1.研究背景

隨著人口老齡化加劇以及數(shù)字技術(shù)的廣泛使用，視力障礙的發(fā)病率不斷攀升，已成為一個(gè)不容忽視的全球性公共衛(wèi)生問題。傳統(tǒng)的檢查技術(shù)盡管診斷準(zhǔn)確率高，但由于其高度依賴專業(yè)設(shè)備和復(fù)雜操作流程，難以滿足日常連續(xù)監(jiān)測(cè)的需求。因此，研發(fā)高性價(jià)比、低能耗、適用于大規(guī)模生產(chǎn)的新型眼科可穿戴監(jiān)測(cè)設(shè)備，成為該領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題。目前，眼壓傳感器的研究備受關(guān)注，因?yàn)樗鼈冊(cè)谘鄄考膊”O(jiān)測(cè)和管理方面具有革命性潛力。然而，現(xiàn)有的傳感器在環(huán)境適應(yīng)性和生物相容性等方面仍有待突破，同時(shí)還需要確保佩戴的舒適性和便利性。

2. 研究成果

山東大學(xué)李陽團(tuán)隊(duì)提出了一種基于柔性透明電容式壓力傳感器（TCPS）的多模態(tài)眼科監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，創(chuàng)新性地結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)了眼壓監(jiān)測(cè)、眼動(dòng)疾病輔助診斷和眼控人機(jī)交互三大功能。該傳感器采用ITO/PDMS透明電極和經(jīng)過特殊處理的角蛋白/PVA納米纖維介電層，成功實(shí)現(xiàn)了光學(xué)透明性（透光率達(dá)91.3%）、高靈敏度（2.19 kPa^-1）和優(yōu)異的穩(wěn)定性（8000次循環(huán)）。此外，該傳感器在溫度穩(wěn)定性和生物相容性方面表現(xiàn)出色，能夠適應(yīng)不同的環(huán)境條件。在眼壓監(jiān)測(cè)方面，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)模擬眼壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了壓力調(diào)節(jié)、壓力測(cè)試和壓力反饋機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，傳感器對(duì)壓力變化具有快速響應(yīng)能力，且輸出電容與施加壓力呈強(qiáng)線性關(guān)系（線性回歸系數(shù)R² = 0.975），靈敏度達(dá)到0.296 mmHg^-1。在眼動(dòng)疾病輔助診斷中，系統(tǒng)利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）算法對(duì)眼動(dòng)信號(hào)進(jìn)行特征提取和分類，成功區(qū)分了四種不同類型的眼動(dòng)疾病，分類準(zhǔn)確率達(dá)到98%。此外，團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了一種基于眼控的人機(jī)交互（HCI）系統(tǒng)，通過四通道信號(hào)采集和CNN模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)100種輸入指令的精準(zhǔn)識(shí)別，準(zhǔn)確率高達(dá)99.87%，該系統(tǒng)為漸凍癥患者提供了一種實(shí)時(shí)通信的解決方案，顯著提高了患者的生活質(zhì)量和自主性。相關(guān)工作以“Flexible Transparent Capacitive Pressure Sensors for Multimodal Ophthalmic Monitoring: Intraocular Pressure Assessment, Movement Disorder Diagnosis, and Eye-Tracking Human-Computer Interaction System”為題發(fā)表在國際期刊《Advanced Functional Materials》上，青島大學(xué)為論文第一單位，青島大學(xué)電子信息學(xué)院碩士生李辰昊為第一作者，青島大學(xué)李元岳副教授、姚釗教授和康復(fù)大學(xué)周祺惠研究員、山東大學(xué)李陽教授為共同通訊作者。

3.圖文導(dǎo)讀

圖1 TCPS的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

圖2 TCPS的壓力傳感性能。

圖3 基于TCPS的壓力傳感性能監(jiān)測(cè)眼壓變化。

圖4 基于TCPS的眼動(dòng)疾病輔助診斷系統(tǒng)。

圖5 基于TCPS的眼控人機(jī)交互系統(tǒng)。

4、總結(jié)：

本研究針對(duì)眼科疾病監(jiān)測(cè)和人機(jī)交互的迫切需求，成功開發(fā)了一種柔性TCPS，實(shí)現(xiàn)了眼壓監(jiān)測(cè)、眼動(dòng)疾病輔助診斷和眼控人機(jī)交互三大功能。該傳感器采用ITO/PDMS透明電極和角蛋白/PVA納米纖維介電層，具有優(yōu)異的光學(xué)透明性、高靈敏度和穩(wěn)定性。該傳感器可成功實(shí)現(xiàn)眼壓的模擬監(jiān)測(cè)，并通過深度學(xué)習(xí)算法的支持，在眼動(dòng)疾病輔助診斷中達(dá)到了98%的準(zhǔn)確率，以及在眼控人機(jī)交互系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了對(duì)100種指令的精準(zhǔn)識(shí)別，準(zhǔn)確率高達(dá)99.87%。這些成果為智能醫(yī)療設(shè)備和輔助技術(shù)的發(fā)展提供了新的技術(shù)范式，展現(xiàn)了巨大的臨床應(yīng)用潛力，尤其在提高眼科疾病診斷效率和改善漸凍癥患者生活質(zhì)量方面具有重要意義。

文獻(xiàn)鏈接：

Flexible Transparent Capacitive Pressure Sensors for Multimodal Ophthalmic Monitoring: Intraocular Pressure Assessment, Movement Disorder Diagnosis, and Eye-Tracking Human-Computer Interaction System

https://doi.org/10.1002/adfm.202520580