在缺乏醫療基礎設施的地區,能讓手機攝像頭識別血液樣本中細胞形狀的廉價鏡頭,可以使一些病癥如鐮狀細胞病(sickle-cell anemia)的診斷變得更容易。
該系統由加州大學戴維斯分校(University of California, Davis)所開發,目的是讓現場工作人員為病人的血液樣本拍照片,然后把這些顯微照片通過移動網絡發送給醫生進行診斷。
盡管已經有人把顯微鏡和手機攝像頭結合起來,戴維斯分校的小組旨在讓設備的價錢降下來。他們把一個直徑為1毫米的球狀鏡片和一小片橡膠一起固定在攝像頭的前方。小尺寸會產生高曲率,還能提供較高的放大率,塞巴斯汀·沃茨曼弘(Sebastian Wachsmann-Hogiu)說,他是戴維斯分校生物光學、科學與技術研究中心的物理學家,也是該研究小組的負責人。因為手機攝像頭也使用短焦距的鏡頭和像素極小的微型傳感器,與球狀鏡頭能實現光學上的匹配。“不能用常規攝像頭來改裝,因為差距太大了,” 沃茨曼弘說。
使用球狀鏡頭的缺點就是,除了鏡頭后方的一小塊區域外,最終的圖像會嚴重失真。戴維斯分校的研究小組用軟件方法解決了此問題。為了使用該系統獲得一幅圖像,軟件把血液樣本的許多照片通過攝像頭或樣本來回移動,然后軟件把圖片合成一幅大的無失真圖片。目前的原型機可以識別1.5微米級別的東西。
但是該系統是使用相對比較貴的500萬像素iPhone 4來開發的,沃茨曼弘說該系統可以適應有100萬或200萬像素的便宜手機,這些手機在貧窮國家更容易找到。沃茨曼弘相信,隨著系統的量產,價值2美元的塑料鏡頭會替代玻璃鏡頭,這個價錢是足夠便宜的,可以在貧窮國家得到廣泛應用。
快速比較: 上面是使用傳統顯微鏡拍攝的血液細胞。下面是使用智能手機拍攝的樣本。左邊是正常的血液,中間來自于缺鐵性貧血患者,右邊來自于鐮刀狀細胞性貧血患者。
麻省理工學院媒體實驗室的教授拉什梅·拉斯卡(Ramesh Raskar)贊成這種觀點:平衡使用多種常規技術是提高貧困國家健康水平的關鍵。“那里有40多億部手機,”他說。“我不能想象每年會賣出100萬臺顯微鏡。”拉斯卡自己的Netra項目是開發可用于檢測眼睛的手機附件。他說,他的項目和戴維斯分校研究小組的工作都是“美麗”流行趨勢的一部分,可以讓全球健康計劃“運行在可擴展的平臺如手機上”。
戴維斯分校的研究小組在美國光學協會(Optical Society of America)年會上展示了其研究,他們設計了一系列現場試驗并且正與制造商討論將該項技術商業化。沃茨曼弘估計該系統可以在2-3年內出現在市場上。他的研究小組也在致力于一種手機附件的研究,該附件能讓手機充當光譜儀,其構造方法是在塑料管的兩端用狹縫拉伸電工膠帶。來自于樣品的光在通過狹縫但還未到達手機攝像頭的時候發生折射,制造出的光譜可用于血液化學成分的基本分析。