Malattie trasmesse da zanzare come la malaria, la dengue e la febbre gialla sono responsabili di centinaia di migliaia di morti ogni anno, secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS). Un nuovo sistema di imaging a basso costo potrebbe semplificare il monitoraggio delle specie di zanzare che trasportano malattie, consentendo una risposta più tempestiva e mirata.

"Un sistema remoto come il nostro può ridurre drasticamente il lavoro necessario per monitorare le zanzare in una determinata area, aumentando così notevolmente la capacità di fare più monitoraggio, " ha affermato il leader del gruppo di ricerca Adam Goodwin della Johns Hopkins University. "Se puoi fornire più dati sulle zanzare, allora catturerai più rapidamente le epidemie e salverai più vite".

Nella rivista The Optical Society (OSA) Ottica biomedica Express , L'articolo di Goodwin e colleghi fa parte di un numero di funzionalità sulle tecnologie ottiche per il miglioramento dell'assistenza sanitaria in ambienti con risorse limitate. Nella carta, descrivono il nuovo sistema, che è progettato per trasmettere immagini dall'interno di una trappola per zanzare che sono sufficientemente dettagliate da consentire agli entomologi di distinguere i modelli di ali di zanzara e il colore delle squame, caratteristiche che indicano se una zanzara è una specie portatrice di malattie. Queste informazioni possono essere utilizzate per pianificare gli interventi che funzionano meglio contro quella specie.

"Il nuovo sistema è una classica applicazione di un dispositivo Internet of Things (IoT), "Ha detto Goodwin. "Potrebbe eventualmente essere accoppiato con algoritmi di visione artificiale per determinare automaticamente le specie e fornire tali informazioni ai sistemi sanitari pubblici".

Sviluppo di una trappola per immagini a distanza

Nelle molte aree del mondo in cui le malattie trasmesse dalle zanzare sono problematiche, capire quali specie di zanzare sono presenti e in quale numero richiede di intrappolare continuamente le zanzare in più posizioni. Un lavoratore deve quindi guidare in una contea o regione per lasciare e raccogliere centinaia di trappole a settimana e riportare i campioni al laboratorio per essere identificati al microscopio.

"Il nostro nuovo sistema ottico può essere posizionato all'interno di una tradizionale trappola per zanzare per fornire una sorveglianza remota dell'abbondanza, diversità e distribuzione delle specie di zanzara, " ha affermato Goodwin. "L'utilizzo dell'imaging è particolarmente interessante perché finché la qualità dell'immagine è elevata, diverse zanzare potrebbero essere identificate contemporaneamente da un'immagine".

Quando si progetta il sistema, i ricercatori si sono concentrati sulla capacità di identificare con precisione le zanzare Aedes aegypti, che può diffondere Zika, dengue, chikungunya e febbre gialla. Questa specie invasiva è originaria dell'Africa ma si è affermata in molte parti del mondo, compreso il Nord America, Europa e Asia. Dicono che lo stesso approccio potrebbe essere applicato ad altri insetti purché ci sia un modo per catturarlo e immaginarlo in modo affidabile.

Utilizzando ottiche e sensori della fotocamera che sono prontamente disponibili in commercio, i ricercatori hanno ottimizzato la loro configurazione ottica per ottenere una risoluzione che bilanciasse la necessità di visualizzare molte zanzare contemporaneamente con la capacità di vedere dettagli sufficienti per identificare le specie di zanzara.

"Il nostro nuovo sistema sarebbe particolarmente utile per monitorare Aedes aegypti in aree difficili da raggiungere e nei porti commerciali di ingresso dove le specie invasive possono essere portate da altri paesi, " ha affermato Goodwin. "Potrebbe anche espandere le attuali operazioni di sorveglianza per le regioni che già monitorano le popolazioni locali di Aedes aegypti".

Nella maggior parte dei casi, i sistemi sanitari pubblici devono solo determinare se ci sono cambiamenti nel numero o nel tipo di zanzare di giorno in giorno o di ora in ora, non minuto per minuto. Ciò significa che un sensore della fotocamera dovrebbe essere acceso solo poche volte al giorno al massimo. Ciò manterrebbe il consumo energetico entro l'intervallo fattibile per un dispositivo connesso a Internet.

Testare il sistema

Per testare il nuovo sistema, i ricercatori hanno confrontato la capacità degli entomologi di classificare i campioni da un'immagine di microscopia digitale e le immagini dal sistema di imaging remoto. Non c'era una differenza significativa nelle loro capacità tra i tipi di immagine. Sebbene gli entomologi non abbiano ottenuto buoni risultati nella classificazione delle specie né per le immagini al microscopio né per le immagini del sistema remoto, hanno fatto molto bene sulla classificazione dei generi.

"Gli entomologi non sono abituati a identificare i campioni da un'immagine perché normalmente hanno il campione di persona e lo manipolano con una pinzetta al microscopio, " ha detto Goodwin. "Tuttavia, il lavoro recente che utilizza le reti neurali convoluzionali per classificare le zanzare da un'immagine mostra risultati promettenti".

I ricercatori hanno in programma di continuare a ottimizzare la trappola remota e di integrare nel sistema algoritmi di visione artificiale e connettività Internet. "Ciò consentirebbe di inviare le informazioni sulle specie direttamente al sistema sanitario pubblico per il processo decisionale, " ha detto Goodwin. "Qui è dove pensiamo che il sistema brillerà davvero".