家用眼壓電子皮膚傳感器

李葉

戴森設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)（James Dyson Award）是一項(xiàng)國(guó)際性的設(shè)計(jì)與工程大獎(jiǎng)，旨在嘉獎(jiǎng)、鼓勵(lì)和啟發(fā)新一代的設(shè)計(jì)工程師。今年的國(guó)際冠軍是一款用于眼壓檢測(cè)的可穿戴式生物醫(yī)學(xué)設(shè)備——HOPES家用眼壓電子皮膚傳感器。

青光眼是全球第二大致盲誘因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年全球青光眼患者約達(dá)8000萬(wàn)人，到2040年預(yù)計(jì)將超過1.11億人。2020年中國(guó)青光眼患者約為1582萬(wàn)人，同比增長(zhǎng)3.4%。大多數(shù)青光眼患者都是無癥狀的，因此青光眼也被稱為“無聲的光明竊賊”。眼壓是衡量青光眼患者癥狀程度的黃金標(biāo)準(zhǔn)，目前臨床醫(yī)師主要是通過常規(guī)眼壓檢測(cè)來確定長(zhǎng)期治療方案與目標(biāo)。而青光眼的診斷和治療需要24小時(shí)監(jiān)測(cè)眼壓，患者平均每2～3小時(shí)就要去醫(yī)院跑一趟，過程很繁瑣。測(cè)眼壓有時(shí)需要滴麻醉眼藥，整個(gè)探測(cè)頭直接彈射到角膜上，還有一種是需要把眼睛長(zhǎng)時(shí)間張大，吹空氣壓平角膜進(jìn)行監(jiān)測(cè)，整個(gè)過程往往讓患者感覺非常不適。

HOPES是一款用于眼壓檢測(cè)的可穿戴式生物醫(yī)學(xué)設(shè)備，由來自新加坡國(guó)立大學(xué)的中國(guó)留學(xué)生魚珂露、李思及新加坡學(xué)生David Lee發(fā)明。HOPES的操作過程十分便捷，為需要頻繁檢測(cè)眼壓的患者提供了無痛無感的流暢體驗(yàn)?；颊咴贏 p p上創(chuàng)建個(gè)人檔案后，可穿戴HOPES手套，用裝有傳感器的手套指尖按壓眼瞼的中部位置，傳感器采用特殊架構(gòu)，可捕獲精度達(dá)微秒級(jí)的眼部動(dòng)態(tài)壓力信息，采集到的信號(hào)經(jīng)機(jī)器學(xué)習(xí)算法處理，實(shí)現(xiàn)持續(xù)精準(zhǔn)的眼壓測(cè)量。眼壓數(shù)據(jù)將通過藍(lán)牙傳輸?shù)脚鋵?duì)設(shè)備或上傳至云端供醫(yī)師遠(yuǎn)程查閱，其配套App還可以向患者推送歷史測(cè)量數(shù)據(jù)，鏈接到醫(yī)療系統(tǒng)，讓患者及時(shí)獲得醫(yī)療幫助。

HOPES的發(fā)明人之一魚珂露的父親就是一名青光眼患者，往返院治療的過程中遭受了很多不適和痛苦，這讓魚珂露意識(shí)到，發(fā)明出一種安全、準(zhǔn)確、低成本的居家眼壓測(cè)量設(shè)備迫在眉睫，于是她和團(tuán)隊(duì)用8個(gè)月設(shè)計(jì)、構(gòu)思和制作，搭載了傳感器技術(shù)和人工智能手段的HOPES由此誕生，所采用的技術(shù)目前正在申請(qǐng)專利。

團(tuán)隊(duì)最初的設(shè)想始于2020年，經(jīng)過一系列迭代和測(cè)試，大概花了大約8個(gè)月的時(shí)間才達(dá)到這個(gè)階段。主要的傳感器技術(shù)及硬件由李思和之前一些組員一起完成，魚珂露負(fù)責(zé)關(guān)于傳感器材料的研究，David負(fù)責(zé)軟件設(shè)計(jì)和算法開發(fā)。研發(fā)過程中最具挑戰(zhàn)階段在于裝置的設(shè)計(jì)，因?yàn)閳F(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是做一款在家用場(chǎng)景中使用的裝置，目標(biāo)用戶以中老年人為主，所以需要將產(chǎn)品設(shè)計(jì)得盡可能的簡(jiǎn)單，讓患者拿到產(chǎn)品憑直覺就能夠使用。而團(tuán)隊(duì)成員都是工程背景，在設(shè)計(jì)方面有些不足，最初的設(shè)想不斷被推翻。最開始的想法是把傳感器設(shè)計(jì)成指環(huán)狀，但指環(huán)不是很穩(wěn)定，后來才產(chǎn)生了用手套的想法。而傳感器比較小巧輕便，如果用全指手套的款式，傳感器就顯得有點(diǎn)多余，直至有一天看到釣魚手套，覺得這種單指手套整體較輕便，穿戴使用方法也很直觀，這才成就了現(xiàn)在的方案。

項(xiàng)目目前還在進(jìn)行當(dāng)中，HOPES團(tuán)隊(duì)最終的設(shè)想是把手腕部位的電子電路優(yōu)化成一個(gè)智能手表的模式，整個(gè)手套也會(huì)設(shè)計(jì)得更貼合人的手指，材料會(huì)更親膚。魚珂露在專訪中表示，醫(yī)療和臨床知識(shí)是團(tuán)隊(duì)比較大的盲區(qū)，實(shí)驗(yàn)組目前跟新加坡國(guó)立大學(xué)醫(yī)院的眼科中心主任Dr. Victor Koh有合作，他作為團(tuán)隊(duì)的臨床顧問給予了許多專業(yè)建議，會(huì)經(jīng)常進(jìn)行有線上和線下的會(huì)議，幫助團(tuán)隊(duì)了解青光眼病史和發(fā)病趨勢(shì)，包括預(yù)防、診療手段，以及之前各種各樣的對(duì)于青光眼眼壓測(cè)試的資料。對(duì)于未來HOPES投入市場(chǎng)的預(yù)期，魚珂露表示，還需要不斷優(yōu)化人工智能的系統(tǒng)，以及降低制作成本。

HOPES團(tuán)隊(duì)之前曾嘗試過將人工智能應(yīng)用于寫字、識(shí)別手寫字母的技術(shù)，還有關(guān)于觸覺感知、觸覺識(shí)別的應(yīng)用，HOPES實(shí)現(xiàn)了將人工智能和醫(yī)療產(chǎn)品結(jié)合在一起，對(duì)三人來說都是第一次。未來團(tuán)隊(duì)想要將人工智能相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到輔助醫(yī)療器件上面，他們認(rèn)為人工智能并不是取代醫(yī)生，而是更好地幫助醫(yī)生去理解病人的情況。哪怕是同一病癥的患者，每個(gè)人的情況都不盡相同，如果完全靠醫(yī)生個(gè)人做出判斷，很可能難免會(huì)有一些偏差。而人工智能結(jié)合醫(yī)生專業(yè)知識(shí)和現(xiàn)在的科技，可以避免一些誤差和錯(cuò)誤，可以幫助他們制定一個(gè)更好的醫(yī)療方案。從這個(gè)角度上看，人工智能反而更加人性化。

此次獲得戴森設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)的國(guó)際冠軍對(duì)團(tuán)隊(duì)是很大的鼓勵(lì)。HOPES經(jīng)過來自全球的戴森工程師、科學(xué)家和設(shè)計(jì)師的充分分析、討論和評(píng)審后中選，也是對(duì)團(tuán)隊(duì)努力的一種肯定。獲獎(jiǎng)后，團(tuán)隊(duì)大部分時(shí)間還是在學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室工作，也會(huì)需要對(duì)外展示科研成果以及項(xiàng)目宣傳，在這方面戴森提供了很多幫助和建議，并指導(dǎo)他們?nèi)绾胃玫乇Ｗo(hù)設(shè)計(jì)發(fā)明。戴森設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)也為團(tuán)隊(duì)提供了很好的平臺(tái)，通過對(duì)科研成果的宣傳，讓更多人知道科技能夠改善生活。

對(duì)于HOPES，戴森設(shè)計(jì)獎(jiǎng)的發(fā)起人詹姆斯·戴森爵士還多了一重體驗(yàn)者的身份，“我親身體驗(yàn)過青光眼測(cè)試的不適，這群年輕人已經(jīng)解決這個(gè)問題，這不僅影響了他們的家人，更造福了更多青光眼患者人群。他們的發(fā)明可能會(huì)讓青光眼測(cè)試更廣泛、更觸手可及，我希望他們后續(xù)在開發(fā)和醫(yī)療審批這些充滿挑戰(zhàn)性的過程中取得成功。”

后續(xù)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃與新加坡國(guó)立大學(xué)醫(yī)院合作采集和分析患者的眼壓數(shù)據(jù)，對(duì)HOPES的機(jī)器學(xué)習(xí)模式進(jìn)行訓(xùn)練，同時(shí)不斷優(yōu)化HOPES的性能和設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)希望將來有更多患者能夠在家中實(shí)現(xiàn)無痛測(cè)量眼壓體驗(yàn)，也希望能夠切實(shí)改善人們的生活質(zhì)量，期待有一天他們的傳感技術(shù)能有更多健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用，比如機(jī)器人和生物醫(yī)療設(shè)備等。