低成本成像系統(tǒng)準備提供自動蚊子跟蹤

世界衛(wèi)生組織(WHO)稱，瘧疾、登革熱和黃熱病等由蚊子傳播的疾病每年導致數(shù)十萬人死亡。一種新的低成本成像系統(tǒng)可以更容易地追蹤攜帶疾病的蚊子種類，從而更及時、更有針對性地做出反應(yīng)。

來自約翰霍普金斯大學的研究小組負責人亞當·古德溫說:“像我們這樣的遠程系統(tǒng)可以大大減少在特定地區(qū)監(jiān)測蚊子所需的勞動力，從而大大提高了進行更多監(jiān)測的能力?！薄叭绻隳芴峁└嗟奈米訑?shù)據(jù)，那么你就能更快地發(fā)現(xiàn)，挽救更多的生命?！?/p>

在光學學會(OSA)的期刊《生物醫(yī)學光學快報》(Biomedical Optics Express)上，古德溫及其同事的論文是關(guān)于在低資源環(huán)境下改善醫(yī)療保健的光學技術(shù)專題期刊的一部分。在這篇論文中，他們描述了這個新系統(tǒng)，它被設(shè)計用來從一個蚊子陷阱里傳送圖像，這些圖像足夠詳細，讓昆蟲學家能夠區(qū)分蚊子的翅膀圖案和鱗片的顏色，這些特征表明蚊子是否是攜帶疾病的物種。這些信息可以用來計劃對該物種最有效的干預(yù)措施。

“新系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的經(jīng)典應(yīng)用，”古德溫說?！八罱K可能與計算機視覺算法配對，自動確定物種，并將信息提供給公共衛(wèi)生系統(tǒng)?！?/p>

開發(fā)一個遠程成像陷阱

在世界上許多蚊子傳播疾病的地區(qū)，了解哪些蚊子種類的數(shù)量是有問題的，需要不斷地在多個地點誘捕蚊子。然后，工作人員必須開車到一個縣或地區(qū)，每周放下或撿起數(shù)百個捕獸器，將標本帶回實驗室，在顯微鏡下進行鑒定。

古德溫說:“我們的新光學系統(tǒng)可以放置在傳統(tǒng)的捕蚊器內(nèi)，對蚊子的數(shù)量、多樣性和分布情況進行遠程監(jiān)測。”“使用成像是特別有吸引力的，因為只要圖像質(zhì)量高，幾只蚊子可以同時從一張圖像中識別出來?！?/p>

在設(shè)計該系統(tǒng)時，研究人員著重于準確識別埃及伊蚊的能力，這種蚊子可以傳播寨卡病毒、登革熱、基孔肯雅熱和黃熱病。這種入侵物種原產(chǎn)于非洲，但已在世界許多地方建立了自己的地位，包括北美、歐洲和亞洲。他們說，同樣的方法也可以應(yīng)用于其他昆蟲，只要有一種方法可以捕獲并可靠地成像。

利用光學和相機傳感器，研究人員優(yōu)化了他們的光學設(shè)置，以獲得一個解決方案，同時需要成像許多蚊子，并有能力看到足夠的細節(jié)，以確定蚊子的種類。

古德溫說:“我們的新系統(tǒng)在監(jiān)測難以到達的地區(qū)和商業(yè)入境口岸的埃及伊蚊方面特別有用。在這些地方，外來入侵物種可以從其他進入。”“它還可能擴大目前對已經(jīng)監(jiān)測埃及伊蚊種群的地區(qū)的監(jiān)測行動。”

在大多數(shù)情況下，公共衛(wèi)生系統(tǒng)只需要確定蚊子的數(shù)量或種類是否每天或每小時都有變化，而不是每分鐘都有變化。這意味著相機傳感器一天最多只需要打開幾次。這將使電力消耗保持在互聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備的可行范圍內(nèi)。

測試系統(tǒng)

為了測試這個新系統(tǒng)，研究人員比較了昆蟲學家對數(shù)字顯微鏡圖像和遠程成像系統(tǒng)的標本進行分類的能力。它們的能力在不同的圖像類型之間沒有顯著的差異。雖然昆蟲學家在顯微圖像和遠程系統(tǒng)圖像的物種分類上做得不是很好，但在屬分類上做得很好。

古德溫說:“昆蟲學家不習慣于從圖像中識別標本，因為他們通常親自攜帶標本，并在顯微鏡下用鑷子進行操作?！薄叭欢?，最近利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從圖像中對蚊子進行分類的工作確實顯示出了希望?！?/p>

研究人員計劃繼續(xù)優(yōu)化遠程陷阱，并計劃將計算機視覺算法和互聯(lián)網(wǎng)連接集成到系統(tǒng)中?！斑@將使物種信息能夠直接發(fā)送到公共衛(wèi)生系統(tǒng)，以供決策，”Goodwin說?！拔覀冋J為，這個系統(tǒng)將在這方面真正大放異彩?！?/p>