Een nieuwe methode voor het visualiseren van de adem die wordt uitgeademd terwijl iemand spreekt of zingt, kan belangrijke nieuwe inzichten opleveren in hoe ziekten zoals COVID-19 zich verspreiden en de effectiviteit van gezichtsmaskers.

"Wetenschappers geloven dat het SARS-CoV-2-virus voornamelijk wordt verspreid via ademhalingsdruppels die in de adem kunnen worden gedragen of worden uitgestoten door hoesten of niezen, " zei Thomas Moore van Rollins College, wie het onderzoek heeft uitgevoerd. "Maar het wordt ook overgedragen door aerosolen in de lucht, dat zijn kleine deeltjes die langer in de lucht blijven dan de grotere druppeltjes. Het systeem dat ik heb ontwikkeld, biedt een manier om in te schatten hoe ver de adem reist voordat deze in de omringende lucht wordt verspreid en kan visueel bewijs leveren dat maskers de afstand die de adem in de lucht aflegt aanzienlijk beperken."

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Toegepaste optica , Moore beschrijft hoe hij een variant van elektronische spikkelpatroon-interferometrie gebruikte om temperatuurverschillen tussen uitgeademde lucht en de omringende lucht in beeld te brengen. De nieuwe techniek kan ook worden gebruikt om de details te bestuderen van hoe de adem uit de mond stroomt tijdens het spreken of zingen, die nuttig kunnen zijn voor muziekonderwijs en logopedie.

Van muziekinstrumenten tot mensen

Moore ontwikkelde oorspronkelijk de beeldvormingstechnologie om de luchtstroom door muziekinstrumenten zoals orgelpijpen te bestuderen. "Als reactie op de COVID-19-pandemie, Ik begon me de adem voor te stellen van mensen die spreken en zingen, " zei hij. "Ik realiseerde me dat door mijn bestaande systeem op te schalen, Ik zou waarschijnlijk kunnen bepalen hoe ver de adem reikt en hoe effectief maskers kunnen zijn om de omvang van de ademhaling te beperken."

De meeste bestaande benaderingen die worden gebruikt om uitgeademde adem in beeld te brengen, vereisen dure apparatuur en kunnen slechts een relatief klein gebied in beeld brengen. Moore ontwierp een systeem dat gebruikmaakt van in de handel verkrijgbare optische componenten om deze beperkingen te overwinnen.

"Ik gebruikte een variatie van elektronische spikkelpatroon-interferometrie, die al vele jaren wordt gebruikt om de trillingspatronen van vaste objecten te bestuderen, " zei Moore. "De innovatie was om het systeem zo te veranderen dat het kan worden gebruikt om transparante dingen in beeld te brengen, zoals de adem, in plaats van vaste vibrerende objecten."

Het beeldvormingssysteem maakt gebruik van het feit dat de lichtsnelheid verandert afhankelijk van de temperatuur van de lucht waar het doorheen gaat. Omdat de adem warmer is dan de omringende lucht, het licht dat door de adem wordt doorgelaten, arriveert iets eerder bij de camera dan het licht dat er niet doorheen gaat. Dit kleine verschil in de snelheid van het licht kan worden gebruikt om beelden van uitgeademde adem te creëren.

Moore testte het nieuwe systeem door de adem in te beelden van twee professionele vocalisten die zingen en een professionele muzikant die een fluit speelt. een van de weinige instrumenten waarbij de muzikant direct in de omringende lucht blaast. "Het werk met de muzikanten bevestigde onmiddellijk dat het systeem goed werkte en kon worden gebruikt om een ​​verscheidenheid aan problemen te bestuderen, " hij zei.

De luchtstroom wijzigen

Moore gebruikt de methode momenteel om te onderzoeken hoe effectief maskers zijn in het verkleinen van de afstand die uitgeademde aerosolen afleggen. Hij is vooral geïnteresseerd in het bestuderen van zang omdat uit onderzoek blijkt dat er meer aerosol wordt uitgeademd bij zingen of luid spreken dan bij normaal spreken. Hij werkt er ook aan om het systeem stabieler te maken tegen trillingen en om het systeem verder te vergroten om grotere gebieden in beeld te brengen.

Moore zegt dat de techniek al nieuwe informatie heeft onthuld die van invloed kan zijn op hoe we de vereisten voor afstand en maskering benaderen, vooral wanneer buitenshuis. Hij verwacht deze resultaten binnenkort voor publicatie in te dienen.

"De pandemie heeft voor veel muzikanten een economische catastrofe veroorzaakt, en alle informatie die we hen kunnen geven om hen weer aan het werk te helpen, is belangrijk, " zei Moore. "We hebben veel interesse gehad van de muzikale gemeenschap, en ik verwacht dat de gezondheidszorggemeenschap ook geïnteresseerd zal zijn zodra we onze resultaten beginnen te publiceren."