低成本成像系統準備提供自動蚊子跟蹤

世界衛生組織(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十萬人死亡。一種新的低成本成像系統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。

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可以大大減少在特定地區監測蚊子所需的勞動力，從而大大提高了進行更多監測的能力。”“如果你能提供更多的蚊子數據，那么你就能更快地發現疫情，挽救更多的生命。”

在光學學會(OSA)的期刊《生物醫學光學快報》(Biomedical Optics Express)上，古德溫及其同事的論文是關于在低資源環境下改善醫療保健的光學技術專題期刊的一部分。在這篇論文中，他們描述了這個新系統，它被設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措施。

“新系統是物聯網設備的經典應用，”古德溫說。“它最終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生系統。”

開發一個遠程成像陷阱

在世界上許多蚊子傳播疾病的地區，了解哪些蚊子種類的數量是有問題的，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，每周放下或撿起數百個捕獸器，將標本帶回實驗室，在顯微鏡下進行鑒定。

古德溫說:“我們的新光學系統可以放置在傳統的捕蚊器內，對蚊子的數量、多樣性和分布情況進行遠程監測。”“使用成像是特別有吸引力的，因為只要圖像質量高，幾只蚊子可以同時從一張圖像中識別出來。”

在設計該系統時，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，研究人員優化了他們的光學設置，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，以確定蚊子的種類。

古德溫說:“我們的新系統在監測難以到達的地區和商業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國家進入。”“它還可能擴大目前對已經監測埃及伊蚊種群的地區的監測行動。”

在大多數情況下，公共衛生系統只需要確定蚊子的數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網連接設備的可行范圍內。

測試系統

為了測試這個新系統，研究人員比較了昆蟲學家對數字顯微鏡圖像和遠程成像系統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。”“然而，最近利用卷積神經網絡從圖像中對蚊子進行分類的工作確實顯示出了希望。”

研究人員計劃繼續優化遠程陷阱，并計劃將計算機視覺算法和互聯網連接集成到系統中。“這將使物種信息能夠直接發送到公共衛生系統，以供決策，”Goodwin說。“我們認為，這個系統將在這方面真正大放異彩。”