摘要:Neurotechnology平臺利用人工智能和基于模型的設計治療糖尿病性神經病和其他神經退行性疾病。

2012年，Siddharth Nair的母親開始出現(xiàn)糖尿病性神經病變的癥狀。病情迅速蔓延到她的雙腿，使她幾乎癱瘓。她嘗試過使用補充劑來幫助治療神經病，但沒有得到任何改善。而理療方案的費用高得令人望而卻步。即使她負擔得起，往返治療場所的交通也成了另一個障礙。

“[MedTechnovation]計劃旨在發(fā)掘和扶持醫(yī)療保健領域的早期創(chuàng)新者來構建技術解決方案，幫助解決印度的醫(yī)療保健問題。”---Lakshmi Jagannathan，DERBI 首席執(zhí)行官

“我們需要有人帶我媽媽去看理療師，等待她完成治療，然后送她回家，”Nair表示。“在班加羅爾這樣交通擁堵的城市里，這幾乎是無法實現(xiàn)的。”

Nair是一名生物醫(yī)學工程師，他決定為母親找到一種替代治療方案。于是，他創(chuàng)立了 Xfinito Biodesigns來開發(fā)一種醫(yī)療設備，幫助患有神經病變的人恢復身體機能。

為了推動和擴大其初創(chuàng)公司的發(fā)展，Nair申請了2020年MedTechnovation挑戰(zhàn)賽。這項挑戰(zhàn)賽由Dayananda Sagar創(chuàng)業(yè)研究和商業(yè)孵化基金會（DERBI 基金會）與MathWorks?聯(lián)合發(fā)起，旨在扶持有前途的醫(yī)療設備初創(chuàng)公司。

“這項計劃旨在發(fā)掘和扶持醫(yī)療保健領域的早期創(chuàng)新者來構建技術解決方案，從而解決印度的醫(yī)療保健問題，”DERBI首席執(zhí)行官Lakshmi Jagannathan表示。

在100多名申請者中，評委們選出了Xfinito Biodesigns和其他10家初創(chuàng)公司，他們獲得了撥款、DERBI孵化和MathWorks加速器計劃的技術支持。評委們之所以選擇Xfinito，不僅是因為其產品新穎性和幫助他人的潛力，還因為其鼓舞人心的故事激發(fā)了其使命。

可穿戴醫(yī)療設備

Nair的母親患糖尿病有很長一段時間，后來出現(xiàn)了更嚴重的癥狀。由于病情導致的并發(fā)癥，她開始喪失視力，并接受了手術來挽救她的視力。但就在做完手術三天后，她的腿開始出現(xiàn)神經病變。病情發(fā)展很快，又過了幾天，她的腿就變得麻木。

“這款鞋是一個智能系統(tǒng)，可以感知足部壓力、足部溫度、人的步態(tài)，以及對振動、熱或電刺激的神經肌肉反應。”---Siddharth Nair，Xfinito Biodesigns聯(lián)合創(chuàng)始人

Nair發(fā)現(xiàn)，他母親服用的補充劑對治療她的癥狀幾乎沒有作用。在大學學習生物工程后，他想知道自己能否為母親找到一種解決辦法。

“那時候我決定冒險一試，”他表示。“我辭去了工作，開始攻讀碩士學位，這樣我就可以進入實驗室，去研究一種可以幫助她的工具。”

在研究生院，他擁有了為母親開發(fā)治療設備所需的一切資源。為了完成論文，他進行了神經調節(jié)療法實驗，即通過傳遞熱、振動或電刺激等刺激來改善神經系統(tǒng)功能。Nair的論文項目為偏癱（單側身體癱瘓）提供了一種康復解決方案，并且他拓展了這項工作，為他的母親制造了一臺設備。

神經調節(jié)設備的早期原型機。（圖片所有權：Xfinito Biodesigns）

Nair的原型神經調節(jié)設備通過對皮膚釋放電脈沖來刺激神經，以改善神經功能。在自己身上進行測試以確保設備安全后，Nair讓他的母親進行了試用。“她已經放棄了希望，因為她已經忍受了一年多的痛苦，試過的方法都不管用，”Nair表示。他的母親同意試用他的設備。

“第一次嘗試時，她沒有任何感覺，這讓她有點沮喪，”Nair表示。“在最初的四周里，她對神經調節(jié)刺激沒有任何反應。但之后，她的腿開始有反應了。”

八年后的今天，他的母親可以走路并完成日?；顒?。她也是Xfinito Biodesigns的聯(lián)合創(chuàng)始人，該公司旨在將這項技術推向市場。“她正在幫助我們進行無障礙設計，并且正在換一種方式看待自己的殘疾，”Nair表示。這包括建立一個由殘障人士管理的在線匿名支持小組平臺，隨神經調節(jié)產品一起提供服務。

產品Xeuron.ai是一個智能平臺，專注于醫(yī)藥、整體健康、運動、游戲和企業(yè)應用的消費者神經技術。作為醫(yī)學應用，該平臺為神經退行性疾病提供疾病管理，包括預防、監(jiān)測進展、靶向治療和臨床醫(yī)生的決策支持系統(tǒng)。其目的是監(jiān)測和預防糖尿病性神經病變等并發(fā)癥。“在很多情況下，腳是最先受到影響的，會導致足部潰瘍，”Nair表示。因此，Xeuron.ai平臺中的第一款可穿戴原型采用了智能、時尚的運動鞋款式，內部配備了電極和傳感器。

除了糖尿病性神經病，該設備還可用于其他神經退行性疾病。Nair表示，除了用在鞋子上，他們還可以將該系統(tǒng)實現(xiàn)到其他可穿戴設備上，并且可進行定制，以滿足帕金森氏癥和亨廷頓氏癥等疾病患者的需求。

“這款鞋是一個智能系統(tǒng)，可以感知足部壓力、足部溫度、人的步態(tài)，以及對振動、熱或電刺激的神經肌肉反應，”Nair表示。“我們會觀察神經運動活動和反射。”

這種設計使Xeuron在醫(yī)療設備中獨樹一幟。最近，Xfinito和Xeuron.ai引起了著名鞋類設計師Mohammed Ehsan的關注。他曾經為許多電影名人和板球明星設計過鞋子，現(xiàn)在也為這種可穿戴設備的誕生做出了貢獻。

事實上，有朝一日Ehsan可能會穿上它。“他幫助我們的原因是他患有帕金森氏癥，”Nair表示。“他開始支持我們，這讓我們將這款鞋做得更好。”

Xeuron.ai不僅可以改善神經病變或其他神經系統(tǒng)疾病患者的預后，還可以增加獲得護理的機會。通過從鞋子中不斷收集數(shù)據(jù)以及患者與醫(yī)生共享數(shù)據(jù)的潛在能力，患者無需擔心請假或尋找交通工具來定期復診。

跟著人工智能走進未來

在過去幾個月里，來自DERBI和MathWorks技術指導計劃的導師和專家為Xfinito Biodesigns提供了支持。這些支持幫助Nair將Xeuron.ai技術比最初預計向前推進了數(shù)年。

借助MATLAB^@，Nair開發(fā)了更完善的軟件來管理Xeuron.ai的功能。Xeuron.ai可記錄來自可穿戴設備的信息，例如壓力、溫度、對刺激的反應和運動。深度學習算法幫助處理數(shù)據(jù)。這種處理通過混合計算進行，Nair表示這可以降低成本并縮短計算時間。該系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)，通過電或磁刺激、振動、熱脈沖或光脈沖提供個性化治療。

利用Simulink^@，Nair和他的團隊利用鞋子記錄的數(shù)據(jù)開發(fā)數(shù)字孿生，創(chuàng)建每位用戶的虛擬模型或數(shù)字化身。“這將幫助我們了解我們每位平臺用戶的生理特征，”他表示，他們因此能夠預測預后，進一步定制治療方案，并有可能阻止并發(fā)癥的發(fā)展。此外，該技術通過數(shù)字可視化定性和定量地評估改善情況或病情，使用戶能夠直觀地查看一段時間內自身情況的數(shù)字化數(shù)據(jù)。

“由于技術指導計劃以及我們在MATLAB和Simulink方面的經驗，我們得以加快智能開發(fā)的步伐。” ---Siddharth Nair，Xfinito Biodesigns 聯(lián)合創(chuàng)始人

Xfinito Biodesigns的Xeuron鞋系統(tǒng)。（圖片所有權：Xfinito Biodesigns）

Nair還設想與臨床醫(yī)生開展合作，讓他們能使用這些數(shù)據(jù)來指導治療。他表示，“臨床科學家會監(jiān)控數(shù)據(jù)，并在發(fā)現(xiàn)異常情況時聯(lián)絡醫(yī)生與患者，”從而使醫(yī)生能夠實時改進治療方案。

Nair計劃拓展Xfinito Biodesigns的業(yè)務范圍。借助DERBI和MathWorks資源，他現(xiàn)在擁有了完成這項任務的工具。“由于技術指導計劃以及我們在MATLAB和Simulink方面的經驗，我們得以加快智能開發(fā)的步伐，”他表示。

MathWorks的支持極大地加快了Xeuron.ai的平臺開發(fā)。Nair當時還沒有計劃開發(fā)該系統(tǒng)的人工智能組件，但MATLAB和Simulink讓他的團隊得以比預想中提前數(shù)年開始推進這項工作。

目前，Xfinito Biodesigns正在為Xeuron.ai平臺的各個組件申請專利，并開發(fā)臨床App來為醫(yī)生的治療方案提供信息支持。Nair表示，到目前為止，醫(yī)生和病人都給他的團隊提供了積極反饋。

除了這項技術帶來的巨大醫(yī)療益處外，Nair還看到了產生社會影響力的機會。“對我來說，有兩件事最重要，其一是為生活在貧困線以下的社區(qū)兒童和老年人提供優(yōu)質的鞋子，這不僅限于印度，還包括全球各地，”Nair表示。“其二是劃撥部分收益來幫助為殘障人士提供培訓，提升其技能。”

Jagannathan表示，DERBI的孵化和技術指導計劃讓Nair的初創(chuàng)公司變得強大，為他提供了各種工具，在印度和其他地區(qū)的社區(qū)驗證他的解決方案。“事情始于解決一個局部問題，”她表示。“但這項計劃幫助他拓寬了視野，變得高瞻遠矚。”