血液檢測(cè)可以查出很多疾病，實(shí)驗(yàn)室中有 1/3 的病理檢測(cè)就是靠驗(yàn)血。
但在一些不發(fā)達(dá)地區(qū)，可能沒(méi)有專門的實(shí)驗(yàn)室和昂貴的儀器，這項(xiàng)工作開(kāi)展起來(lái)并不容易。
現(xiàn)在，來(lái)自印度的兩位研究人員基于樹(shù)莓派 4 DIY 了一個(gè)更便宜、便攜的驗(yàn)血工具。
最重要的是其檢測(cè)結(jié)果完全不亞于實(shí)驗(yàn)室專用儀器，且半分鐘就能出結(jié)果。
相關(guān)研究成果發(fā)表在 IEEE Sensors Journal。
基于樹(shù)莓派的血液檢測(cè)機(jī)器
現(xiàn)在很多實(shí)驗(yàn)室都在利用光學(xué)檢測(cè)方法來(lái)驗(yàn)血。
具體來(lái)說(shuō)就是當(dāng)光穿過(guò)血液時(shí)，它的強(qiáng)度會(huì)隨著物質(zhì)的濃度而變化，從而通過(guò)對(duì)比光吸收率就可以量化目標(biāo)分析物的濃度。
這個(gè)基于樹(shù)莓派的集成檢測(cè)系統(tǒng)用的也是這種方法。
它涉及一個(gè)自動(dòng)流體分配器，可將控制好量的試劑添加到血樣中，然后放入反應(yīng)杯。
還包括可以調(diào)節(jié)波長(zhǎng)的單色光發(fā)射組件、用于捕獲透射光的光電探測(cè)器、用于維持分析所需溫度的熱管理單元等。
圖中的處理單元（Processing Unit）和顯示 (Display) 部分即為樹(shù)莓派發(fā)揮作用的模塊。
具體檢測(cè)方法就是先讓通過(guò)血液的透射光落在光電二極管上，使其產(chǎn)生相應(yīng)的電流。
然后將電流轉(zhuǎn)換為電壓，并使用放大器放大。
再使用 ADS1115 模數(shù)轉(zhuǎn)換器將放大后的模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，通過(guò) I2C 協(xié)議將其提供給樹(shù)莓派 4 進(jìn)行進(jìn)一步處理。
分析濃度時(shí)會(huì)用到關(guān)聯(lián)光的衰減與光傳播所通過(guò)材料性質(zhì)的比爾-朗伯定律。
A：吸光度；
K：系數(shù)，可以是吸收系數(shù)或摩爾吸收系數(shù)；
l：吸收介質(zhì)的厚度，一般以 cm 為單位；
c：吸光物質(zhì)的濃度，單位可以是 g/L 或 mol/L。
為了驗(yàn)證效果，研究人員分別用專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和該系統(tǒng)來(lái)分析血液中的葡萄糖濃度。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用該系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果幾乎完全匹配。
▲ 第一行為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室結(jié)果
更重要的是，得益于 Raspberry pi 4 優(yōu)秀的處理能力，該設(shè)備可以在短短半分鐘內(nèi)給出結(jié)果。
如果想分析其他物質(zhì)濃度，只需簡(jiǎn)單地更換所使用的試劑和修改光譜波長(zhǎng)。
▲ 葡萄糖濃度檢測(cè)采用的是 510nm 波長(zhǎng)的單色光，此時(shí)其吸收率最好
由于該系統(tǒng)具有便攜、儀器簡(jiǎn)單、用戶界面簡(jiǎn)單、輸出穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，研究人員表示很有可能在低資源地區(qū)成功落地。
他們研究的下一個(gè)重點(diǎn)是用更進(jìn)一步的軟件解決方案來(lái)簡(jiǎn)化硬件，比如部署可用于預(yù)測(cè)目標(biāo)分析物濃度的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。
而納入物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)也可將它用于遠(yuǎn)程和個(gè)性化的健康監(jiān)測(cè)。
一位曾在檢測(cè)室工作過(guò)的網(wǎng)友對(duì)這項(xiàng)研究給予了充分肯定：
市面上這樣一套系統(tǒng)可能需要花 5-50 萬(wàn)美元（約合人民幣 32-320 萬(wàn)），而他們用低成本的現(xiàn)成組件獲得了同樣準(zhǔn)確的結(jié)果。且尺寸較小，很方便移動(dòng)和運(yùn)輸。
ps.我們根據(jù)它的設(shè)備組成，簡(jiǎn)單粗略算了一下成本：
樹(shù)莓派 4 589 元 + ADC 35 元 + 光電二極管幾毛一個(gè)用來(lái)湊個(gè)整 + 比色皿（cuvette）150 + 濾光片輪（filter wheel）14000 + 蠕動(dòng)泵 1000 + 電源 200 ≈ 1 萬(wàn) 6。
這至少是連 1/10 都不到。
另外，這位網(wǎng)友也提出了一些更實(shí)際的問(wèn)題：
比如其中要用的試劑雖然可以買現(xiàn)成的，但在偏遠(yuǎn)的地區(qū)存在冷藏問(wèn)題。另外還需要支付得起的控制和校準(zhǔn)材料，確保系統(tǒng)保持準(zhǔn)確性。
總之，“期待更多”。
One More Thing
簡(jiǎn)單搜索了一下發(fā)現(xiàn)，由于樹(shù)莓派體積小、成本低，用它來(lái)做檢測(cè)工具的作品還真不少。
比如樹(shù)莓派加個(gè)攝像頭做口罩檢測(cè)：
加灰塵傳感器做空氣檢測(cè)：
除了個(gè)人 DIY，也不乏專業(yè)機(jī)構(gòu)。
比如多倫多大學(xué)用它配上指甲監(jiān)控器來(lái)檢測(cè)新冠患者的血氧飽和度，實(shí)現(xiàn)無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)接觸也能監(jiān)控病人情況：
甚至在去年，樹(shù)莓派還被用來(lái)作為呼吸機(jī)的主板，解決疫情期間呼吸機(jī)芯片短缺的問(wèn)題。
還有什么是樹(shù)莓派所不能的呢？
論文地址：
https://ieeexplore.ieee.org/document/9524612/metrics#metrics
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