Sử dụng camera trên smartphone để xác định vi khuẩn gây mụn và bệnh răng miệng

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Washington đã phát triển một cách sử dụng ảnh chụp từ smartphone để xác định vi khuẩn có hại tiềm ẩn trên da và trong miệng. Phương pháp này có thể xác định trực quan các vi khuẩn trên da góp phần gây ra mụn trứng cá cũng như các vi khuẩn gây viêm nướu và mảng bám răng.

Nhóm nghiên cứu do Ruikang Wang, giáo sư kỹ thuật sinh học và nhãn khoa của Đại học Washington (UW), dẫn đầu. Nhóm các nhà nghiên cứu đã kết hợp một công cụ đặc biệt cho smartphone với một loạt các phương pháp xử lý hình ảnh để hiển thị vi khuẩn được chụp bằng camera từ smartphone. Kết quả, các nhà nghiên cứu cho biết rằng đây là một phương pháp tương đối rẻ và nhanh chóng, có thể được sử dụng tại nhà để đánh giá sự hiện diện của vi khuẩn có hại.

Wang nói: “Vi khuẩn trên da và trong miệng có thể có nhiều tác động đến sức khỏe của chúng ta - từ gây sâu răng đến làm chậm quá trình lành vết thương. Vì smartphone được sử dụng rộng rãi nên chúng tôi muốn phát triển một công cụ dễ dàng, hiệu quả về chi phí mà mọi người có thể sử dụng để tìm hiểu về vi khuẩn trên da và trong khoang miệng.”

Wang giải thích rằng thông thường không dễ nhìn thấy vi khuẩn khi sử dụng các bức ảnh chụp từ điện thoại vì chúng được chụp ở hệ màu RGB. Nói ngắn gọn, những hình ảnh được chụp là từ các bước sóng ánh sáng khác nhau trong quang phổ hình ảnh, nhưng nhiều vi khuẩn phát ra màu sắc nằm ngoài quang phổ đó và do đó không thể nhìn thấy được.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã tăng cường khả năng của camera trên smartphone bằng một vòng được in 3D với 10 đèn LED cực tím bố trí xung quanh.

“Đèn LED kích thích một lớp phân tử có nguồn gốc từ vi khuẩn gọi là porphyrin, khiến chúng phát ra tín hiệu huỳnh quang màu đỏ mà camera của điện thoại sau đó có thể nhận”, tác giả chính Qinghua He, một nghiên cứu sinh tiến sĩ về kỹ thuật sinh học của UW, cho biết.

Một vòng đèn LED cực tím (trái) giúp hệ thống dựa trên điện thoại thông minh phát hiện màu đỏ rực của một số vi khuẩn trên da (giữa) và mảng bám trên răng (phải).

Nhiều vi khuẩn tạo ra porphyrin như một sản phẩm phụ của quá trình phát triển và trao đổi chất của chúng. Theo đồng tác giả Yuandong Li, nhà nghiên cứu về kỹ thuật sinh học của UW, porphyrins có thể tích tụ trên da và trong miệng nơi vi khuẩn hiện diện với số lượng cao. Càng nhiều porphyrin được nhìn thấy trên bề mặt da, thì càng có nhiều khả năng hình thành mụn trứng cá.

Theo một bản tóm tắt từ Đại học Washington, sự chiếu sáng của đèn LED đã cung cấp cho nhóm nghiên cứu đủ thông tin hình ảnh để tính toán chuyển đổi các màu RGB từ hình ảnh lấy từ điện thoại thành các bước sóng khác trong quang phổ hình ảnh. Điều này tạo ra hình ảnh "giả đa phổ" bao gồm 15 phần khác nhau của quang phổ hình ảnh - thay vì ba phần trong hình ảnh RGB ban đầu.

Nhóm nghiên cứu nói rằng để thu được loại thông tin hình ảnh này một cách trực tiếp sẽ đòi hỏi phải có đèn lớn và đắt tiền, điều này làm cho việc sử dụng đèn LED rẻ tiền dễ tiếp cận hơn đáng kể để áp dụng rộng rãi. Về mặt lý thuyết, thuật toán phân tích hình ảnh có thể được sửa đổi để phát hiện các dấu hiệu vi khuẩn khác phát sáng dưới đèn LED.

Hệ thống hình ảnh có thể phát hiện vi khuẩn sản xuất porphyrin, có màu đỏ rực, trên da hỗn hợp (trên) và da nhờn (dưới).

Wang nói rằng có nhiều hướng mà nhóm có thể đi từ đây khi họ khám phá các môi trường phức tạp của cơ thể con người và tìm kiếm nhiều cách hơn để giải quyết các vấn đề khác nhau có thể xảy ra.

Tham khảo: Petapixel