يكتشف تحليل التنفس المعتمد على الليزر عدوى COVID-19

طور باحثون في جامعة كولورادو في بولدر والمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) تقنية تحليل التنفس القائمة على الليزر والتي يمكنها اكتشاف الجزيئات في عينات التنفس التي تشير إلى وجود أمراض معينة ، مثل COVID-19. يُطلق على الجهاز اسم مشط التنفس بالتردد ، ويتضمن استخدامه ضخ عينة من التنفس في الجهاز حيث يقوم الليزر بتشعيعه على العديد من الترددات المختلفة ، وترتد المرايا الضوء حولها للتأكد من فحص العينة بدقة. بناءً على كيفية امتصاص الجزيئات في العينة للضوء ، تحلل خوارزمية التعلم الآلي ملايين نقاط البيانات التي حصل عليها النظام لتقديم نعم / لا لوجود الجزيئات التي تشير إلى وجود المرض. هذه التقنية غير جراحية وسريعة للغاية ، مما يزيد من سرعة وبساطة تشخيص مجموعة من الحالات الصحية.

تحليل التنفس هو وسيلة مثيرة للاهتمام لتحديد الصحة ، بناءً على مفهوم أن جزيئات الزفير يمكن أن تكشف عن الظروف الصحية الأساسية. تتمتع هذه التكنولوجيا بمزايا عديدة مقارنة بأساليب التشخيص الأخرى ، بما في ذلك طبيعتها غير الغازية ، وفي حالة هذا التطور الأخير ، التحليل السريع. يُطلق على هذا الجهاز الأحدث جهاز تحليل التنفس بمشط التردد ، ويستخدم ضوء الليزر بالأشعة تحت الحمراء المتوسطة والذكاء الاصطناعي لإجراء تحليل طيفي للجزيئات في الزفير.

“هناك مستقبل حقيقي ومتوقع يمكنك فيه الذهاب إلى الطبيب وقياس أنفاسك جنبًا إلى جنب مع طولك ووزنك … أو يمكنك النفخ في لسان حال مدمج في هاتفك والحصول على معلومات حول صحتك في الوقت الفعلي ، قال جون يي ، المطور الرئيسي للجهاز الجديد. “الإمكانات لا حصر لها.”

تم اختبار التكنولوجيا خلال جائحة COVID-19 في قدرتها على تمييز ما إذا كان شخص ما مصابًا. جمع الباحثون عينات أنفاس من طلاب جامعيين خضعوا لاختبار تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) للكشف عن COVID-19 في الـ 48 ساعة الماضية. تم اختبار نصف الطلاب إيجابيًا لـ COVID-19 من خلال PCR والنصف الآخر كان اختباره سلبيًا.

قاموا بإدخال العينات في الجهاز وقام الذكاء الاصطناعي بتحليل التوقيع الجزيئي لـ COVID-19. اللافت للنظر أن نظام تحليل التنفس طابق نتائج تفاعل البوليميراز المتسلسل للطلاب بنسبة 85٪ من الوقت. نظرًا لأن PCR هو الاختبار القياسي الذهبي لـ COVID ، فإن هذه النتائج مشجعة ، ويشتبه الباحثون في أن الدقة قد تكون أعلى إذا تم الحصول على عينة PCR وعينة التنفس في نفس الوقت بالضبط.

قال يي: “إذا فكرت في الكلاب ، فإنها تطورت على مدى آلاف السنين لتشم العديد من الأشياء المختلفة بحساسية ملحوظة”. “نحن في بداية تدريب أنفنا بالليزر. كلما قمنا بتعليمها ، كلما أصبحت أكثر ذكاءً “.

إليك فيديو NIST حول التكنولوجيا:

الدراسة في المجلة مجلة أبحاث التنفس: تحليل التنفس بواسطة التحليل الطيفي عالي النطاق بالليزر فائق الحساسية يكشف عن عدوى SARS-CoV-2

عبر: جامعة كولورادو في بولدر