Un microscope numérique qui utilise l’holographie et la technologie d’apprentissage en profondeur pourrait détecter le COVID-19 dans une goutte de sang. Un diagnostic pourrait être posé sur place en quelques minutes au lieu des heures ou parfois des jours que cela peut prendre pour Test PCR résultats à revenir.
Le système, qui utilise la microscopie holographique numérique, pourrait être utilisé dans des zones dépourvues d’installations de soins de santé, ainsi que dans des hôpitaux dont les laboratoires sont en attente de tests.
C’est selon l’un des développeurs de la machine, IEEE Fellow Bahram Javidi. Il est le directeur du laboratoire de systèmes de détection optique et d’imagerie multidimensionnelle au Université du Connecticut à Storrs. Ses collaborateurs étaient Dr Bruce T. Liang, Timothy O’Connor et Dr Jian Bing Shen. Liang est doyen de la faculté de médecine de l’université, O’Connor est étudiant diplômé en génie biomédical et Shen est médecin au centre médical de l’université. L’article des chercheurs sur leurs conclusions préliminaires, “Apprentissage profond holographique numérique des globules rouges pour un dépistage rapide et portable du COVID-19, a été publié dans le numéro du 15 mai de l’Optical Society’s Lettres d’optique.
La lumière émise par la diode laser illumine les globules rouges, qui sont ensuite grossis par l’objectif du microscope. La plaque de verre crée des reflets sur ses surfaces avant et arrière. Les deux faisceaux réfléchis s’auto-interfèrent pour former un hologramme numérique.Tim O’Connor
Javidi a dit L’Institut le projet est né de son désir d’aider à arrêter la propagation du coronavirus dans certaines régions d’Afrique, d’Asie et d’ailleurs qui disposent de ressources limitées.
“Je voulais trouver un moyen de tester rapidement le virus à partir d’une goutte de sang en utilisant un système d’identification de la maladie abordable, portable et rapide”, dit-il.
C’est exactement ce que les chercheurs ont développé. La machine utilise des composants à faible coût qui, selon Javidi, peuvent être facilement obtenus, notamment une caméra, une diode laser, un objectif, une plaque de verre et un capteur d’image CMOS. Le corps du microscope peut être réalisé à l’aide d’une imprimante 3D.
TESTER UNE THÉORIE
Un certain nombre de maladies peuvent modifier les globules rouges d’une personne. Javidi, qui n’est pas médecin, s’est demandé s’il pouvait en être de même pour le coronavirus.
“Les signatures seraient très petites – au niveau nanométrique – mais les changements dans les globules rouges seraient toujours là”, dit-il.
Il a confirmé sa théorie auprès des médecins du Centre de santé UConn. Les hématologues qui étudient le COVID-19 ont signalé avoir observé des changements dans les cellules sanguines de leurs patients, tels que des taux d’hémoglobine et d’hématocrite considérablement plus bas. De plus, dit Javidi, des changements morphologiques ont été signalés chez des patients COVID-positifs. Lui et son équipe ont également trouvé des recherches récentes sur les patients COVID-19 qui suggèrent des différences statistiquement significatives dans la taille et la forme des globules rouges, en particulier chez ceux qui ont un cas grave de virus.
L’équipe de recherche de Javidi a décidé d’explorer la microscopie holographique numérique, qui est utilisée dans l’imagerie cellulaire, la classification cellulaire et l’identification des maladies.
“Le DHM a suscité un grand intérêt en raison de son fonctionnement sans tache, de sa capacité de recentrage numérique et de son fonctionnement en une seule fois, se prêtant comme un outil puissant pour l’étude d’échantillons biologiques”, ont écrit les chercheurs dans leur article. « La technologie a une bonne résolution verticale, ce qui aide les chercheurs à avoir une meilleure idée de la morphologie des cellules. Et comme elle repose sur des ordinateurs pour une grande partie du traitement de l’image, elle est facile à utiliser.
La technologie a permis d’identifier le paludisme, le diabète, la drépanocytose et d’autres maladies grâce à des échantillons de sang.
Dans le microscope holographique de l’équipe, la lumière de la diode laser traverse l’échantillon de sang et est ensuite agrandie par un objectif. Une partie de la lumière rebondit ensuite sur l’avant d’une plaque de verre et une partie sur l’arrière, créant deux copies de la lumière qui ont traversé l’échantillon. Cela crée un hologramme qui est ensuite enregistré par un capteur d’image. Un technicien est capable de travailler informatiquement avec l’hologramme pour reconstruire un profil 3D de l’échantillon.
“Je voulais trouver un moyen de tester rapidement le virus à partir d’une goutte de sang en utilisant un système d’identification de la maladie abordable, portable et rapide.”
Les cellules individuelles sont reconstruites numériquement pour récupérer le profil de phase des cellules en raison de la propagation et de l’interaction de la lumière à travers les cellules, puis entrées dans le réseau d’apprentissage en profondeur pour être classées.
Étant donné qu’aucune caractéristique des cellules n’était révélatrice d’une infection, l’équipe a mesuré un certain nombre de caractéristiques différentes et les a introduites dans le réseau à classer.
L’équipe de Javidi a travaillé avec des médecins du centre de santé de l’université pour obtenir les échantillons de sang. L’étude a porté sur plus de 1 400 globules rouges, dont 840 provenant de 10 patients testés positifs pour le virus et 630 de 14 agents de santé testés négatifs. Le système de microscope a révélé que 80 pour cent des patients avaient le virus et que 13 des 14 travailleurs étaient exempts de virus.
Les résultats préliminaires étaient positifs, mais il y avait des limites à la recherche, dit Javidi. L’efficacité du test pour une détection précoce n’est pas claire, car les échantillons ont été prélevés sur des patients présentant un cas modéré de virus.
Javidi dit que la prochaine étape est de continuer à tester des échantillons de sang de patients COVID-19. Il souhaite élargir le pool d’échantillons pour inclure des personnes en dehors des États-Unis et recherche des collaborateurs.
Il cherche un financement des États-Unis Fondation nationale de la science.
Vous pouvez en savoir plus sur le projet dans le labo site Internet ou en consultant ceci vidéo.
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