眾所周知，大量微生物（細菌）定植在人體組織上，數量遠多於人體細胞。它們亦敵亦友。有益菌們在維護我們的健康上立下了汗馬功勞；而有害菌則在“想盡辦法”給我們的健康拖後腿。例如，定植在面板上的典型細菌痤瘡丙酸桿菌，通常活躍於皮脂腺。這些細菌的相關代謝活動會引發炎症風險，導致了面板疾病，如毛囊炎和尋常痤瘡。
還有口腔這個充滿各種微生物的環境，定植於牙面、牙與牙之間的細菌逐漸形成牙菌斑，嚴重情況下會導致齲齒、牙齦炎和牙周炎。
如今，越來越多的人在飽受口腔和面板疾病的困擾。有沒有辦法能隨時監測細菌對面板或口腔健康的威脅程度，以便更早採取預防措施呢？
近日，發表在《Optics and Lasers in Engineering》上的一項研究中，來自美國華盛頓大學生物工程系和眼科系王瑞康教授團隊開發了一種基於智慧手機的簡易成像系統，可以直觀地識別人面板上導致痤瘡和傷口癒合緩慢的微生物，以及破壞口腔健康的細菌。這項初步研究的成功具有重要的臨床意義，並將為評估面板和口腔日常健康的家用新方法奠定了基礎。例如，需要不需要看牙醫或面板科，先拍張照片自己自己看看。
在面板和口腔的常規檢查中，目測仍是醫生評估細菌感染最廣泛使用的方法。但這種依靠肉眼觀察，主觀性很強，即使是經驗豐富的醫生，在確定和評估細菌感染時也常存在不確定性。
為了提供更客觀和更準確的細菌感染情況，王瑞康團隊改造了智慧手機外殼，並與影象處理方法相結合，使在普通智慧手機攝像頭拍攝的影象中顯示出細菌。這種經濟快捷的技術為在家自我診斷帶來了可能。
通常，用智慧手機（即便是最昂貴的）拍攝的照片中也很難看到細菌。因為，普通手機攝像頭是“RGB攝像頭”。它本質上是將可見光譜中所有不同波長的光輸出為三種不同的顏色：即紅、綠和藍色（三原色）。智慧手機生成的影象中每個畫素都是這些顏色的組合。但細菌還會發出除了紅綠藍以外的其他顏色，而這正是傳統智慧手機攝像頭無法捕獲到的。
王瑞康說，要事先獲得這些視覺資訊，通常需要昂貴且笨重的發光裝置，而不是使用相對便宜的LED黑光燈。
在這項研究中，研究人員透過在智慧手機外殼的攝像頭開口處安裝一個含有10個LED黑光燈的3D列印環來增強智慧手機攝像頭的功能。
LED燈能夠激發一類源自細菌衍生的卟啉分子，使它們發出可以被智慧手機攝像頭捕捉到的紅色熒光訊號。
許多細菌都會產生卟啉。作為其生長和代謝的副產品，這些卟啉可以在我們的面板和口腔中積聚。一般來說，面板表面的卟啉越多，傷口和痤瘡癒合的難度就越大。
LED光為研究人員提供了足夠的視覺資訊，可以透過計算手段將來自智慧手機影象的RGB顏色“轉換”為視覺光譜中的其他波長。這將生成一個由視覺光譜的15個不同部分組成的“偽多光譜”影象，而非原始RGB影象中的3個。
偽多光譜影象具有更高的視覺解析度，能夠清晰地分辨面板和口腔內的卟啉簇。此外，儘管他們設計的這種方法是用來顯示卟啉，但研究人員可以修改影象分析方式來檢測在LED下也會發出熒光的其他細菌特徵。
隨後，他們使用這種LED增強型智慧手機對兩名參與者的面部面板和口腔進行了拍攝。
鼻翼右側面板和牙面上已有細菌積累
兩名分別為混合型和油性面板志願者的細菌評估
王瑞康說：“這正是這項技術的美妙之處，我們可以同時分析不同的成分。如果要檢測生成其他副產物的細菌，你可以利用相同的圖片來尋找它，但目前還不能使用傳統的影象系統來做到這一點。”
他表示，視覺系統和影象分析還可以幫助識別其他醫療環境中的潛在問題細菌，例如身體其他部位的傷口癒合。
王瑞康說：“因為身體是一個複雜的環境。這種方法具有解決多種型別問題的巨大潛力。”
論文連結：
https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2021.106546
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