Ny metode til billeddannelse af udåndet åndedrag kan give indsigt i COVID-19-transmission

En ny metode til visualisering af ånde, der udånder, mens nogen taler eller synger, kan give vigtig ny indsigt i, hvordan sygdomme som COVID-19 spredes og effektiviteten af ​​ansigtsmasker.

"Forskere mener, at SARS-CoV-2-viruset primært spredes gennem åndedrætsdråber, der kan bæres i vejret eller udvises ved hoste eller nys, "sagde Thomas Moore fra Rollins College, der udførte undersøgelsen. "Men det overføres også af luftbårne aerosoler, som er små partikler, der forbliver i luften længere end de større dråber. Det system, jeg udviklede, giver en måde at estimere, hvor langt åndedrættet bevæger sig, før det spredes i den omgivende luft, og kan give visuelle beviser for, at masker markant begrænser afstanden, åndedrættet rejser i luften. "

I tidsskriftet The Optical Society (OSA) Anvendt optik , Moore beskriver, hvordan han brugte en variation af elektronisk flekkemønsterinterferometri til billedtemperaturforskelle mellem udåndet åndedrag og den omgivende luft. Den nye teknik kan også bruges til at studere detaljerne i, hvordan ånde flyder fra munden, mens du taler eller synger, som kunne være nyttig til musikundervisning og logopedi.

Fra musikinstrumenter til mennesker

Moore udviklede oprindeligt billeddannelsesteknologien til at studere luftstrømmen gennem musikinstrumenter såsom orgelpiber. "Som reaktion på COVID-19-pandemien, Jeg begyndte at forestille mig åndedrættet fra folk, der talte og sang, "sagde han." Jeg indså, at ved at opskalere mit eksisterende system, Jeg kunne sandsynligvis bestemme, hvor langt åndedrættet strækker sig, og hvor effektive masker kan være for at begrænse åndedrættets omfang. "

De fleste eksisterende tilgange, der bruges til billedudåndning af udåndet åndedrag, kræver dyrt udstyr og kan kun forestille sig et relativt lille område. Moore designet et system, der bruger almindelige kommercielt tilgængelige optiske komponenter til at overvinde disse begrænsninger.

"Jeg brugte en variation af elektronisk flekkemønsterinterferometri, som har været brugt i mange år til at studere vibrationsmønstre af faste objekter, "sagde Moore." Innovationen var at ændre systemet på en sådan måde, at det kan bruges til at forestille transparente ting, såsom ånde, i stedet for faste vibrerende genstande. "

Billeddannelsessystemet bruger det faktum, at lysets hastighed vil ændre sig afhængigt af temperaturen i luften, den passerer igennem. Fordi åndedrættet er varmere end den omgivende luft, lyset, der transmitteres gennem åndedrættet, ankommer til kameraet lidt hurtigere end lys, der ikke passerede igennem det. Denne lille forskel i lysets hastighed kan bruges til at skabe billeder af udåndet åndedrag.

Moore testede det nye system ved at forestille sig åndedrættet fra to professionelle vokalister, der sang og en professionel musiker, der spiller fløjte, et af de få instrumenter, hvor musikeren blæser direkte i den omgivende luft. "Arbejdet med musikerne bekræftede straks, at systemet fungerede godt og kunne bruges til at studere en række problemer, " han sagde.

Ændring af luftstrømmen

Moore bruger i øjeblikket metoden til at undersøge, hvor effektive masker er til at reducere den afstand, som udåndede aerosoler rejser. Han er især interesseret i at studere sang, fordi forskning tyder på, at mere aerosol udånder, mens man synger eller taler højt end når man taler normalt. Han arbejder også på at gøre systemet mere stabilt mod vibrationer og for yderligere at øge systemets størrelse til at forestille større områder.

Moore siger, at teknikken allerede har afsløret nye oplysninger, der kan påvirke, hvordan vi nærmer os distancering og maskeringskrav, især når man er udendørs. Han forventer snart at indsende disse resultater til offentliggørelse.

"Pandemien har forårsaget en økonomisk katastrofe for mange musikere, og enhver information, vi kan give dem, der hjælper dem med at komme tilbage til arbejdet, er vigtig, "sagde Moore." Vi har haft stor interesse fra det musikalske samfund, og jeg forventer, at sundhedsfællesskabet også vil være interesseret, når vi begynder at offentliggøre vores resultater. "