Çoğu akıllı telefonun en yeni sürümleri en az iki ve bazen üç dahili kamera içerir. Illinois Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, sağlık tanılama, çevresel izleme ve genel amaçlı renk algılama uygulamaları için yerleşik bir görüntü algılayıcı üretme fikrini mobil aygıt üreticileri ile işbirliği çerçevesinde satmak istiyorlar.
Üç yıl önce, Ulusal Bilim Vakfı “Lab-in-a-Smartphone” adlı teknolojiyi geliştirmek için iki Illinois Üniversitesi profesörüne hibe sağladı. Brian Cunningham, Mühendislik Profesörü Donald Biggar ve elektrik ve bilgisayar mühendisliği öğretim üyesi olan John Dallesasse’dan oluşan araştırma ekibi, mobil cihazların normalde gerçekleştirilen sağlık teşhis testlerini ve diğer ölçümleri yapabilecekleri potansiyel yolları ayrıntılı bir şekilde kesinleştirerek, yayınladılar.
En son çabaları, sensörleri içeren mobil cihazların renkli sıvıların optik absorpsiyon spektrumlarını veya katı cisimlerin optik olarak dağınık spektrumlarının doğru ölçümlerini sağlayabilmek. Başka bir deyişle, akıllı telefonda “bilim kamerası” laboratuvarı içeren bir mobil cihaz üretmek. Sonuçta üretilecek bu cihaz varolan bir renkten diğerine değişen bir materyal olan sıvı bazlı veya kağıt bazlı tıbbi testleri doğru bir şekilde okuyabilecek.
Ekip, bir telefonun gövdesine sığabilen bir form faktöründe optik spektroskopi gerçekleştiren oldukça kompakt, ucuz bir sistemi başarıyla geliştirdi. Buluş, ucuz bileşenleri ve aynı tür LED’leri telefonlarda flaş aydınlatması için kullanıyor. Geleneksel bir akıllı telefon görüntü algılayıcının üstüne eklenmiş özel bir bileşen ile sıvıların ışık emilimini ve katıların saçılma spektrumunu ölçebilecek.
Spektroskopik Analiz Sistemi
Cunningham, “Kullanım noktasında biyomedikal testler veya laboratuvardan uzak yapılabilecek testler için akıllı telefonların ve mobil cihazların algılama özelliklerini kullanmaya çalıştığımız birkaç proje geliştirdik. Fakat şu ana kadar üzerinde çalıştığımız tüm projelerde, ölçümü gerçekleştirmek için telefonun irtibatta olması gereken bir araca ya da bir alet var.” dedi.
Bununla birlikte, Sensörler ve Aktüatörler’de yayınlanan “Sıvı veya katı deneyleri ölçmek için düşük dikey yüksekliğe sahip entegre spektroskopik analiz sistemi” adlı son metinde, bir akıllı telefonun, sıvının özel rengini ölçmek için sıvıyı içeren bir kartuşun üzerine nasıl doğrudan yerleştirilebileceğini ayrıntılarıyla açıklamaktadır. Sonuçlar daha sonra doğrudan elektronik olarak bir doktora gönderilebilir. Bu doktor bir tanı koyabilir ve bir doktorun bizzat görüşmesi gerekmeyen bir çare önerebilir.
Cunningham, “Uygulamada Sistemi Çalıştırmak için akıllı telefon üreticileri bilim amaçlı bir kamera ekliyorlar” Ek görüntü sensörünün piksellerinde kameranın bir spektrometreye dönüştüğü doğrusal bir değişken filtre bulunacak ve bu bileşen telefonun ayrılmaz bir parçası olacak. Ürettiği bilgiler diğerleriyle sorunsuz bir şekilde entegre edilebilir. Hastayla ilgili bilgi ve gerçekleştirilen testin yanı sıra, hızlı bir şekilde geri bildirim sağlayan bulut tabanlı bir akıllı hizmet sistemi ile etkileşim kuruyor “dedi.
Konsepti kanıtlamak için, hamile bir kadının erken doğum yapma ihtimalini belirlemek amacıyla konsantrasyonu kullanılan bir protein olan bir fetal fibronektine enzim bağlı immünosorbant assay‘ın (ELISA) sıvılarını doğru bir şekilde ölçtüler. Tıbbi teknolojilerin klinik uygulamalarına odaklanan araştırmayı biyomühendislikte MD / Doktora öğrencisi olan Kenny Long, büyük uğraşlarla başlattı.
Projeyle ilgili diğer öğrenciler arasında / postdocs’da ECE lisansüstü öğrencileri John Carlson, Saoud Al-Mulla, Benjamin Kesler ve Patrick Su yer alıyor. Çin’deki Beihang Üniversitesi’nden bilim adamı Yuhang Wan’ı ziyaret eden gazetenin baş yazarı, Çin’deki Huazhong Üniversitesi’nden konuk bilim adamı Wang Peng de bu faydalı araştırmaya katkıda bulundu.
Piksel Yoğunluğu Spektrumu
Cunningham, “Uzmanlığınız yetersiz olsa bile , akıllı telefon görüntüsündeki kırmızı, yeşil ve mavi piksel yoğunluklarını kullanarak nesnenin rengini kabaca ölçmek mümkündür. Ancak, tüm spektrumu ölçtüğünüzde daha zengin bilgiler edinebilirsiniz ve algılanan dalga boylarını kızılötesine genişletebilirsiniz.” dedi.
Daha spesifik olarak, bu teknoloji silindirik plastik bir çubuk halinde toplanan bir ışık yayan diyotlardan (LED‘ler) bir aydınlatma kullanmaktadır. Çubuk ışığı kolizarize eder ve kameranın önündeki bir test noktasına gönderir. Sistem, aynı anda yalnızca bir dalga boyunun kameraya geçmesine izin verir.
Ancak seçilen dalga boyu kameranın genişliği boyunca doğrusal olarak değişir. Doğrusal Değişkenli Filtre (LVF) adı verilen sistemde kullanılan bileşen, kamera piksellerinin üzerine yapıştırılmış ~ 2×8 mm2 ince bir cam parçasına benzemektedir. Bu nedenle klasik spektrometre gibi dikey boşluk kullanmadan dalga boyu ayırma gerçekleştirir.
Cunningham, “Filtre komponentini geleneksel görüntü sensörünün piksellerine yapıştırarak bir LVF spektrometresi geliştirdik” dedi. “Sol taraftan mavi ışığa, sağda kırmızıya izin veriyor. Diğer tüm dalga boylarına izin vermek için sol taraftan sağ tarafa derecelendirilmiş bir dalga boyu iletim filtresi.
Bir dalga boyunu tümü boyunca parlatırsanız, ışık sadece bir noktada görüntü sensörüne geçecektir Birçok dalga boyu bir anda geçtiğinde, görüntü sensörünün piksel yoğunluğu ışık spektrumunu ölçer.”
Teknoloji, gelişmekte olan ülkelerde veya kırsal alanlarda, doktor ofisine gitmenin zorluğunu çözebilir. Kağıtta gösterilen aynı metodoloji, beslenme, kalp sağlığı, sepsis, kanser, gebelik, enfeksiyöz hastalıklar, istismar ilaçları, hormonlar ve diğerleri için biyolojik belirteçleri nicel olarak tespit etmek için uygulanabilir.
Mobil Sağlık
Cunningham, akıllı telefon üreticileriyle yaptığı keşiflerde son birkaç yıldır çeşitli görüşmeler yapmış. Onları bir telefona başka bir kamera eklemeye ikna etmek için anladığını, zorlayıcı tüketici uygulamaları olması gerektiğini anlıyor. Bu amaçla, yayınları, bileşenlerin renkli kağıt ve pH test şeritlerini temsili örnekler olarak kullanarak ince yüzey farklılıklarını gözlemlemek için katı yüzeylerin dağınık dağılım spektrumunu ölçebildiğini göstermektedir.
Cunningham, “Sağlık tanı testlerini ölçmenin yanı sıra, sensör de her türlü eğlenceli şeyi ölçebilir” dedi. “Örneğin, gömlek gibi gündelik nesnelerin rengini ölçmek veya gökyüzünün rengini oturma odanızdaki boya rengiyle eşleştirmek için kullanılabilir.Grafik sanatçıları, fotoğrafçıları, mimarları, ve bilim adamları gibi herkes kullanabilir.”
Temelde olsa da, telefon şirketlerinin halihazırda kendi cihazlarını mobil sağlık için kullanmayı düşündüğü bir manzaradan faydalanmayı umuyor.
Cunningham, “Mobil sağlık, büyük akıllı telefon şirketlerinin sağlayabileceği bir hizmet olan beslenme veya sağlık için tıbbi tanı testleri anlamına gelecek” dedi. “Sağlık hizmetlerinin yetenekleri ile katlanabileceği yolları arayan ve bu yeteneği sayesinde telefonlarını başkalarından ayırmak isteyen şirketler bulmayı umuyoruz” dedi.
