新型眼压检测仪：准确、便携、舒适、低成本
新型眼压检测仪：准确、便携、舒适、低成本
高眼压是青光眼的重要致病因素，但目前市面上的便携式眼压检测仪要么价格昂贵，要么精度不足。近日，南方科技大学郭传飞教授团队与宾夕法尼亚州立大学余存江教授合作，研发出一种新型眼压检测仪，该设备不仅成本低、精度高，还大大提高了使用的舒适度。
高眼压是青光眼的高危致病因素之一。目前，医院普遍使用大型设备测试眼压，而家庭使用的便携式眼压检测仪价格高昂、精度较差，无法满足大众需求。
南方科技大学郭传飞教授与宾夕法尼亚州立大学余存江教授合作，模仿人类指尖感知硬度的原理，设计了一种“位移-压力”双参数控制的硬度传感器，并结合深度学习算法，开发出一种高精度、低成本、使用舒适的便携式眼压检测仪。相关成果发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR），南方科技大学材料科学与工程系博士生程雨和本科生湛益飞为论文的共同第一作者，郭传飞教授和余存江教授为共同通讯作者。
仿手指触觉，双参数硬度传感
人的手指可以摸出不同物体的软硬，该识别过程基于指尖感受到的两种信息：指头上的压力分布，以及触摸过程中的形变量。
受此启发，团队设计了一种仿手指结构的硬度传感器：
一方面，通过在弹性体半球状压头上集成非对称分布的两个高灵敏度离-电型柔性压力传感器（量程0~60 kPa内的灵敏度达到736.1 kPa-1），以测试接触过程中的压力分布；
另一方面，引入位移传感器，记录接触时的压力-形变量关系。
当弹性体半球与被测物体接触时，这两种传感器可以采集到压头中心点和侧边的压力-位移信息，以此来测试接触物体的实际硬度。
值得一提的是，相较于以往的单一压力控制模式，这种位移-压力双参数控制技术极大地提高了传感信号的特征丰富度。
深度学习助力，实现智能硬度传感
结合深度学习方法，研究团队构建了一种智能硬度传感系统，该系统对20种生活中常见物体的硬度分类准确率高于99%。此外，研究团队通过引入多段位移控制模式，实现了高训练效率、高准确率，以及高鲁棒性的硬度感知。
新型眼压检测仪：准确、便携、低成本、使用舒适
以上述智能硬度传感系统为基础，研究团队设计了一种头戴式眼压检测仪，并通过3D打印技术制造零部件，完成了组装。该眼压检测仪集成了两个高精度微型位移控制器和四个柔性压力传感器，且设置有传感器物理位置调节功能，以满足不同人群的眼球位置差异化的使用需求。
该便携式眼压检测仪的成本仅为200美元左右，远低于商用便携式眼压检测仪（例如，ICare IC-100，约2000美元）。而且，不同于其它眼压检测仪，该眼压检测仪采用闭眼式测量，传感器与眼球没有直接接触，而是与眼睑接触，提高了测试舒适度，避免了角膜感染。由于眼睑硬度远低于眼球，因此，眼睑的硬度与厚度差异并不会对测试结果产生显著影响。
研究团队采集了25位志愿者50个眼球的样本数据，进行了深度学习与测试验证。结果表明，该便携式眼压检测仪的准确率、重复性以及一致性均显著高于商用便携式眼压检测仪。
便携式眼压检测仪的结构和性能
综上所述，该工作基于柔性传感技术和人工智能，开发了一种硬度识别技术，构建了一套智能硬度传感系统，最终制造了一种便携式眼压检测仪。该工作为眼压健康检测提供了一种高舒适度、高准确率、低成本的技术方案，展现了柔性电子技术在可穿戴医疗领域的应用前景。这种硬度识别技术还有望拓展应用到其他健康医疗应用和机器人触觉。
本文原文来自南方科技大学