Las imágenes espectrales, que contienen más información de color que la que se puede obtener con una cámara típica, revelan características de tejidos y otras muestras biológicas que no pueden verse a simple vista. Un nuevo dispositivo compatible con teléfonos inteligentes que se sostiene como un lápiz podríahacer que sea práctico adquirir imágenes espectrales de objetos cotidianos y eventualmente puede usarse para el diagnóstico médico en el punto de atención en ubicaciones remotas.
Las aplicaciones potenciales del nuevo dispositivo incluyen detectar la saturación de oxígeno en la sangre de una persona, determinar la frescura de la carne en el supermercado e identificar la fruta que es la madurez perfecta. El espectrómetro también podría facilitar la adquisición de datos espectrales en el campo paraestudios científicos.
En la revista The Optical Society OSA Biomedical Optics Express , los investigadores describen cómo hacer el nuevo espectrómetro con forma de lápiz y demuestran su capacidad para adquirir imágenes espectrales de plátanos, carne de cerdo y la mano de una persona. El nuevo dispositivo puede detectar longitudes de onda de 400 a 676 nanómetros en 186 puntos simultáneamente.
"La forma más fácil de usar un espectrómetro es agitarlo sobre la parte del cuerpo u objeto que se está examinando", dijo el primer autor Fuhong Cai, de la Universidad de Hainan, China. "Sin embargo, muchos espectrómetros portátiles hechos en casa usan una cámara de teléfono inteligente"para adquirir datos y una base para teléfono que contiene otras ópticas necesarias. La base puede ser difícil de alinear correctamente y hace que sea difícil mover el teléfono inteligente sobre el cuerpo ".
En lugar de usar una cámara de teléfono inteligente para adquirir imágenes, el nuevo espectrómetro utiliza una cámara de semiconductores de óxido de metal CMOS complementaria disponible en el mercado que transmite imágenes de forma inalámbrica a un teléfono inteligente. Este enfoque permitió a los investigadores ensamblar un dispositivo de pesaje de imagen espectral cilíndricosolo 140 gramos aproximadamente 5 onzas que es aproximadamente la longitud del teléfono inteligente y un poco más de 3 centímetros de diámetro.
Uso de componentes listos para usar
El nuevo espectrómetro similar a un lápiz utiliza todos los componentes disponibles en el mercado que se pueden comprar por menos de $ 300 EE. UU.. La fuente de luz es una matriz de LED blancos, que se conecta a un tubo de lente óptico estándar con elDetector CMOS y otros componentes ópticos necesarios para imágenes espectrales.
Uno puede usar el espectrómetro similar a un lápiz simplemente moviéndolo a través del área del objetivo con la mano. Este proceso de escaneo manual de escoba acumula una serie de imágenes espectrales que se envían a un teléfono inteligente o computadora donde el software une las imágenes espectralesen un cubo de datos de imágenes espectrales en 3D.
Los investigadores probaron el espectrómetro usándolo para detectar la madurez del plátano y los niveles de mioglobina, la proteína que contiene hierro que le da color a la carne, en un trozo de carne de cerdo. También lo usaron para escanear la mano de una persona, obteniendo unVideo de 16 segundos que contiene 200 imágenes espectrales. A partir de las imágenes espectrales en 3D, los investigadores pudieron distinguir cinco dedos y la palma y vieron diferencias en la distribución de hemoglobina en varias partes de la mano.
Los investigadores también están interesados en usar su espectrómetro de imagen compacto para monitoreo ambiental. "Estamos desarrollando cámaras espectrales distribuidas que podrían usarse para una amplia gama de estudios oceánicos, como la detección de materia orgánica disuelta en el agua o pigmentos que indican tempranamentesignos de floraciones de algas nocivas ", dijo Cai." Dado que el espectrómetro de imágenes se puede conectar a cualquier tipo de cámara, también estamos examinando la idea de conectarlo a la cámara de un vehículo autónomo para crear un sistema de detección remota del océano ".
Optimizando el sistema
Aunque el uso de componentes disponibles en el mercado para hacer el prototipo significa que cualquiera puede ensamblar el dispositivo, también establece algunos límites en la resolución y la sensibilidad. Por ejemplo, el prototipo solo puede resolver longitudes de onda que difieren en al menos 17 nanómetros.
"Esperamos mejoras significativas en la resolución espectral en el futuro mediante el uso de una cámara mejorada con una lente de distancia focal larga", dijo Dan Wang, Universidad de Tecnología Química de Beijing, China, miembro del equipo de investigación ". Estas mejoras ampliarían laaplicaciones para el dispositivo "
Los investigadores también planean desarrollar software para hacer que el generador de imágenes espectrales sea aún más útil. "Queremos desarrollar formas de utilizar algoritmos de aprendizaje automático para analizar las cantidades masivas de datos que podrían recopilarse con el generador de imágenes de espectros portátil", dijo Sailing He, Universidad de Zhejiang, China, miembro del equipo de investigación. "También queremos crear software para teléfonos inteligentes que utilice datos de imágenes espectrales para medir la frescura de la carne, por ejemplo".
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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