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        家用眼壓電子皮膚傳感器

        2021-08-27 06:33:13李葉
        設(shè)計 2021年24期
        關(guān)鍵詞:人工智能設(shè)計

        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8000萬人,到2040年預計將超過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準,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。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)學設(shè)備,由來自新加坡國立大學的中國留學生魚珂露、李思及新加坡學生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),可捕獲精度達微秒級的眼部動態(tài)壓力信息,采集到的信號經(jīng)機器學習算法處理,實現(xiàn)持續(xù)精準的眼壓測量。眼壓數(shù)據(jù)將通過藍牙傳輸?shù)脚鋵υO(shè)備或上傳至云端供醫(yī)師遠程查閱,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,魚珂露負責關(guān)于傳感器材料的研究,David負責軟件設(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,因為團隊的目標是做一款在家用場景中使用的裝置,目標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。

        項目目前還在進行當中,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)應用到輔助醫(yī)療器件上面,他們認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的機器學習模式進行訓練,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)測應用,比如機器人和生物醫(yī)療設(shè)備等。

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