们的智能手机诊断平台进行测试。这些寄生虫既影响人类,也影响牲畜,可对许多国家造成严重的健康和经济后果。使用智能手机的摄像头为检测难以获得的此类疾病提供了各种好处,包括减少因工作人员未经培训而造成的模式识别方面的人为错误。它还可以创建永久记录,以便与卫生专家共享。

通过测试,研究人员得出结论,通过3D打印配件和Android应用程序,智能手机能够准确检测真实DNA中的锥虫疾病。他们的平台被反复测试,以评估其尺寸检测、边缘模糊和颜色检测能力,验证其用于比色斑点阵列的分析。3D打印附件使摄像头能够检测直径为300微米的斑点,公差为15%。

在总结论文时,研究人员写道:“这个系统已经经过了检测锥虫病科寄生虫病的测试,这种疾病对人类、狗和牲畜造成了毁灭性的疾病。在这种情况下,已经开发的基于智能手机的平台分析图像,并将斑点面板转换为锥虫物种。”

“考虑到这类检测在发展中国家的重要性,手机成像应用程序被设计成特别便于未经培训的人员使用。记录的结果可以立即传送给来自偏远地区的参考临床医生,以获得建议和治疗决定。”

智能手机应用中的图像采集和处理流程。图片由Pablo Escobedo提供。
智能手机应用中的图像采集和处理流程。图片由Pablo Escobedo提供。

这并不是第一次3D打印为研究人员提供了一种方法,为移动电话开发特定的、低成本的配件,将设备转变为有用的、可获得的医疗工具。例如,皇家墨尔本理工大学科学家们开发了一种3D打印的“夹式”过滤器,可以转动智能手机将摄像头放入强大的显微镜中.该设备能够查看小至1/200毫米的标本,可能被证明是一个护理点诊断工具或研究设备,用于远程医疗诊所和实地研究小组。

除了智能手机,3D打印也被用来打造独立的智能手机高分辨率数字全息显微术(DHM)显微镜。为了创造一种便携式、功能强大且性价比高的显微镜,美国研究人员3D打印了这种设备,使其能够诊断疟疾、镰状细胞病、糖尿病等疾病。

该仪器完全由3D打印部件和常见的光学元件制成,构造简单、成本低,可以“增加低成本医疗诊断测试的机会,”来自康涅狄格大学的研究小组负责人Bahram Javidi说,“这对世界上医疗保健有限、高科技诊断设施很少的发展中国家特别有益。”

基于智能手机的寄生虫感染诊断与比色测定在离心管作者:Pablo Escobedo, Miguel M. Erenas, Antonio Martínez Olmos, Miguel A. Carvajal, Mavys Tabraue Chávez, Angélica Luque González, Juan J. Díaz-mochón, Salvatore Pernagallo, Luis Fermín Capitán-vallvey和Alberto J. Palma。

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特色图片显示了由3D打印配件、照明离心机收集管和智能手机组成的完整设置。图片由Pablo Escobedo提供。