Ανάπτυξη πολυαναλυτικών βιοαισθητήρων DNA τύπου ταινίας και αυτοματοποιημένου συστήματος λήψης και επεξεργασίας του οπτικού σήματος
Loading...
Date
2026-02-17
Authors
Παπαδόπουλος, Μάριος-Χαράλαμπος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η παγκόσμια ζήτηση για τη Διαγνωστική στο Σημείο Περίθαλψης (Point-of-care testing-POCT) έχει αυξηθεί κατακόρυφα, ωθούμενη από την κρίσιμη ανάγκη για ταχείες, αποκεντρωμένες και φιλικές προς τον χρήστη διαγνωστικές δυνατότητες, ιδιαίτερα σημαντικές κατά τη διάρκεια επιδημιών λοιμωδών νοσημάτων και σε περιβάλλοντα με περιορισμένους πόρους. Οι Δοκιμασίες Πλευρικής Ροής (Lateral Flow Assays - LFAs) έχουν αναδειχθεί ως θεμελιώδη εργαλεία POCT λόγω της απλότητας, της ταχύτητας και του χαμηλού κόστους κατασκευής τους, επιτρέποντας τη γρήγορη διάγνωση απευθείας στη διεπαφή με τον ασθενή. Ωστόσο, οι συμβατικές LFAs πάσχουν από σημαντικούς αναλυτικούς περιορισμούς, κυρίως λόγω της εξάρτησής τους από την υποκειμενική, επιρρεπή σε σφάλματα, οπτική ερμηνεία, η οποία συνήθως περιορίζει τα αποτελέσματα σε απλώς ποιοτικές ή πρόχειρες ημι-ποσοτικές ενδείξεις.
Για την αντιμετώπιση αυτού του κρίσιμου τεχνολογικού ελλείμματος, η παρούσα εργασία παρουσιάζει λεπτομερώς τον σχεδιασμό, την ανάπτυξη και την αυστηρή επικύρωση ενός καινοτόμου, αυτοματοποιημένου, καθοδηγούμενου από smartphone διαγνωστικού συστήματος. Το smartphone λειτουργεί ως ένας καθολικός, ενσωματωμένος αναγνώστης, αξιοποιώντας την κάμερα και την υπολογιστική του ισχύ για σταθερή λήψη εικόνας και επεξεργασία δεδομένων. Η λύση ενσωματώνει Τεχνητή Νοημοσύνη (ΤΝ) και προηγμένους αλγόριθμους μηχανικής όρασης με μια εξειδικευμένη πολυχρωματική LFA.
Η συνιστώσα της μηχανικής όρασης και της ΤΝ είναι απαραίτητα για την εκτέλεση κρίσιμων εργασιών επεξεργασίας εικόνας, συμπεριλαμβανομένης της αυτοματοποιημένης ανίχνευσης λωρίδας, της διόρθωσης ευθυγράμμισης (για την αντιμετώπιση της ασυνεπούς τοποθέτησης από τον χρήστη), και της κανονικοποίησης του φωτισμού περιβάλλοντος, αντιμετωπίζοντας επιτυχώς κοινές προκλήσεις που σχετίζονται με τις δοκιμές πεδίου. Προηγμένα εργαλεία επεξεργασίας εικόνας εντοπίζουν στη συνέχεια τις έγχρωμες ζώνες δοκιμασίας και ελέγχου και το χρώμα που σχηματίζεται στη ζώνη δοκιμασίας, παρέχοντας αξιόπιστη, ποιοτική συσχέτιση μεταξύ του χρωματομετρικού σήματος και της παρουσίας του αναλύτη-στόχου.
Η απόδοση του συστήματος αποδείχθηκε χρησιμοποιώντας μια πολυπαραμετρική δοκιμασία που σχεδιάστηκε για την ταυτόχρονη ανίχνευση των παθογόνων Haempophilus influenza, Escherichia coli (E. coli), SARS-CoV-2, και Streptococcus pneumoniae. Η επικύρωση, χρησιμοποιώντας πραγματικά κλινικά δείγματα, επιβεβαίωσε την ικανότητα του συστήματος να παρέχει διαγνωστικά αποτελέσματα με υψηλή ακρίβεια και ειδικότητα, διατηρώντας παράλληλα την ταχύτητα και τη φορητότητα που απαιτείται από την POCT. Η τελική ανάλυση παρουσιάζεται στον χρήστη μέσω ακριβών ποιοτικών δεδομένων, προσβάσιμων κωδικοποιημένων χρωματικά ενδείξεων, περιλήψεων κειμένου και ηχητικών μηνυμάτων, διασφαλίζοντας ότι το σύστημα καλύπτει τις διαφορετικές ανάγκες των χρηστών και ενισχύει την παγκόσμια προσβασιμότητα.
Description
Keywords
Δοκιμασία πλευρικής ροής, Ταχυαναλυτική ταινία, Έξυπνα κινητά τηλέφωνα, Τεχνητή νοημοσύνη (AI), Eπεξεργασία εικόνας, Mηχανική όραση, Δοκιμασία πολλαπλών αναλύσεων, Λοιμώδη νοσήματα, Μικροσφαιρίδια πολυστυρενίου, Αυτόματη ανάλυση