Imágenes espectrales, que contienen más información de color de la que se puede obtener con una cámara típica, revelan características de tejido y otras muestras biológicas que no se pueden ver a simple vista. Un nuevo dispositivo compatible con teléfonos inteligentes que se sostiene como un lápiz podría hacer que sea práctico adquirir imágenes espectrales de objetos cotidianos y, eventualmente, podría usarse para el diagnóstico médico en el punto de atención en ubicaciones remotas.

Las posibles aplicaciones del nuevo dispositivo incluyen la detección de la saturación de oxígeno en la sangre de una persona, determinar la frescura de la carne en la tienda de comestibles e identificar la fruta que tiene la madurez perfecta. El espectrómetro también podría facilitar la adquisición de datos espectrales en el campo para estudios científicos.

En la revista The Optical Society (OSA) Óptica Biomédica Express , los investigadores describen cómo hacer el nuevo espectrómetro con forma de lápiz y demuestran su capacidad para adquirir imágenes espectrales de bananas, 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 sencilla de utilizar un espectrómetro es agitarlo sobre la parte del cuerpo o del objeto que se está examinando, "dijo el primer autor Fuhong Cai, Universidad de Hainan, Porcelana. "Sin embargo, Muchos espectrómetros portátiles caseros usan la cámara de un teléfono inteligente para adquirir datos y una base de teléfono que contiene otras ópticas necesarias. La base puede ser difícil de alinear correctamente y hace que sea incómodo mover el teléfono inteligente sobre el cuerpo ".

En lugar de utilizar la cámara de un teléfono inteligente para adquirir imágenes, El nuevo espectrómetro utiliza una cámara semiconductora de óxido de metal complementaria (CMOS) disponible comercialmente que transmite imágenes de forma inalámbrica a un teléfono inteligente. Este enfoque permitió a los investigadores ensamblar un dispositivo cilíndrico de imágenes espectrales que pesa solo 140 gramos (aproximadamente 5 onzas), aproximadamente la longitud de un teléfono inteligente y poco más de 3 centímetros de diámetro.

Usar componentes listos para usar

El nuevo espectrómetro con forma de lápiz utiliza todos los componentes disponibles comercialmente 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 óptica estándar con el detector CMOS y otros componentes ópticos necesarios para la obtención de imágenes espectrales.

Se puede usar el espectrómetro en forma de lápiz simplemente moviéndolo a través del área objetivo con la mano. Este proceso de escaneo manual con escoba crea una serie de imágenes espectrales que se envían a un teléfono inteligente o computadora donde el software une las imágenes espectrales en un cubo de datos de imágenes espectrales 3D.

Los investigadores probaron el espectrómetro usándolo para detectar la madurez del plátano y los niveles de mioglobina, la proteína que contiene hierro que da color a la carne, en un trozo de cerdo. También lo usaron para escanear la mano de una persona, obteniendo un video de 16 segundos que contiene 200 imágenes espectrales. De las imágenes espectrales 3D, los investigadores pudieron distinguir cinco dedos y la palma y vieron diferencias en la distribución de la hemoglobina en varias partes de la mano.

Los investigadores también están interesados ​​en utilizar su espectrómetro de imágenes compacto para el monitoreo ambiental. "Estamos desarrollando cámaras espectrales distribuidas que podrían usarse para una amplia gama de estudios oceánicos, como detectar materia orgánica disuelta en agua o pigmentos que indican signos tempranos 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 comercialmente para hacer el prototipo significa que cualquiera puede ensamblar el dispositivo, también impone algunos límites a la resolución y la sensibilidad. Por ejemplo, el prototipo solo puede resolver longitudes de onda que difieran 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 longitud focal larga, "dijo Dan Wang, Universidad de Tecnología Química de Beijing, Porcelana, miembro del equipo de investigación. "Estas mejoras ampliarían las aplicaciones 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 enormes cantidades de datos que podrían recopilarse con el generador de imágenes de espectros portátil". "dijo Sailing He, Universidad de Zhejiang, Porcelana, 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."