众所周知，大量微生物（细菌）定植在人体组织上，数量远多于人体细胞。它们亦敌亦友。有益菌们在维护我们的健康上立下了汗马功劳；而有害菌则在“想尽办法”给我们的健康拖后腿。例如，定植在皮肤上的典型细菌痤疮丙酸杆菌，通常活跃于皮脂腺。这些细菌的相关代谢活动会引发炎症风险，导致了皮肤疾病，如毛囊炎和寻常痤疮。还有口腔这个充满各种微生物的环境，定植于牙面、牙与牙之间的细菌逐渐形成牙菌斑，严重情况下会导致龋齿、牙龈炎和牙周炎。如今，越来越多的人在饱受口腔和皮肤疾病的困扰。有没有办法能随时监测细菌对皮肤或口腔健康的威胁程度，以便更早采取预防措施呢？近日，发表在《OpticsandLasersinEngineering》上的一项研究中，来自美国华盛顿大学生物工程系和眼科系王瑞康教授团队开发了一种基于智能手机的简易成像系统，可以直观地识别人皮肤上导致痤疮和伤口愈合缓慢的微生物，以及破坏口腔健康的细菌。这项初步研究的成功具有重要的临床意义，并将为评估皮肤和口腔日常健康的家用新方法奠定了基础。例如，需要不需要看牙医或皮肤科，先拍张照片自己看看。在皮肤和口腔的常规检查中，目测仍是医生评估细菌感染最广泛使用的方法。但这种依靠肉眼观察，主观性很强，即使是经验丰富的医生，在确定和评估细菌感染时也常存在不确定性。为了提供更客观和更准确的细菌感染情况，王瑞康团队改造了智能手机外壳，并与图像处理方法相结合，使在普通智能手机摄像头拍摄的图像中显示出细菌。这种经济快捷的技术为在家自我诊断带来了可能。通常，用智能手机（即便是最昂贵的）拍摄的照片中也很难看到细菌。因为，普通手机摄像头是“RGB摄像头”。它本质上是将可见光谱中所有不同波长的光输出为三种不同的颜色：即红、绿和蓝色（三原色）。智能手机生成的图像中每个像素都是这些颜色的组合。但细菌还会发出除了红绿蓝以外的其他颜色，而这正是传统智能手机摄像头无法捕获到的。王瑞康说，要事先获得这些视觉信息，通常需要昂贵且笨重的发光设备，而不是使用相对便宜的LED黑光灯。在这项研究中，研究人员通过在智能手机外壳的摄像头开口处安装一个含有10个LED黑光灯的3D打印环来增强智能手机摄像头的功能。LED灯能够激发一类源自细菌衍生的卟啉分子，使它们发出可以被智能手机摄像头捕捉到的红色荧光信号。许多细菌都会产生卟啉。作为其生长和代谢的副产品，这些卟啉可以在我们的皮肤和口腔中积聚。一般来说，皮肤表面的卟啉越多，伤口和痤疮愈合的难度就越大。LED光为研究人员提供了足够的视觉信息，可以通过计算手段将来自智能手机图像的RGB颜色“转换”为视觉光谱中的其他波长。这将生成一个由视觉光谱的15个不同部分组成的“伪多光谱”图像，而非原始RGB图像中的3个。伪多光谱图像具有更高的视觉分辨率，能够清晰地分辨皮肤和口腔内的卟啉簇。此外，尽管他们设计的这种方法是用来显示卟啉，但研究人员可以修改图像分析方式来检测在LED下也会发出荧光的其他细菌特征。随后，他们使用这种LED增强型智能手机对两名参与者的面部皮肤和口腔进行了拍摄。
鼻翼右侧皮肤和牙面上已有细菌积累
两名分别为混合型和油性皮肤志愿者的细菌评估王瑞康说：“这正是这项技术的美妙之处，我们可以同时分析不同的成分。如果要检测生成其他副产物的细菌，你可以利用相同的图片来寻找它，但目前还不能使用传统的图像系统来做到这一点。”他表示，视觉系统和图像分析还可以帮助识别其他医疗环境中的潜在问题细菌，例如身体其他部位的伤口愈合。王瑞康说：“因为身体是一个复杂的环境。这种方法具有解决多种类型问题的巨大潜力。”
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