清华新闻网2月5日电 斜视影响全球约4%左右的儿童，会导致双眼视轴不能协调对焦，进而损害双眼视功能，严重影响患者的视觉健康与日常生活。常规的斜视诊断依赖于多种精密仪器和繁琐的分步检查（如三棱镜遮盖试验、Hess屏检查等）。这不仅高度依赖医生的临床经验，还需要患者保持高度配合——这对于低龄患儿来说几乎是“不可能完成的任务”。此外，准确测量斜视角度并客观评估眼外肌功能与手术治疗方案确定息息相关，由于斜视角度测量不准确导致的非计划再次手术率高达20-50%。

针对这一临床痛点，清华大学航天航空学院、柔性电子技术国家级重点实验室冯雪教授，陈毅豪副研究员课题组与首都医科大学北京同仁医院斜视与小儿眼科主任医师焦永红团队合作，提出了一种基于柔性电子传感与轻量化端侧人工智能模型结合的斜视数字化诊断新范式。该研究利用眼球转动引起上眼睑协同形变这一客观物理过程，借鉴实验力学中经典的变形传感应变花构型，利用其高精度、高可靠的传感特性，实现对眼睑各向变形的精准测量，并将它与可运行在可穿戴设备端侧的轻量级人工智能算法相结合，对本地多通道传感信号进行实时解码与特征提取，实现从物理信号到临床指标的直接映射，完成斜视状态与斜视角度的直接测量。所构建的柔性眼睑可穿戴斜视数字化诊断系统（Eyelectronics）厚度约60微米、重量仅2.48克，具有透气防水特性，可共形贴附于敏感眼睑皮肤，在不影响自然眼动的情况下完成快速、无感的医学检测。

图1.集成人工智能算法的柔性可穿戴斜视数字化诊断系统“Eyelectronics”

眼球运动与眼睑形变之间的关系极为复杂，不同人的眼球大小、眼睑形态、皮肤弹性都有差异，难以用简单的物理公式描述，研究团队创造性地建立了“物理模型-计算仿真-实验验证”（Model2Sim2Real）的闭合研究回路，基于核磁共振成像建立精确眼部三维模型，通过有限元仿真模拟眼球运动引起的眼睑变形，再以数字图像相关技术进行实验验证，系统揭示了眼球-眼睑协同运动的力学规律，获得数据并以此训练出高鲁棒性端侧AI模型。该算法的轻量化设计适合部署在内存有限的边缘可穿戴设备。基于可批量制备的低成本柔性应变传感阵列及其信号特征，实现斜视角度测量和眼外肌功能评估等完整诊断步骤。在临床眼动检查中实现了96.6%的方向分类准确率和1.2°的测量精度。

图2.集成人工智能算法的Eyelectronics实现眼动方向分类与角度回归

研究团队还开展了临床实验，以验证该系统作为斜视数字化诊断设备的应用场景。利用Eyelectronics对斜视患者的斜视角度及麻痹性眼外肌定位进行同步测量，与临床标准（Hess屏测试）相比，其组内相关系数可达0.978，证实了诊断的一致性。集成人工智能算法的Eyelectronics系统表现出良好的稳定性和鲁棒性，在不同年龄、性别和眼睑表型方面的性能保持一致。该无线、舒适的一站式斜视诊断数字解决方案，有望解决临床斜视角度测量与眼外肌功能评估中因使用多种仪器、复杂步骤、依赖主观反馈而产生的局限性问题。本研究体现了以传统光学系统和刚性精密硬件为主导的复杂检测模式，转向以简单的柔性电子器件为核心，结合人工智能算法的数字化智能诊断范式。

图3.斜视患者的临床实验对比

相关成果以“集成AI的类皮肤可穿戴‘Eyelectronics’实现一站式斜视数字化诊断”（One-stop Strabismus Digital Diagnosis via AI-integrated Skin-like and Wearable “Eyelectronics”）为题，于1月28日发表于《科学进展》（Science Advances）期刊。

这项工作不仅为儿童斜视的客观化、舒适化诊断提供了切实解决方案，更是具身智能在医疗领域的实践，从方法学层面展示了如何通过赋予智能系统以精细的物理感知能力（即“柔性传感+端侧智能”），使其更自然、更精准地理解并与人相交互这一具身智能架构在未来医疗诊断中的独特优势，为具身智能赋能医学补齐感知物理世界的“皮肤”及低延迟端侧决策的“周围神经系统”。

清华大学航天航空学院、柔性电子技术国家级重点实验室博士后杨永（已出站），2017级博士生刘鑫（已毕业）为该论文的共同第一作者，冯雪、陈毅豪及焦永红为共同通讯作者，清华大学计算机科学与技术系博士生唐建凯与王运涛副研究员做出重要贡献。该研究工作得到了国家自然科学基金项目的支持。

相关论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeb7242

供稿：航院

编辑：贠尔茹

审核：黄思南