یک عدسی تماسی نرم و کشسان توسعه یافته است که می‌تواند فشار درون‌چشمی و حرکات ظریف چشم را حتی در زمان بسته بودن پلک‌ها ردیابی کند. این عدسی داده‌ها را با وضوح بالا و در زمان واقعی به تلفن همراه ارسال می‌کند، بدون اینکه باعث تاری دید یا احساس ناراحتی شود.
اهمیت دوگانه سنجش فشار و حرکت چشم
دو اندازه‌گیری اصلی – فشار داخل چشم و تغییرات ظریف نگاه – برای شناسایی زودهنگام بیماری‌هایی نظیر گلوکوم بسیار حیاتی هستند، پیش از آنکه آسیبی جبران‌ناپذیر به عصب بینایی وارد شود.
عملکرد عدسی تماسی هوشمند چگونه است؟
فناوری ترکیبی برای نظارت دقیق
این عدسی که توسط مهندسان دانشگاه علوم الکترونیک و فناوری چین طراحی شده و در خرگوش‌ها و انسان‌ها آزمایش شده، از ترکیب حسگرهای خازنی و مغناطیسی در یک لایه پنج‌گانه بهره می‌برد.
مکانیزم عملکرد
- سیم‌های مارپیچی مسی، تغییرات فشار تا حد یک میلی‌متر جیوه را ثبت می‌کنند.
- یک باند نئودیمیوم بسیار نازک با پالس مغناطیسی به این تغییرات پاسخ می‌دهد و حرکات چشم را نشان می‌دهد.
- این دو سیگنال به گیرنده‌ای در اندازه یک عینک معمولی منتقل شده، سپس به هر دستگاه بلوتوثی ارسال می‌شوند.
چرا پایش فشار چشم در شب مهم است؟
خطرات گلوکوم در تاریکی
گلوکوم به تدریج عصب بینایی را از بین می‌برد. این آسیب معمولاً با افزایش ناگهانی فشار در چشم، به‌ویژه در شب آغاز می‌شود، زمانی که تونومترهای معمولی قادر به اندازه‌گیری نیستند.
حرکات چشم و بیماری
افزون بر فشار بالا، حرکات سریع چشم در خواب و تثبیت‌های نامنظم نگاه نیز با خطر ابتلا به بیماری مرتبط‌اند.
طراحی و اصول عملکرد عدسی BCL
اجزای اصلی و نحوه کار
- دیاگرام شماتیک سیستم سنجش فشار داخل چشم (CIOP) و حرکات مغناطیسی چشم (MEM) در حالت چشم بسته
- تصاویر نوری از عدسی در حالت‌های اولیه، کشیده و پیچ‌خورده
- انتقال بی‌سیم سیگنال‌ها به دستگاه‌های قابل‌حمل
- نمای سه‌بعدی از ضخامت اجزای مختلف
- تحلیل اجزای محدود (FEA) در برابر فشار
- آزمون زیست‌سازگاری در آزمایش حیوانی
تا پیش از این، هیچ سیستم پوشیدنی قادر به جمع‌آوری این داده‌ها در زمان بسته بودن چشم نبود. این عدسی دقیقاً همین قابلیت را دارد و اطلاعات حیاتی شبانه را برای تشخیص بهتر و زمان‌بندی دقیق درمان فراهم می‌سازد.
مهندسی پیشرفته عدسی تماسی هوشمند
ساختار دقیق و انعطاف‌پذیر
این عدسی روی یک الاستومر شفاف مانند عدسی‌های معمولی هیدروژلی ساخته شده و شامل پنج لایه تو در توست که ضخامت آن از لبه کارت اعتباری هم کمتر است.
لایه‌ها و اجزای عملکردی
- سطح خارجی شامل سیم‌پیچ مسی برای ثبت تغییرات ناشی از فشار
- لایه میانی با رساناهای کشسان و مدارهای میکروسکوپی
- لایه مغناطیسی زیرین برای ثبت حرکت
- لایه‌ای نرم برای راحتی روی چشم
- پوشش نهایی که اکسیژن‌پذیر است و وضوح دید را حفظ می‌کند
آزمایش‌ها و نتایج بالینی
در آزمایش بر روی چشم خرگوش، عدسی در برابر هزاران پلک‌زدن و سیکل‌های فشار مقاومت کرد. در انسان‌ها نیز پس از دو ساعت استفاده، هیچ نشانه‌ای از سوزش، قرمزی یا تاری مشاهده نشد.
داده‌برداری مداوم و بازخورد آنی
دقت بالا در ثبت حرکات چشم
یک دستگاه تسلا‌متر نصب‌شده روی عینک، تغییرات مغناطیسی عدسی را با دقت بیش از ۹۷٪ ثبت کرده و آن را به حرکات افقی، عمودی و چرخشی تبدیل می‌کند.
نمایش فشار و حرکت در زمان واقعی
در کنار آن، تغییرات رزونانس سیم‌پیچ نیز فشار را مشخص می‌کند. یک اپلیکیشن تلفن همراه این دو جریان داده را به‌صورت گرافیکی نمایش می‌دهد و برای بررسی‌های بعدی ذخیره می‌کند.
مقایسه روز و شب برای تشخیص بهتر
پزشکان می‌توانند الگوهای فشار شبانه را با مقادیر پایه روزانه مقایسه کرده و نیاز به تغییر درمان را تشخیص دهند.
تحولی در مراقبت از چشم
دکتر گوانگ یائو، یکی از نویسندگان اصلی این پژوهش می‌گوید:
«این فناوری شکاف قدیمی در مراقبت از چشم را پر کرده است. توانایی پایش مداوم فشار و حرکت چشم، حتی در حالت بسته بودن چشم‌ها، تصویری کامل‌تر از سلامت چشم ارائه می‌دهد.»
این سیستم نه تنها به تشخیص زودهنگام کمک می‌کند، بلکه پیگیری دقیق‌تری از پیشرفت بیماری‌ها را ممکن می‌سازد. همچنین به دلیل بی‌سیم بودن و قابلیت استفاده در منزل، نیاز به مراجعه مکرر به کلینیک را کاهش می‌دهد.
تشخیص زودهنگام اختلالات عصبی و روانی
کاربردهایی فراتر از چشم‌پزشکی
داده‌های حرکتی چشم می‌توانند نشانه‌هایی از اختلالاتی در حوزه‌های دیگر پزشکی ارائه دهند.
- چرخه‌های نامنظم REM نشانه‌ای از آپنه خواب و برخی اختلالات خلقی هستند.
- حرکات ریز شبیه لرزش (میکروساکاد) ممکن است نشانه‌های اولیه بیماری پارکینسون باشند.
عدسی هوشمند با ارائه داده‌های شفاف شبانه، می‌تواند به متخصصان مغز و اعصاب در شناسایی زودهنگام بیماری‌ها کمک کند. همچنین، در مطالعات توجه و تمرکز نیز کاربرد دارد.
افق آینده: عدسی دارویی و چندمنظوره
پژوهشگران در حال بررسی طراحی حلقه‌ای دارویی هستند که به عدسی افزوده شود. این حلقه می‌تواند در صورت افزایش فشار، دارو را مستقیماً به قرنیه آزاد کند.
افزودن حسگر گلوکز نیز می‌تواند به بیماران دیابتی در تشخیص افزایش قند خون و دریافت همزمان دارو کمک کند.
ساختار ماژولار عدسی باعث می‌شود بتوان اجزای مختلف را با توجه به نیاز هر حوزه پزشکی تغییر داد، بدون آنکه سیستم الکترونیکی اصلی را دوباره طراحی کرد.
پایش سلامت بینایی با عدسی هوشمند
سازگاری زیستی و حفظ کیفیت دید
آزمایش‌های زیست‌سازگاری نشان داده‌اند که این عدسی هیچ ماده سمی یا واکنش ایمنی در طول یک هفته ایجاد نمی‌کند. آزمایش‌های بینایی نیز تایید کرده‌اند که این عدسی وضوح و درک رنگ را حفظ می‌کند.
چالش‌های آینده: تولید انبوه و مجوزها
دو مانع باقی‌مانده، تولید انبوه و تأیید قانونی هستند. خوشبختانه مواد پایه این عدسی در محصولات تجاری مشابه نیز استفاده می‌شوند که این روند را تسهیل می‌کند. با کاهش هزینه‌ها، این عدسی می‌تواند به‌جای ابزارهای بیمارستانی، به نسخه‌ای قابل خرید در داروخانه‌ها تبدیل شود.
نتیجه‌گیری: نجات بینایی در تاریکی
تا پیش از این، نظارت بر سلامت چشم تنها با معاینات روزانه و ابزارهای غیرپیوسته ممکن بود. اما این عدسی کشسان و دوحسگره، رویکردی کاملاً جدید را معرفی می‌کند.
با ثبت فشارهای شبانه و تحلیل دقیق حرکات چشم، پزشکان تصویری ۲۴ ساعته از عضو پیچیده و حیاتی بینایی به دست می‌آورند.
برای میلیون‌ها نفری که در معرض خطر نابینایی خاموش هستند، یک همگام‌سازی ساده صبحگاهی با تلفن ممکن است جای حدس و گمان را با داده‌ای دقیق و شبانه عوض کند و خواب را به محافظ بینایی تبدیل سازد.
این پژوهش در نشریه Nature منتشر شده است.
