家用眼壓電子皮膚傳感器

李葉

戴森設(shè)計大獎（James Dyson Award）是一項國際性的設(shè)計與工程大獎，旨在嘉獎、鼓勵和啟發(fā)新一代的設(shè)計工程師。今年的國際冠軍是一款用于眼壓檢測的可穿戴式生物醫(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，2020年全球青光眼患者約達(dá)8000萬人，到2040年預(yù)計將超過1.11億人。2020年中國青光眼患者約為1582萬人，同比增長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)眼壓檢測來確定長期治療方案與目標(biāo)。而青光眼的診斷和治療需要24小時監(jiān)測眼壓，患者平均每2～3小時就要去醫(yī)院跑一趟，過程很繁瑣。測眼壓有時需要滴麻醉眼藥，整個探測頭直接彈射到角膜上，還有一種是需要把眼睛長時間張大，吹空氣壓平角膜進(jìn)行監(jiān)測，整個過程往往讓患者感覺非常不適。

HOPES是一款用于眼壓檢測的可穿戴式生物醫(yī)學(xué)設(shè)備，由來自新加坡國立大學(xué)的中國留學(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，為需要頻繁檢測眼壓的患者提供了無痛無感的流暢體驗?；颊咴贏 p p上創(chuàng)建個人檔案后，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)微秒級的眼部動態(tài)壓力信息，采集到的信號經(jīng)機器學(xué)習(xí)算法處理，實現(xiàn)持續(xù)精準(zhǔn)的眼壓測量。眼壓數(shù)據(jù)將通過藍(lán)牙傳輸?shù)脚鋵υO(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量數(shù)據(jù)，鏈接到醫(yī)療系統(tǒng)，讓患者及時獲得醫(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，這讓魚珂露意識到，發(fā)明出一種安全、準(zhǔn)確、低成本的居家眼壓測量設(shè)備迫在眉睫，于是她和團隊用8個月設(shè)計、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)目前正在申請專利。

團隊最初的設(shè)想始于2020年，經(jīng)過一系列迭代和測試，大概花了大約8個月的時間才達(dá)到這個階段。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，因為團隊的目標(biāo)是做一款在家用場景中使用的裝置，目標(biāo)用戶以中老年人為主，所以需要將產(chǎn)品設(shè)計得盡可能的簡單，讓患者拿到產(chǎn)品憑直覺就能夠使用。而團隊成員都是工程背景，在設(shè)計方面有些不足，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。

項目目前還在進(jìn)行當(dāng)中，HOPES團隊最終的設(shè)想是把手腕部位的電子電路優(yōu)化成一個智能手表的模式，整個手套也會設(shè)計得更貼合人的手指，材料會更親膚。魚珂露在專訪中表示，醫(yī)療和臨床知識是團隊比較大的盲區(qū)，實驗組目前跟新加坡國立大學(xué)醫(yī)院的眼科中心主任Dr. Victor Koh有合作，他作為團隊的臨床顧問給予了許多專業(yè)建議，會經(jīng)常進(jìn)行有線上和線下的會議，幫助團隊了解青光眼病史和發(fā)病趨勢，包括預(yù)防、診療手段，以及之前各種各樣的對于青光眼眼壓測試的資料。對于未來HOPES投入市場的預(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團隊之前曾嘗試過將人工智能應(yīng)用于寫字、識別手寫字母的技術(shù)，還有關(guān)于觸覺感知、觸覺識別的應(yīng)用，HOPES實現(xiàn)了將人工智能和醫(yī)療產(chǎn)品結(jié)合在一起，對三人來說都是第一次。未來團隊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，每個人的情況都不盡相同，如果完全靠醫(yī)生個人做出判斷，很可能難免會有一些偏差。而人工智能結(jié)合醫(yī)生專業(yè)知識和現(xiàn)在的科技，可以避免一些誤差和錯誤，可以幫助他們制定一個更好的醫(yī)療方案。從這個角度上看，人工智能反而更加人性化。

此次獲得戴森設(shè)計大獎的國際冠軍對團隊是很大的鼓勵。HOPES經(jīng)過來自全球的戴森工程師、科學(xué)家和設(shè)計師的充分分析、討論和評審后中選，也是對團隊努力的一種肯定。獲獎后，團隊大部分時間還是在學(xué)校的實驗室工作，也會需要對外展示科研成果以及項目宣傳，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設(shè)計發(fā)明。戴森設(shè)計大獎也為團隊提供了很好的平臺，通過對科研成果的宣傳，讓更多人知道科技能夠改善生活。

對于HOPES，戴森設(shè)計獎的發(fā)起人詹姆斯·戴森爵士還多了一重體驗者的身份，“我親身體驗過青光眼測試的不適，這群年輕人已經(jīng)解決這個問題，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)明可能會讓青光眼測試更廣泛、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?！?/p>

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