將人工智能和鞋類(lèi)相結合，改善糖尿病治療

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(jīng)病和其他神經(jīng)退行性疾病。

2012年，Siddharth Nair的母親開(kāi)始出現糖尿病性神經(jīng)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(guò)使用補充劑來(lái)幫助治療神經(jīng)病，但沒(méi)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(chǎng)所的交通也成了另一個(gè)障礙。

“[MedTechnovation]計劃旨在發(fā)掘和扶持醫療保健領(lǐng)域的早期創(chuàng )新者來(lái)構建技術(shù)解決方案，幫助解決印度的醫療保健問(wèn)題。”---Lakshmi Jagannathan，DERBI 首席執行官

“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(wú)法實(shí)現的。”

Nair是一名生物醫學(xué)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(lái)開(kāi)發(fā)一種醫療設備，幫助患有神經(jīng)病變的人恢復身體機能。

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

“這項計劃旨在發(fā)掘和扶持醫療保健領(lǐng)域的早期創(chuàng )新者來(lái)構建技術(shù)解決方案，從而解決印度的醫療保健問(wèn)題，”DERBI首席執行官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(shù)支持。評委們之所以選擇Xfinito，不僅是因為其產(chǎn)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。

可穿戴醫療設備

Nair的母親患糖尿病有很長(cháng)一段時(shí)間，后來(lái)出現了更嚴重的癥狀。由于病情導致的并發(fā)癥，她開(kāi)始喪失視力，并接受了手術(shù)來(lái)挽救她的視力。但就在做完手術(shù)三天后，她的腿開(kāi)始出現神經(jīng)病變。病情發(fā)展很快，又過(guò)了幾天，她的腿就變得麻木。

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

Nair發(fā)現，他母親服用的補充劑對治療她的癥狀幾乎沒(méi)有作用。在大學(xué)學(xué)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(shí)候我決定冒險一試，”他表示。“我辭去了工作，開(kāi)始攻讀碩士學(xué)位，這樣我就可以進(jìn)入實(shí)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(kāi)發(fā)治療設備所需的一切資源。為了完成論文，他進(jìn)行了神經(jīng)調節療法實(shí)驗，即通過(guò)傳遞熱、振動(dòng)或電刺激等刺激來(lái)改善神經(jīng)系統功能。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(jīng)調節設備的早期原型機。（圖片所有權：Xfinito Biodesigns）

Nair的原型神經(jīng)調節設備通過(guò)對皮膚釋放電脈沖來(lái)刺激神經(jīng)，以改善神經(jīng)功能。在自己身上進(jìn)行測試以確保設備安全后，Nair讓他的母親進(jìn)行了試用。“她已經(jīng)放棄了希望，因為她已經(jīng)忍受了一年多的痛苦，試過(guò)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(shí)，她沒(méi)有任何感覺(jué)，這讓她有點(diǎn)沮喪，”Nair表示。“在最初的四周里，她對神經(jīng)調節刺激沒(méi)有任何反應。但之后，她的腿開(kāi)始有反應了。”

八年后的今天，他的母親可以走路并完成日?；顒?dòng)。她也是Xfinito Biodesigns的聯(lián)合創(chuàng )始人，該公司旨在將這項技術(shù)推向市場(chǎng)。“她正在幫助我們進(jìn)行無(wú)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(gè)由殘障人士管理的在線(xiàn)匿名支持小組平臺，隨神經(jīng)調節產(chǎn)品一起提供服務(wù)。

產(chǎn)品Xeuron.ai是一個(gè)智能平臺，專(zhuān)注于醫藥、整體健康、運動(dòng)、游戲和企業(yè)應用的消費者神經(jīng)技術(shù)。作為醫學(xué)應用，該平臺為神經(jīng)退行性疾病提供疾病管理，包括預防、監測進(jìn)展、靶向治療和臨床醫生的決策支持系統。其目的是監測和預防糖尿病性神經(jīng)病變等并發(fā)癥。“在很多情況下，腳是最先受到影響的，會(huì )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(shí)尚的運動(dòng)鞋款式，內部配備了電極和傳感器。

除了糖尿病性神經(jīng)病，該設備還可用于其他神經(jīng)退行性疾病。Nair表示，除了用在鞋子上，他們還可以將該系統實(shí)現到其他可穿戴設備上，并且可進(jìn)行定制，以滿(mǎn)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(gè)智能系統，可以感知足部壓力、足部溫度、人的步態(tài)，以及對振動(dòng)、熱或電刺激的神經(jīng)肌肉反應，”Nair表示。“我們會(huì )觀(guān)察神經(jīng)運動(dòng)活動(dòng)和反射。”

這種設計使Xeuron在醫療設備中獨樹(shù)一幟。最近，Xfinito和Xeuron.ai引起了著(zhù)名鞋類(lèi)設計師Mohammed Ehsan的關(guān)注。他曾經(jīng)為許多電影名人和板球明星設計過(guò)鞋子，現在也為這種可穿戴設備的誕生做出了貢獻。

事實(shí)上，有朝一日Ehsan可能會(huì )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(kāi)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(jīng)病變或其他神經(jīng)系統疾病患者的預后，還可以增加獲得護理的機會(huì )。通過(guò)從鞋子中不斷收集數據以及患者與醫生共享數據的潛在能力，患者無(wú)需擔心請假或尋找交通工具來(lái)定期復診。

跟著(zhù)人工智能走進(jìn)未來(lái)

在過(guò)去幾個(gè)月里，來(lái)自DERBI和MathWorks技術(shù)指導計劃的導師和專(zhuān)家為Xfinito Biodesigns提供了支持。這些支持幫助Nair將Xeuron.ai技術(shù)比最初預計向前推進(jìn)了數年。

借助MATLAB^@，Nair開(kāi)發(fā)了更完善的軟件來(lái)管理Xeuron.ai的功能。Xeuron.ai可記錄來(lái)自可穿戴設備的信息，例如壓力、溫度、對刺激的反應和運動(dòng)。深度學(xué)習算法幫助處理數據。這種處理通過(guò)混合計算進(jìn)行，Nair表示這可以降低成本并縮短計算時(shí)間。該系統根據這些數據，通過(guò)電或磁刺激、振動(dòng)、熱脈沖或光脈沖提供個(gè)性化治療。

利用Simulink^@，Nair和他的團隊利用鞋子記錄的數據開(kāi)發(fā)數字孿生，創(chuàng )建每位用戶(hù)的虛擬模型或數字化身。“這將幫助我們了解我們每位平臺用戶(hù)的生理特征，”他表示，他們因此能夠預測預后，進(jìn)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(shù)通過(guò)數字可視化定性和定量地評估改善情況或病情，使用戶(hù)能夠直觀(guān)地查看一段時(shí)間內自身情況的數字化數據。

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

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

Nair還設想與臨床醫生開(kāi)展合作，讓他們能使用這些數據來(lái)指導治療。他表示，“臨床科學(xué)家會(huì )監控數據，并在發(fā)現異常情況時(shí)聯(lián)絡(luò )醫生與患者，”從而使醫生能夠實(shí)時(shí)改進(jìn)治療方案。

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

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

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

除了這項技術(shù)帶來(lái)的巨大醫療益處外，Nair還看到了產(chǎn)生社會(huì )影響力的機會(huì )。“對我來(lái)說(shuō)，有兩件事最重要，其一是為生活在貧困線(xiàn)以下的社區兒童和老年人提供優(yōu)質(zhì)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(lái)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(shù)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，在印度和其他地區的社區驗證他的解決方案。“事情始于解決一個(gè)局部問(wèn)題，”她表示。“但這項計劃幫助他拓寬了視野，變得高瞻遠矚。”