CN117357060B - 一种眼睑压力测量装置及制备方法、眼睑压力测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种眼睑压力测量装置及制备方法、眼睑压力测量方法，解决了目前眼睑压力检测设备由于存在技术缺陷无法实现临床推广的问题。该眼睑压力测量装置，包括：接触镜，所述接触镜为弧形曲面，所述弧形曲面的曲率与人眼曲率相匹配；压力传感器阵列，包括多个压力传感器，所述压力传感器阵列设置于所述接触镜内；所述压力传感器为离电式柔性电容压力传感器；电感线圈，设置于所述接触镜内，与所述压力传感器键合以形成RLC串联谐振电路；信号接收装置，与所述压力传感器阵列连接，用于接收所述RLC串联谐振电路传输的信号；分析检测装置，与所述信号接收装置连接，用于分析所述信号以获得眼睑压力。

Description

一种眼睑压力测量装置及制备方法、眼睑压力测量方法

技术领域

本发明涉及眼压测量领域，具体涉及一种眼睑压力测量装置、系统及制备方法。

背景技术

现有的眼睑压力检测设备采取多种原理进行眼睑压力的测量，但均存在一定的缺陷而无法实现临床推广。常用的测量方法包括：拉拽睫毛法测量、液气压传导式测量法和压阻式传感器测量法。

拉拽睫毛测量眼睑压力的方法历史较久，其使用夹具对睫毛进行夹持，进而拉拽眼睑产生位移从而对眼睑肌肉的力量进行测定。并根据度数进行直接判定。因为眼睑所施加的力是由眼睑上的睫毛和眼睑的位移所决定的，因此可能会产生眼轮匝肌反射性收缩的疼痛感。由于眼睑张力被认为主要来自眼轮匝肌的正常张力，反射性收缩可能会人为地提高眼睑张力。同时，也需要测量者较长时间的学习曲线和被使者高度的配合，拉拽睫毛法测量眼睑压力改变了力的测量方向，同时易引起反射性眼睑痉挛造成度数不准确。

液气压传导类型装置是用充满水或空气的与角膜曲率大致匹配的小型球囊置于眼睑处，并以通道连接到量筒等计量装置根据页面高度变化进行数据读取和计算。液气压传导式测量法主要问题在于很难保证绝对的水密/气密环境，测量时管道的形变，微压力的多次传导、囊性探头本身的厚度都会带来难以避免的测量误差。且液气压传导式测量法存在传感器尺寸较大、管径变形、和气密性难以保持等问题。

目前应用于眼睑压力测量的商业化传感器包括压阻式和电容式压力传感器两类。压阻式传感器通过压力造成传感器电阻改变进而识别压力的大小，单点电容压力传感器如Digitacts，采用圆形金属薄膜或镀金属薄膜作为电容器的电极，当薄膜感受压力时上下两电极板的间距缩小，薄膜与固定电极之间形成的电容量发生变化，通过测量电路中电容的改变进而换算压力变化。这两类传感器结构简单，但灵敏度较低，导致测量误差较大。

然而，眼睑的睑缘刷等解剖学特性存在决定了眼睑对于角膜的压力存在显著区域性差异，而现有单点压力传感装置无法实现区域性眼睑压力的精准测量。同时现有设备覆盖面积较大并多为硬质材料，并采用有线数据传输方式阻碍了眼睑的正常完整闭合，因此仅可实现对整体的眼睑压力进行粗略评估。另一点值得注意的是，在正常人群中眼睑闭合后眼球会向上向颞侧旋转，这种现象会在睡眠时更加明显。因此，使用非对应于角膜特定点位的眼睑压力测量装置，难以获取眼睑压力实际作用于角膜上的数值。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种眼睑压力测量装置及制备方法、眼睑压力测量方法，解决了目前眼睑压力检测设备由于存在技术缺陷无法实现临床推广的问题。

第一方面，本发明一实施例提供的一种眼睑压力测量装置，包括：

接触镜，所述接触镜为弧形曲面，所述弧形曲面的曲率与人眼曲率相匹配；

压力传感器阵列，包括多个压力传感器，所述压力传感器阵列设置于所述接触镜内；所述压力传感器为离电式柔性电容压力传感器；

电感线圈，设置于所述接触镜内，与所述压力传感器阵列键合以形成RLC串联谐振电路；

信号接收装置，与所述压力传感器阵列连接，用于接收所述RLC串联谐振电路传输的信号；

分析检测装置，与所述信号接收装置连接，用于分析所述信号以获得眼睑压力。

在一种实施方式中，所述压力传感器包括：

第一衬底；

第一导电层，设置在所述第一衬底的一侧；

第二导电层；设置在所述第一导电层远离所述第一衬底的一侧；

第二衬底，设置在所述第二导电层远离所述第一导电层的一侧；

离子介电层，设置在所述第一导电层和所述第二导电层之间；其中，所述离子介电层包括底层和凸起结构，所述底层设置在所述第一导电层远离所述第一衬底的一侧，所述凸起结构设置在所述底层远离所述第一导电层的一侧。

在一种实施方式中，所述压力传感器阵列的边缘与所述接触镜的中心点之间的垂直投影距离为4mm。

在一种实施方式中，所述接触镜包括：

第一封装层；

中间层，

设置在所述第一封装层的一侧，所述中间层上设置有键合的压力传感器阵列和电感线圈，所述电感线圈靠近所述中间层的一侧设置；

第二封装层，设置在所述中间层远离所述第一封装层的一侧，且靠近待测试眼球一侧设置；

支撑层，设置在所述中间层和所述离子介电层之间；

其中，所述第一封装层和所述第二封装层包裹所述压力传感器阵列和所述电感线圈。

在一种实施方式中，所述中间层包括第一区，和围绕所述第一区外围设置的第二区；其中，所述第一区的材质的硬度大于所述第二区的材质的硬度。

在一种实施方式中，包括多个电感线圈，每个所述压力传感器与一个所述电感线圈键合形成一RLC串联谐振电路；其中，至少两个所述RLC串联谐振电路的谐振频率不同。

在一种实施方式中，所述压力传感器包括1个第一压力传感器和4个第二压力传感器；其中，所述第一压力传感器设置在所述接触镜的中心位置，4个所述第二压力传感器围绕所述第一区域的四周均匀分布。

第二方面，本发明一实施例提供的一种眼睑压力测量装置的制备方法，包括：

在三维曲面薄膜上沉积图案化螺旋线圈，以形成电感线圈；

提供一压力传感器阵列，所述压力传感器阵列包括多个压力传感器；

将所述电感线圈所述压力传感器阵列键合，以形成RLC串联谐振电路；所述压力传感器为离电式柔性电容压力传感器；

提供一接触镜模具，其中，所述接触镜模具为弧形曲面，所述弧形曲面的曲率与人眼曲率相匹配；

将所有键合后的压力传感器阵列和电感线圈放入所述接触镜模具里，在所述压力传感器阵列和电感线圈的一侧形成第二封装层；去除所述接触镜模具，在所述压力传感器阵列和电感线圈的另一侧黏附中间层和第一封装层；

提供一信号接收装置，将所述信号接收装置与所述压力传感器阵列连接；

提供一分析检测装置，将所述分析检测装置与所述信号接收装置连接，以形成眼睑压力测量装置。

在一种实施方式中，还包括：制备压力传感器阵列；所述制备压力传感器阵列包括：

提供第一衬底和第二衬底；

在所述第一衬底的一侧形成第一导电层，在所述第二衬底的一侧形成第二导电层；

在硅片上旋涂光刻胶，并进行曝光显影工艺，以图案化所述硅片；

在所述硅片图案化的一侧旋涂离子介电层材料；

烘干并剥离所述离子介电层材料，以形成离子介电层；

将所述离子介电层组装在所述第一导电层和所述第二导电层之间，以形成初始压力传感器；

将多个所述初始压力传感器按照预设形状排列得到初始压力传感器阵列；

对所述初始压力传感器阵列进行切割，保留所述初始压力传感器阵列的电路部分；

将切割后的初始压力传感器阵列放置于以角膜曲率为模板的模具中进行曲面共形，以得到压力传感器阵列。

在一种实施方式中，所述对所述初始压力传感器阵列进行切割，保留所述初始压力传感器阵列的电路部分，包括：

对所述初始压力传感器阵列的纬度部分，以预设阈值应变量为限度获取最小宽度；

对所述初始压力传感器阵列的经度部分，根据曲面共形原理获取最低连接宽度；

基于所述最小宽度和所述最低连接宽度进行分体式裁剪，去除所述初始压力传感器阵列中不含有电路的部分，保留含有电路部分。

在一种实施方式中，所述将切割后的初始压力传感器阵列放置于以角膜曲率为模板的模具中进行曲面共形，包括：

将切割后的初始压力传感器阵列放置于以角膜曲率为模板的模具中以预设温度和预设时间加热以进行曲面塑形；或

利用第一衬底和第二衬底的属性设置临界失效应变，并代入目标位置切向曲率和位置坐标，获取最小花瓣样分瓣数，基于所述最小花瓣样分瓣数对切割后的压力传感器阵列使用剪纸技术进行分瓣，使用自愈合材料于分瓣接缝处连接，并加热使分瓣接缝处电路再次连通以进行曲面塑形。

第三方面，本发明一实施例提供的一种眼睑压力测量方法，基于上述所述眼睑压力测量装置进行测量，包括：

检测到RLC串联谐振电路中谐振频率发生变化，并获取谐振频率变化值；

基于所述谐振频率变化值得到RLC串联谐振电路和读取电路之间的耦合系数；

基于所述耦合系数得到等效电路的输入阻抗实部最大值所对应的中心谐振频率；

基于所述等效电路的输入阻抗实部最大值所对应的中心谐振频率得到所述RLC串联谐振电路中电容的大小；

基于压力-电容数据曲线得到对应区域的眼睑压力值。

本发明实施例提供的一种眼睑压力测量装置及制备方法、眼睑压力测量方法，通过以软硬结合角膜接触镜作为与角膜和空气直接接触的部分，同时周边区进行了曲率增加设计，以减少角膜接触镜的位移，实现在短时间内对于角膜中央和镜片中央的对正。在角膜中央预设半径的区域内共性堆叠离电式柔性电容压力传感器，以PDMS（Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷）等封装传感器以隔绝泪液，并在接触镜远离角膜的一侧设置硬性RGP（Rigid Gas Permeable Contact Lens，硬性透氧性角膜接触镜）的中间层，以构成完整压力传感装置。传感灵敏度高，可以对细微眼睑压力变化进行检测，与角膜贴合度好，定位佳，真实反应作用于角膜的眼睑压力大小，且本发明利用谐振电路的无线信号传输耦合模型使得可以在无线情况下进行区域性眼睑压力信号的传输，还原眼睑闭合状态下眼睑作用状态，避免了导线等有线连接对于眼睑完全闭合的影响。

附图说明

图1所示为本发明一实施例提供的一种眼睑压力测量装置的结构示意图。

图2所示为本发明一实施例提供的一种眼睑压力测量装置的无线信号传输示意图。

图3所示为本发明一实施例提供的一种谐振电路的互感检测原理示意图。

图4所示为本发明一实施例提供的一种压力传感器的结构示意图。

图5所示为本发明一实施例提供的一种电感线圈在特定压力作用下的频率偏移坐标图。

图6所示为本发明一实施例提供的一种压力传感器的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供了一种眼睑压力测量装置，如图1所示，该眼睑压力测量装置包括接触镜01、电感线圈05、压力传感器阵列02、信号接收装置和分析检测装置。其中，接触镜01为弧形曲面，该弧形曲面的曲率与人眼曲率相匹配；压力传感器阵列02包括多个压力传感器，压力传感器阵列02设置于接触镜内；可选地，压力传感器为离电式柔性电容压力传感器；电感线圈05设置于所述接触镜01内，与所述压力传感器阵列02键合以形成RLC串联谐振电路。信号接收装置与所述压力传感器阵列02连接，用于接收所述RLC串联谐振电路传输的信号。分析检测装置与所述信号接收装置连接，用于分析所述信号以获得眼睑压力。

可选地，接触镜01为背驮式软硬结合角膜接触镜。

可选地，分析检测装置为便携式的；信号接收装置可置于框架眼镜上或者贴合于眼表内。

可选地，信号接收装置与压力传感器阵列02的连接方式可以为无线连接，也可以为有线连接。本发明对信号接收装置与压力传感器阵列02的连接方式不作限定。优选的，信号接收装置与压力传感器阵列02的连接方式可以为无线连接（参考图2和图3所示），减少因有线连接造成的眼睑闭合不全和不适感。

可选地，电感线圈05为多圈结构，例如，电感线圈05可以为4-5圈，以使传输干扰更小，本发明对电感线圈05的圈数不做限定。

本发明由于接触镜01的曲率与角膜的曲率相匹配，且将电感线圈05和压力传感器阵列02一体封装于接触镜01中，避免了现有技术中其它眼睑压力测量系统需要戴隐形眼镜保护角膜，因传感器曲率与角膜不匹配需要滴表麻药等缺点，同时接触镜01的靠近待检测眼球的一侧采用了隐形软性材料包裹，用户测量时体验舒适，易于接受。且本发明以软硬结合的角膜接触镜01作为与角膜和空气直接接触的部分，同时在接触镜01的周边区进行了曲率增加设计，以减少角膜接触镜01的位移，从而实现在短时间内对于角膜中央和镜片中央的对正。

在本发明一实施例中，如图4所示，该压力传感器包括第一衬底021、第一导电层022、第二导电层024、第二衬底025和离子介电层023。其中，第一导电层022设置在第一衬底021的一侧；第二导电层024设置在第一导电层022远离第一衬底的一侧；第二衬底025设置在第二导电层024远离第一导电层022的一侧；离子介电层023设置在第一导电层022和第二导电层024之间。离子介电层023包括底层和凸起结构，底层设置在第一导电层022远离第一衬底021的一侧，凸起结构设置在底层远离所述第一导电层022的一侧。

可选地，第一导电层022和第二导电层024的材料为非透明的金、银、碳纳米管材质或透明氧化铟锡等材质，第一导电层022和第二导电层024的材料可根据实际产品需求进行选择，本发明对第一导电层022和第二导电层024的具体材料不做限定。

可选地，凸起结构为圆锥体、球体、圆柱体、长方体或四面体等，凸起结构的形状可根据实际产品需求进行选择，本发明对凸起结构的具体形状不做限定。

在眼睑压力施加过程中，会改变电极和离电压力传感材料的实际接触面积，从而导致双电层电容改变，增加离子介电层可以在电极位置改变时使接触面积变化，降低了初始接触面积，减少初始电容，从而显著提升传感器的灵敏度和响应速度。

在本发明一实施例中，压力传感器阵列02的边缘与所述接触镜01的中心点之间的垂直投影距离为4mm,从而可以确保只对眼睑闭合时的有效眼睑压力进行测量。

可选地，对于压力传感器形状的改变，例如使用球形、椭圆体、正方体、三角体或不对称多变体等多种方式构建的传感器，也应认为属于本专利保护范围内。

在本发明一实施例中，所述接触镜01包括：第一封装层、中间层、第二封装层和支撑层07。其中，中间层设置在所述第一封装层的一侧，中间层上设置有键合的压力传感器阵列02和电感线圈05，所述电感线圈靠近所述中间层的一侧设置。第二封装层设置在所述中间层远离所述第一封装层的一侧，且靠近待测试眼球一侧设置。其中所述第一封装层和所述第二封装层包裹所述在压力传感器阵列02和电感线圈05上。

第一封装层和第二封装层把压力传感器阵列02和电感线圈05包裹起来，封装层具有防水等功能，减少了压力传感器阵列02受到泪液等物质的影响，从而防止压力传感器阵列02因进水等因素导致读数不准确的问题。

在本发明一实施例中，所述中间层包括第一区06，和围绕所述第一区06外围设置的第二区；其中，所述第一区06的材质的硬度大于所述第二区的材质的硬度。换言之，第一区06为中央硬镜，第二区为周边软镜。压力传感器阵列02和电感线圈05设置在第一区06的中央硬镜上。

为消除眼内压对眼睑压力测量的影响，可以采用硬性材料硅氟聚合物材质作为第一区06的材料；采用硅胶材质作为第二区的材料。可选地，其中第一区06的边缘与所述接触镜01的中心点之间的垂直投影距离为5mm，从而隔绝眼压导致的角膜形变造成的压力读数变化；可选地，硅胶如MED-6015。第一封装层和第二封装层为软性材料构成，可选地，第二区的材料和封装层的材料可以相同。第一封装层和第二封装层的材料为硅胶材质。

在本发明一实施例中，所述压力传感器阵列02包括多个压力传感器，每个所述压力传感器与一个所述电感线圈05键合形成一RLC串联谐振电路；其中，至少两个所述RLC串联谐振电路的谐振频率不同。根据本申请发明人研究发现，在100mmHg压力范围内基于电感耦合方式测量电容的谐振频率改变量基本都在20%以内，因此在设计接触镜01中的压力传感器阵列02时分别设计不同谐振频率的电感将不同测试区域的电容传感值测量出来，通过设置压力传感器阵列02，对眼睑压力实现了区域性测量，具有超高灵敏度，本测量装置对单个电感线圈05的体积进行了缩小，因此可以以较小的电感线圈05实现区域性眼睑压力的精确测量。

在本发明一实施例中，如图1所示，述压力传感器阵列02包括1个第一压力传感器03和4个第二压力传感器04；其中，所述第一压力传感器03设置在所述接触镜01的中心位置，4个所述第二压力传感器04围绕所述第一区06的四周均匀分布。

可选地，采用微纳加工工艺在同一接触镜01中制备5个电容传感器件（如图1所示），每个电容传感器件分别设置在一个区域，通过可以设置不同的独立频率范围以感知压力变化（参考图5所示电感线圈05在特定压力作用下的频率偏移坐标图）。

本实施例设置的中间一个第一压力传感器03，第一压力传感器03周边4个第二压力传感器04，实现了对角膜的上部和下部的鼻颞侧分别进行测量，以获取区域性眼睑压力。

可选地，对于传感器区域性测量位置的改变，例如第二压力传感器04可以设置在以镜片中心为顶点，距离该顶点垂直投影距离为5mm、6mm或7mm处的对称或不对称位置上。第一压力传感器03可设置不同直径的圆形，例如直径为3mm、3.5mm或4mm等等。

在本发明一实施例中，支撑层07设置在所述中间层和所述离子介电层之间；具体地，多个压力传感器存在缝隙，支撑层07设置在压力传感器之间的缝隙处，且从中间层的第一区06到介电层的全部空间。可选地，支撑层07以环形穿插在压力传感器的电极的空隙中。由于介电层是单面微结构化的，支撑层07可以支撑起微结构这一面的空间。

在本发明一实施例中，由于压力传感器的灵敏度相当高，可以对细微眼睑压力变化进行检测，有利于对有限元建模进行精确化参数设置。利用离子介电层（离子介电层可为带有微纳结构的离电层）构建了高敏感度柔性式电容压力传感器，相较于压阻式、液气压传导和拉拽睫毛的方案，利用微纳加工的介电层空气间隙，提升了灵敏度。其中，灵敏度S可表示为：

（1）

其中，表示电容变化值，/>表示初始电容值，P表示施加的压力值。电容值与初始接触面积相关，因此通过微纳结构设置，本眼睑压力检测系统可实现十倍以上于其它传感器的灵敏度检测。

本实施例提供一种眼睑压力测量装置的制备方法，该眼睑压力测量装置的制备方法包括：

步骤01:在三维曲面薄膜上沉积图案化螺旋线圈，以形成电感线圈05。

步骤02:提供一压力传感器阵列02，所述压力传感器阵列02包括多个压力传感器；

步骤03:将所述电感线圈05与所述压力传感器阵列02键合，以形成RLC串联谐振电路；所述压力传感器为离电式柔性电容压力传感器。

步骤04:提供一接触镜模具，其中所述接触镜模具为弧形曲面，所述弧形曲面的曲率与人眼曲率相匹配。

步骤05:将键合后的压力传感器阵列02和电感线圈05放入所述接触镜模具里，在所述压力传感器阵列02和电感线圈05的一侧形成第二封装层；去除所述接触镜模具，在所述压力传感器阵列02和电感线圈05的另一侧依次形成中间层和第一封装层；

步骤06:提供一信号接收装置，将所述信号接收装置与所述压力传感器阵列02连接；

步骤07:提供一分析检测装置，将所述分析检测装置与所述信号接收装置连接，以形成眼睑压力测量装置。

在本发明一实施例中，在将所述电感线圈05键合压力传感器阵列02之前，还包括：制备压力传感器阵列02。本实施例采用离电式柔性电容传感理论模型制备电容压力传感器。离电式电容压力传感器主要是利用电极-离子界面处形成的很高的双电层电容来实现压力传感。根据Gouy-Chapman模型，在离电式电容压力传感器中双电层电容的数学表达为：

(2)

其中，CEDL为双电层电容值，CH和CD分别为离子和电子界面的亥姆赫兹层（Helmholtz layer）和扩散层（diffuse layer），为粗糙度比值，/>为分别关于亥姆赫兹层的厚度（d）、介电常数（ε）、环境因子（C）、表面电势（φ）和温度（T）的函数，A为实际接触面积，UAC为单位面积电容。

为使得压力传感器阵列02的曲率与人眼曲率匹配，以角膜中央4mm为垂直投影平面进行传感电路设计，依次进行上方极板和下方极板的设计。

具体地，所述制备压力传感器阵列02包括：

步骤061：提供第一衬底和第二衬底。可选地，第一衬底和第二衬底可为聚对苯二甲酸乙二酯材质。

步骤062：在所述第一衬底的一侧形成第一导电层，在所述第二衬底的一侧形成第二导电层。可选地，以丝网印刷或旋涂等技术在第一衬底和第二衬底的一侧进行大面积均一厚度导电材料的印刷。

步骤063：在硅片上旋涂光刻胶，并进行曝光显影工艺，以图案化所述硅片；

步骤064：在所述硅片图案化的一侧旋涂离子介电层材料；

步骤065：烘干并剥离所述离子介电层材料，以形成离子介电层；

步骤066：将所述离子介电层组装在所述第一导电层和所述第二导电层之间，以形成初始压力传感器；

步骤067：将多个所述初始压力传感器按照预设形状排列得到初始压力传感器阵列；

步骤068：对所述初始压力传感器阵列进行切割，保留所述初始压力传感器阵列的电路部分。可选地，以激光切割初始压力传感器阵列，仅对电路部分进行保留。

对初始压力传感器阵列进行分体式裁剪，即去除不含有电路线的部分，仅保留具有导电功能的部分。对于压力传感器阵列的纬度部分，以预设阈值应变量为限度获取最小宽度，可选地，预设阈值为以20%应变为限度；对所述初始压力传感器阵列的经度部分，根据曲面共形原理求解获取最低连接宽度，从而使得残余应力降低；基于所述最小宽度和所述最低连接宽度进行分体式裁剪，去除所述初始压力传感器阵列中不含有电路的部分，保留含有电路部分。

步骤069：将切割后的压力传感器阵列放置于以角膜曲率为模板的模具中进行曲面共形，以得到所述压力传感器阵列02。

可选地，对于匹配角膜曲率实现曲面塑形的方法包括：将切割后的初始压力传感器阵列放置于以角膜曲率为模板的模具中以预设温度和预设时间加热以进行曲面塑形，从而降低残余应力使得与角膜曲率符合。可选地，预设温度为170℃；预设时间为5分钟。高温加热压力传感器能够降低残余应力，使得电路与接触镜01之间具备良好的曲率贴合。

或者，对于匹配角膜曲率实现曲面塑形的方法还可以包括：使用剪纸技术实现的分瓣法、分带法和分瓣分带复合法等方法求解最小花瓣样分瓣数。利用基底材质属性设置临界失效应变，并代入某一位置切向曲率和位置坐标，则可得出最小花瓣样分瓣数，基于所述最小花瓣样分瓣数对切割后的初始压力传感器阵列使用剪纸技术进行分瓣切割，其后使用自愈合材料例如聚已内酯和纳米银颗粒于接缝处连接，并以加热使得接缝处电路再次连通，也可获得曲面眼睑压力测量方案。例如，以片体的弯曲能U1，片体的拉伸应变能U2，胶层带来的片体与曲面基底之间的界面粘附能U3，曲面基板的应变能U4。片体的共形情况由这四种能量共同决定，定义理想状况下结构的总能量为，则有：

（3）

其中，步骤063～步骤068的顺序的先后是可以进行调整。步骤063～步骤068的过程可参考图6所示。

本发明对初始压力传感器进行了分体式激光切割并对初始压力传感器阵列利用衬底材料层的热塑性进行了曲面塑形设计，从而降低了平面图案转化为与角膜曲率匹配的残余应力，使得可以在不改变眼睑压力方向的情况下测量获取作用于角膜上的真实眼睑载荷。同时，本发明进一步利用中间层第一区06的硬质材料防止了因眼压波动而造成的压力传感器数值变化，并在周边弧区采取了较高曲率设计，使得定位性良好，从而获取更为稳定趋近真实的眼睑压力值。且利用谐振电路的无线信号传输耦合模型使得可以在无线情况下进行区域性眼睑压力信号的传输，还原眼睑闭合状态下眼睑作用状态，避免了导线等有线连接对于眼睑完全闭合的影响。

本实施例提供了一种眼睑压力测量方法，基于眼睑压力测量系统进行测量。该眼睑压力测量方法包括：

步骤10:检测到RLC串联谐振电路中谐振频率发生变化，并获取谐振频率变化值；

步骤20:基于所述谐振频率变化值得到RLC串联谐振电路和读取电路之间的耦合系数；

步骤30:基于所述耦合系数得到等效电路的输入阻抗实部最大值所对应的中心谐振频率；

步骤40:基于所述等效电路的输入阻抗实部最大值所对应的中心谐振频率得到所述RLC串联谐振电路中电容的大小；

步骤50:基于压力-电容数据曲线得到对应区域的眼睑压力值。

为实现无线无源眼睑压力信息的获取，本实施例基于谐振电路和互感检测原理对眼睑压力测量系统进行电容值的提取。基于谐振电路的无线检测原理，该系统由与压力传感器阵列02相连的多个电感线圈05、信号接收装置以及分析检测装置组成，这样系统的谐振电路对应的中心谐振频率f表示为：

(4)

其中，L1，C1，R1分别为传感电路回路的电感、电容和电阻值，当时，f近似等于：

(5)

当眼睑位置发生变化时，贴合在接触镜01上的压力传感器阵列02件感受到眼睑带来的压力变化，传感电路中电容值C1就发生变化，整个回路电路中谐振频率发生变化。在近场通信和无线供能系统中，使用的线圈常常由多匝线圈绕制而成，可以根据法拉第电磁感应定律进一步分析出传感电路和读取电路的耦合系数。最后通过分析检测装置检测等效电路的输入阻抗实部最大值所对应的中心谐振频率来计算接触镜01中电容的大小，最终根据压力-电容数据曲线推算出对应区域的眼睑压力值。

在本发明一实施例中，提供一种眼睑压力测量系统，该眼睑压力测量系统包括上述实施例中所述的眼睑压力测量装置。除此之外，该眼睑压力测量系统还包括：谐振频率检测获取单元、数据处理单元和压力获取单元。

谐振频率检测获取单元，用于检测到RLC串联谐振电路中谐振频率发生变化，并获取谐振频率变化值；

数据处理单元，用于基于所述谐振频率变化值得到RLC串联谐振电路和读取电路之间的耦合系数；并基于所述耦合系数得到等效电路的输入阻抗实部最大值所对应的中心谐振频率；进而基于所述等效电路的输入阻抗实部最大值所对应的中心谐振频率得到所述RLC串联谐振电路中电容的大小；

压力获取单元，用于基于压力-电容数据曲线得到对应区域的眼睑压力值。

其中，电容为测量两金属电极板之间形成的离电式电容值。离电式电容值由电极和凝胶介电层接触后形成的离子-电子界面的面积决定，随着压力的增加，两者的接触面积显著变化，电容值可以跨越六个数量级，实现拉力的超高灵敏度检测[1]。与基于电阻式的商用传感材料相比，离电式电容传感材料具有超高的灵敏度、更低的功耗以及超快的响应速度。离电式电容值的大小与所受拉力大小正相关，因此可以通过对电容值的精确测量实现对拉力大小的精准评估。除此之外，该眼睑压力测量系统还包括无线信号发射模块，所述无线信号发射模块通过蓝牙、wifi等方式可与移动客户端进行通讯连接，用于将测量得到的眼睑压力值发送到手机客户端用于后续医生诊疗。

进一步地，所眼睑压力测量系统可基于ARM的控制处理器实现数据处理。

在本发明一实施例中，离子介电层，无线信号传输频段的更改以及使用导线等方式进行有线连接，仍在本发明专利的保护范围内。此外，使用微流体技术进行区域性压力测量，并利用颜色变化等显示从而对眼睑压力进行测量，也应认为属于本专利保护范围内。对于使用压力传感与其它传感进行多模态耦合的测量方法，例如与泪液成分、温度等进行同时测量，也应认为属于本专利保护范围内。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

另外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种眼睑压力测量装置，其特征在于，包括：

接触镜，所述接触镜为弧形曲面，所述弧形曲面的曲率与人眼曲率相匹配；

压力传感器阵列，包括多个压力传感器，所述压力传感器阵列设置于所述接触镜内；所述压力传感器为离电式柔性电容压力传感器；所述压力传感器阵列包括1个第一压力传感器和4个第二压力传感器；其中，所述第一压力传感器设置在所述接触镜的中心位置，4个所述第二压力传感器围绕所述第一压力传感器的四周均匀分布；

电感线圈，设置于所述接触镜内，与所述压力传感器阵列键合以形成RLC串联谐振电路；

信号接收装置，与所述压力传感器阵列连接，用于接收所述RLC串联谐振电路传输的信号；

分析检测装置，与所述信号接收装置连接，用于分析所述信号以获得眼睑压力；

所述接触镜包括：

第一封装层；

中间层，设置在所述第一封装层的一侧，所述中间层上设置有键合的压力传感器阵列和电感线圈，所述电感线圈靠近所述中间层的一侧设置；所述中间层包括第一区，和围绕所述第一区外围设置的第二区；其中，所述第一区的材质的硬度大于所述第二区的材质的硬度；

第二封装层，设置在所述中间层远离所述第一封装层的一侧，且靠近待测试眼球一侧设置；

其中，所述第一封装层和所述第二封装层包裹所述压力传感器阵列和所述电感线圈；

所述压力传感器阵列和所述电感线圈设置在所述第一区上。

2.根据权利要求1所述的眼睑压力测量装置，其特征在于，所述压力传感器包括：

第一衬底；

第一导电层，设置在所述第一衬底的一侧；

第二导电层；设置在所述第一导电层远离所述第一衬底的一侧；

第二衬底，设置在所述第二导电层远离所述第一导电层的一侧；

离子介电层，设置在所述第一导电层和所述第二导电层之间；其中，所述离子介电层包括底层和凸起结构，所述底层设置在所述第一导电层远离所述第一衬底的一侧，所述凸起结构设置在所述底层远离所述第一导电层的一侧。

3.根据权利要求1所述的眼睑压力测量装置，其特征在于，所述压力传感器阵列的边缘与所述接触镜的中心点之间的垂直投影距离为4mm。

4.根据权利要求1所述的眼睑压力测量装置，其特征在于，包括多个电感线圈，每个所述压力传感器与一个所述电感线圈键合形成一RLC串联谐振电路；其中，至少两个所述RLC串联谐振电路的谐振频率不同。

5.一种如上述权利要求1-4中任意一项所述的眼睑压力测量装置的制备方法，其特征在于，包括：

在三维曲面薄膜上沉积图案化螺旋线圈，以形成电感线圈；

提供一压力传感器阵列，所述压力传感器阵列包括多个压力传感器；

将所述电感线圈所述压力传感器阵列键合，以形成RLC串联谐振电路；所述压力传感器为离电式柔性电容压力传感器；

提供一接触镜模具，其中，所述接触镜模具为弧形曲面，所述弧形曲面的曲率与人眼曲率相匹配；

将所有键合后的压力传感器阵列和电感线圈放入所述接触镜模具里，在所述压力传感器阵列和电感线圈的一侧形成第二封装层；去除所述接触镜模具，在所述压力传感器阵列和电感线圈的另一侧依次形成中间层和第一封装层；

提供一信号接收装置，将所述信号接收装置与所述压力传感器阵列连接；

提供一分析检测装置，将所述分析检测装置与所述信号接收装置连接，以形成眼睑压力测量装置。

6.根据权利要求5所述的眼睑压力测量装置的制备方法，其特征在于，还包括：制备压力传感器阵列；所述制备压力传感器阵列包括：

提供第一衬底和第二衬底；

在所述第一衬底的一侧形成第一导电层，在所述第二衬底的一侧形成第二导电层；

在硅片上旋涂光刻胶，并进行曝光显影工艺，以图案化所述硅片；

在所述硅片图案化的一侧旋涂离子介电层材料；

烘干并剥离所述离子介电层材料，以形成离子介电层；

将所述离子介电层组装在所述第一导电层和所述第二导电层之间，以形成初始压力传感器；

将多个所述初始压力传感器按照预设形状排列得到初始压力传感器阵列；

对所述初始压力传感器阵列进行切割，保留所述初始压力传感器阵列的电路部分；

将切割后的初始压力传感器阵列放置于以角膜曲率为模板的模具中进行曲面共形，以得到压力传感器阵列。

7.根据权利要求6所述的眼睑压力测量装置的制备方法，其特征在于，所述对所述初始压力传感器阵列进行切割，保留所述初始压力传感器阵列的电路部分，包括：

对所述初始压力传感器阵列的纬度部分，以预设阈值应变量为限度获取最小宽度；

对所述初始压力传感器阵列的经度部分，根据曲面共形原理获取最低连接宽度；

基于所述最小宽度和所述最低连接宽度进行分体式裁剪，去除所述初始压力传感器阵列中不含有电路的部分，保留含有电路部分。

8.根据权利要求6所述的眼睑压力测量装置的制备方法，其特征在于，所述将切割后的初始压力传感器阵列放置于以角膜曲率为模板的模具中进行曲面共形，包括：

将切割后的初始压力传感器阵列放置于以角膜曲率为模板的模具中以预设温度和预设时间加热以进行曲面塑形。

9.一种眼睑压力测量方法，基于上述权利要求1-4中任意一项所述眼睑压力测量装置进行测量，其特征在于，包括：

检测到RLC串联谐振电路中谐振频率发生变化，并获取谐振频率变化值；

基于所述谐振频率变化值得到RLC串联谐振电路和读取电路之间的耦合系数；

基于所述耦合系数得到等效电路的输入阻抗实部最大值所对应的中心谐振频率；

基于所述等效电路的输入阻抗实部最大值所对应的中心谐振频率得到所述RLC串联谐振电路中电容的大小；

基于压力-电容数据曲线得到对应区域的眼睑压力值。