血液檢測可以查出很多疾病，實驗室中有 1/3 的病理檢測就是靠驗血。 但在一些不發達地區，可能沒有專門的實驗室和昂貴的儀器，這項工作開展起來並不容易。 現在，來自印度的兩位研究人員基於樹莓派 4 DIY 了一個更便宜、便攜的驗血工具。

最重要的是其檢測結果完全不亞於實驗室專用儀器，且半分鐘就能出結果。

相關研究成果發表在 IEEE Sensors Journal。

基於樹莓派的血液檢測機器

現在很多實驗室都在利用光學檢測方法來驗血。

具體來說就是當光穿過血液時，它的強度會隨著物質的濃度而變化，從而通過對比光吸收率就可以量化目標分析物的濃度。

這個基於樹莓派的集成檢測系統用的也是這種方法。

它涉及一個自動流體分配器，可將控制好量的試劑添加到血樣中，然後放入反應杯。

還包括可以調節波長的單色光發射元件、用於捕獲透射光的光電探測器、用於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） 部分即為樹莓派發揮作用的模組。

具體檢測方法就是先讓通過血液的透射光落在光電二極體上，使其產生相應的電流。

然後將電流轉換為電壓，並使用放大器放大。

再使用 ADS1115 模數轉換器將放大后的類比電壓轉換為數位值，通過 I2C 協定將其提供給樹莓派 4 進行進一步處理。

分析濃度時會用到關聯光的衰減與光傳播所通過材料性質的比爾-朗伯定律。

• A：吸光度;
• K：係數，可以是吸收係數或摩爾吸收係數;
• l：吸收介質的厚度，一般以 cm 為單位;
• c：吸光物質的濃度，單位可以是 g/L 或 mol/L。

為了驗證效果，研究人員分別用專業實驗設備和該系統來分析血液中的葡萄糖濃度。

結果發現，使用該系統獲得的數據與標準實驗室的結果幾乎完全匹配。

▲ 第一行為標準實驗室結果

更重要的是，得益於Raspberry pi 4 優秀的處理能力，該設備可以在短短半分鐘內給出結果。

如果想分析其他物質濃度，只需簡單地更換所使用的試劑和修改光譜波長。

▲ 葡萄糖濃度檢測採用的是 510nm 波長的單色光，此時其吸收率最好

由於該系統具有便攜、儀器簡單、使用者介面簡單、輸出穩定等優點，研究人員表示很有可能在低資源地區成功落地。

他們研究的下一個重點是用更進一步的軟體解決方案來簡化硬體，比如部署可用於預測目標分析物濃度的機器學習演算法。

而納入物聯網設計也可將它用於遠端和個人化的健康監測。

一位曾在檢測室工作過的網友對這項研究給予了充分肯定：

市面上這樣一套系統可能需要花 5-50 萬美元（約合人民幣 32-320 萬），而他們用低成本的現成元件獲得了同樣準確的結果。 且尺寸較小，很方便移動和運輸。

ps.我們根據它的設備組成，簡單粗略算了一下成本：

樹莓派 4 589 元 + ADC 35 元 + 光電二極管幾毛一個用來湊個整 + 比色皿（cuvette）150 + 濾光片輪（filter wheel）14000 + 蠕動泵 1000 + 電源 200 ≈ 1 萬 6。

這至少是連 1/10 都不到。

另外，這位網友也提出了一些更實際的問題：

比如其中要用的試劑雖然可以買現成的，但在偏遠的地區存在冷藏問題。 另外還需要支付得起的控制和校準材料，確保系統保持準確性。

總之，”期待更多”。

One More Thing

簡單搜索了一下發現，由於樹莓派體積小、成本低，用它來做檢測工具的作品還真不少。

比如樹莓派加個攝像頭做口罩檢測：

加灰塵感測器做空氣檢測：

除了個人 DIY，也不乏專業機構。

比如多倫多大學用它配上指甲監控器來檢測新冠患者的血氧飽和度，實現無需現場接觸也能監控病人情況：

甚至在去年，樹莓派還被用來作為呼吸機的主機板，解決疫情期間呼吸機晶元短缺的問題。

還有什麼是樹莓派所不能的呢？

論文位址：

https://ieeexplore.ieee.org/document/9524612/metrics#metrics