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用智能手机自动检验血液中的寄生虫

在喀麦隆进行的一项CellScope Loa的初步研究。CellScope是加州大学伯克利分校科学家领导研发的一种基于手机视频的显微镜。这项研究发现CellScope Loa与传统的血液涂片检验方法同样灵敏,能够检测罗阿丝虫在血液中的水平。

CellScope Loa的一张模式图,CellScope Loa新研发出的一种基于手机视频的显微镜,组成的原件包括一个3D打印的手机套,其中安装有简单的光学原件、相关电路和微控制器,这些能够对血样进行处理。CellScope Loa能够在不到三分钟的时间内对血样中的罗阿丝虫的水平进行定量检测。

据国外媒体报道,美国加州大学伯克利分校的工程师领导的研究小组日前研发出了一种基于智能手机的显微镜技术。使用手机的摄像头,这种技术能够自动的对一滴病人血液进行检测,判断病人是否感染了寄生虫,并对寄生虫的数量进行定量分析。这一技术是基于CellScope的第二代技术,后者也是由加州大学伯克利分校的科学家发明的。这种新技术将为医疗工作者提供重要的信息,为消灭在非洲肆虐的丝虫病助一臂之力。

"我们此前的研究就已经证明,手机可以被用作显微镜,但这项新技术是第一个把成像技术的硬件和自动化的软件整合到一起,能够进行全自动诊断的技术",Daniel Fletcher介绍说,他是加州大学伯克利分校生物工程系教授,也是该系的副系主任,CellScope就是他的实验室研发的,"这种名叫video CellScope(视频CellScope)的新技术,能够为医疗工作者提供快速准确的结果,帮助他们决定治疗方法,拯救病人的生命。"

加州大学伯克利分校的这些工程师和美国国立过敏与传染病研究所的Thomas Nutman博士,以及喀麦隆和法国的科学家合作研发出了用于检测的装置。这些科学家还在喀麦隆进行了初步的研究,那里的医疗工作者一直在抗击盘尾丝虫病(又叫河盲症)和淋巴丝虫病。

Video CellScope技术不是通过检测分子标记物或是荧光染料来检测寄生虫,而是通过寄生虫的运动来进行检测。科学家发现这种技术和传统的筛查方法一样灵敏。这项初步研究的结果于5月6日发表在《科学 转化医学》杂志上。

"这项研究试图解决的是那些被忽略的热带疾病",Fletcher介绍说。"有一些人群正在遭受部分可怕疾病的肆虐,这些疾病是可以治疗的。这项研究证明可以用技术来填补这些空白。"

抗击寄生虫

河盲症是通过黑蝇叮咬传播的,也是全球传染性致盲(infectious blindness)的第二大原因。淋巴丝虫病又叫象皮病是通过蚊子叮咬传播的,会导致全身疼痛和严重水肿。淋巴丝虫病是全球第二大致残的原因,和河盲症一样,也是部分非洲地区的高发传染病。

一种名叫伊维菌素(ivermectin,简称IVM)的抗寄生虫药物可以用于治疗上述两种疾病,但是无法在人群中进行大规模的使用,因为那些同时还感染了罗阿丝虫的病人使用这种药物的时候有可能会出现致命的副作用,感染罗阿丝虫会导致人患上罗阿丝虫病(又叫非洲眼病)。当病人的血液中有高水平的罗阿丝虫的时候,用伊维菌素进行治疗有可能会导致严重甚至致命的大脑和神经系统的其它损伤。

筛查血液中罗阿丝虫水平的传统方法需要接受过培训的技术人员来完成,使用实验室中常规的显微镜,对血液图片中寄生虫的数量进行人工计数。非洲病区的条件以及大规模使用伊维菌素的需求使得这种方法不具有实际的可行性。

罗阿丝虫病可能引发的严重副作用,以及病人在治疗前无法快速定量检测罗阿丝虫的水平使伊维菌素无法得到广泛的使用,这是阻碍消灭河盲症和象皮病的原因。

新一代的CellScope:使用视频进行自动化检测

这种新一代的使用手机的显微镜叫做CellScope Loa(罗阿CellScope),科学家把一个3D打印的塑料底板和智能手机整合到一起,使用时只需把血样滴到这个板上,底板上装有LED灯、微控制器、齿轮、电路和一个USB接口。

整个装置的控制由科学家研发的一个手机应用自动完成。使用者只需在手机屏幕上按一下,手机就会通过蓝牙与底板上的控制器实现无线通讯,对血样进行处理和分析。齿轮会把血样移动到摄像头前方,一种计算机算法会对手机拍下的视频中丝虫标志性的扭曲运动自动的进行分析,并把丝虫的数量显示在显示屏上。

Fletcher介绍说此前的病区现场检验显示,自动化会降低人为错误的比例。从把血样插入底板到最后显示结果,这种检验方法只需要不到两分钟的时间。另外用针戳一下手指,然后用毛细管采血需要一分钟。

能够迅速获得检验结果使医疗工作者可以在现场迅速的决定使用伊维菌素是否安全。

"在药物治疗前能够进行现场检验是一个大的进步,有助于控制这些在非洲肆虐的疾病",加州大学伯克利分校环境科学、政策与管理系的教授、水域生态学家Vincent Resh介绍说,"这项研究研发的手机应用很有实用性和独创性,(医疗工作者)迫切需要这样的应用。"

Resh没有参与这项CellScope的研究,但已经在西非工作了15年,一直致力于控制盘尾丝虫病的传播。

科学家正在扩大CellScope Loa的研究规模,将把喀麦隆参与研究的人数扩大至40,000人。

这项研究论文共同的第一作者是Michael D’Ambrosio和Matthew Bakalar,前者是加州大学伯克利分校生物工程学领域的科学家,后者是加州大学伯克利分校生物工程学系的研究生。其它参与者还包括喀麦隆Yaoundé大学和法国蒙彼利埃大学的研究人员。

比尔和梅林达盖茨基金会、加州大学伯克利分校的Blum发展中国家经济中心、美国国际开发署和美国国立过敏与传染病研究所对这项研究提供了资助。美国国立过敏与传染病研究所是美国国立卫生研究院下辖的研究机构。

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    用智能手机自动检验血液中的寄生虫

    在喀麦隆进行的一项CellScope Loa的初步研究。CellScope是加州大学伯克利分校科学家领导研发的一种基于手机视频的显微镜。这项研究发现CellScope Loa与传统的血液涂片检验方法同样灵敏,能够检测罗阿丝虫在血液中的水平。

    CellScope Loa的一张模式图,CellScope Loa新研发出的一种基于手机视频的显微镜,组成的原件包括一个3D打印的手机套,其中安装有简单的光学原件、相关电路和微控制器,这些能够对血样进行处理。CellScope Loa能够在不到三分钟的时间内对血样中的罗阿丝虫的水平进行定量检测。

    据国外媒体报道,美国加州大学伯克利分校的工程师领导的研究小组日前研发出了一种基于智能手机的显微镜技术。使用手机的摄像头,这种技术能够自动的对一滴病人血液进行检测,判断病人是否感染了寄生虫,并对寄生虫的数量进行定量分析。这一技术是基于CellScope的第二代技术,后者也是由加州大学伯克利分校的科学家发明的。这种新技术将为医疗工作者提供重要的信息,为消灭在非洲肆虐的丝虫病助一臂之力。

    "我们此前的研究就已经证明,手机可以被用作显微镜,但这项新技术是第一个把成像技术的硬件和自动化的软件整合到一起,能够进行全自动诊断的技术",Daniel Fletcher介绍说,他是加州大学伯克利分校生物工程系教授,也是该系的副系主任,CellScope就是他的实验室研发的,"这种名叫video CellScope(视频CellScope)的新技术,能够为医疗工作者提供快速准确的结果,帮助他们决定治疗方法,拯救病人的生命。"

    加州大学伯克利分校的这些工程师和美国国立过敏与传染病研究所的Thomas Nutman博士,以及喀麦隆和法国的科学家合作研发出了用于检测的装置。这些科学家还在喀麦隆进行了初步的研究,那里的医疗工作者一直在抗击盘尾丝虫病(又叫河盲症)和淋巴丝虫病。

    Video CellScope技术不是通过检测分子标记物或是荧光染料来检测寄生虫,而是通过寄生虫的运动来进行检测。科学家发现这种技术和传统的筛查方法一样灵敏。这项初步研究的结果于5月6日发表在《科学 转化医学》杂志上。

    "这项研究试图解决的是那些被忽略的热带疾病",Fletcher介绍说。"有一些人群正在遭受部分可怕疾病的肆虐,这些疾病是可以治疗的。这项研究证明可以用技术来填补这些空白。"

    抗击寄生虫

    河盲症是通过黑蝇叮咬传播的,也是全球传染性致盲(infectious blindness)的第二大原因。淋巴丝虫病又叫象皮病是通过蚊子叮咬传播的,会导致全身疼痛和严重水肿。淋巴丝虫病是全球第二大致残的原因,和河盲症一样,也是部分非洲地区的高发传染病。

    一种名叫伊维菌素(ivermectin,简称IVM)的抗寄生虫药物可以用于治疗上述两种疾病,但是无法在人群中进行大规模的使用,因为那些同时还感染了罗阿丝虫的病人使用这种药物的时候有可能会出现致命的副作用,感染罗阿丝虫会导致人患上罗阿丝虫病(又叫非洲眼病)。当病人的血液中有高水平的罗阿丝虫的时候,用伊维菌素进行治疗有可能会导致严重甚至致命的大脑和神经系统的其它损伤。

    筛查血液中罗阿丝虫水平的传统方法需要接受过培训的技术人员来完成,使用实验室中常规的显微镜,对血液图片中寄生虫的数量进行人工计数。非洲病区的条件以及大规模使用伊维菌素的需求使得这种方法不具有实际的可行性。

    罗阿丝虫病可能引发的严重副作用,以及病人在治疗前无法快速定量检测罗阿丝虫的水平使伊维菌素无法得到广泛的使用,这是阻碍消灭河盲症和象皮病的原因。

    新一代的CellScope:使用视频进行自动化检测

    这种新一代的使用手机的显微镜叫做CellScope Loa(罗阿CellScope),科学家把一个3D打印的塑料底板和智能手机整合到一起,使用时只需把血样滴到这个板上,底板上装有LED灯、微控制器、齿轮、电路和一个USB接口。

    整个装置的控制由科学家研发的一个手机应用自动完成。使用者只需在手机屏幕上按一下,手机就会通过蓝牙与底板上的控制器实现无线通讯,对血样进行处理和分析。齿轮会把血样移动到摄像头前方,一种计算机算法会对手机拍下的视频中丝虫标志性的扭曲运动自动的进行分析,并把丝虫的数量显示在显示屏上。

    Fletcher介绍说此前的病区现场检验显示,自动化会降低人为错误的比例。从把血样插入底板到最后显示结果,这种检验方法只需要不到两分钟的时间。另外用针戳一下手指,然后用毛细管采血需要一分钟。

    能够迅速获得检验结果使医疗工作者可以在现场迅速的决定使用伊维菌素是否安全。

    "在药物治疗前能够进行现场检验是一个大的进步,有助于控制这些在非洲肆虐的疾病",加州大学伯克利分校环境科学、政策与管理系的教授、水域生态学家Vincent Resh介绍说,"这项研究研发的手机应用很有实用性和独创性,(医疗工作者)迫切需要这样的应用。"

    Resh没有参与这项CellScope的研究,但已经在西非工作了15年,一直致力于控制盘尾丝虫病的传播。

    科学家正在扩大CellScope Loa的研究规模,将把喀麦隆参与研究的人数扩大至40,000人。

    这项研究论文共同的第一作者是Michael D’Ambrosio和Matthew Bakalar,前者是加州大学伯克利分校生物工程学领域的科学家,后者是加州大学伯克利分校生物工程学系的研究生。其它参与者还包括喀麦隆Yaoundé大学和法国蒙彼利埃大学的研究人员。

    比尔和梅林达盖茨基金会、加州大学伯克利分校的Blum发展中国家经济中心、美国国际开发署和美国国立过敏与传染病研究所对这项研究提供了资助。美国国立过敏与传染病研究所是美国国立卫生研究院下辖的研究机构。