En ny metod för att visualisera andning som andas ut medan någon talar eller sjunger kan ge viktiga nya insikter om hur sjukdomar som COVID-19 sprids och hur ansiktsmaskerna fungerar.

"Forskare tror att SARS-CoV-2-viruset främst sprids genom andningsdroppar som kan bäras i andningen eller utvisas genom hosta eller nysningar, "sa Thomas Moore från Rollins College, som utförde undersökningen. "Men det överförs också av luftburna aerosoler, som är små partiklar som finns kvar i luften längre än de större dropparna. Systemet som jag utvecklat ger ett sätt att uppskatta hur långt andetaget sträcker sig innan det sprids ut i den omgivande luften och kan ge visuella bevis på att masker avsevärt begränsar avståndet som andningen färdas i luften. "

I tidskriften The Optical Society (OSA) Tillämpad optik , Moore beskriver hur han använde en variation av elektronisk fläckmönsterinterferometri för bildtemperaturskillnader mellan utandad andning och den omgivande luften. Den nya tekniken kan också användas för att studera detaljerna om hur andetaget strömmar från munnen medan du talar eller sjunger, vilket kan vara användbart för musikinstruktion och logoped.

Från musikinstrument till människor

Moore utvecklade ursprungligen bildtekniken för att studera luftflödet genom musikinstrument som orgelpipor. "Som svar på COVID-19-pandemin, Jag började avbilda andan hos människor som talar och sjunger, "sa han." Jag insåg att genom att skala upp mitt befintliga system, Jag skulle sannolikt kunna avgöra hur långt andetaget sträcker sig och hur effektiva masker kan vara för att begränsa andningens omfattning. "

De flesta befintliga metoder som används för att avbilda andas ut kräver dyr utrustning och kan endast avbilda ett relativt litet område. Moore konstruerade ett system som använder vanliga kommersiellt tillgängliga optiska komponenter för att övervinna dessa begränsningar.

"Jag använde en variation av elektronisk fläckmönsterinterferometri, som har använts i många år för att studera vibrationsmönster för fasta föremål, "sa Moore." Innovationen var att ändra systemet på ett sådant sätt att det kan användas för att avbilda transparenta saker, som andningen, istället för fasta vibrerande föremål. "

Bildsystemet använder det faktum att ljusets hastighet kommer att förändras beroende på temperaturen i luften som den passerar genom. Eftersom andningen är varmare än den omgivande luften, ljuset som överförs genom andetaget kommer till kameran något tidigare än ljus som inte passerade genom det. Denna lilla skillnad i ljusets hastighet kan användas för att skapa bilder av andas ut.

Moore testade det nya systemet genom att avbilda andan från två professionella sångare som sjunger och en professionell musiker som spelar en flöjt, ett av få instrument där musiker blåser direkt i den omgivande luften. "Arbetet med musikerna bekräftade omedelbart att systemet fungerade bra och kunde användas för att studera olika problem, " han sa.

Ändra luftflödet

Moore använder för närvarande metoden för att studera hur effektiva masker är för att minska avståndet som utandade aerosoler reser. Han är särskilt intresserad av att studera sång eftersom forskning tyder på att mer aerosol andas ut medan man sjunger eller talar högt än när man talar normalt. Han arbetar också med att göra systemet mer stabilt mot vibrationer och för att ytterligare öka systemets storlek för att avbilda större områden.

Moore säger att tekniken redan har avslöjat ny information som kan påverka hur vi närmar oss avstånds- och maskeringskrav, speciellt när man är utomhus. Han förväntar sig att skicka dessa resultat för offentliggörande snart.

"Pandemin har orsakat en ekonomisk katastrof för många musiker, och all information vi kan ge dem som hjälper dem att komma tillbaka till jobbet är viktig, "sa Moore." Vi har haft ett stort intresse från det musikaliska samhället, och jag förväntar mig att hälso- och sjukvården också kommer att vara intresserad när vi börjar publicera våra resultat. "