將人工智能和鞋類相結(jié)合，改善糖尿病治療

摘要:Neurotechnology平臺(tái)利用人工智能和基于模型的設(shè)計(jì)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(xiàn)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(bǔ)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(fèi)用高得令人望而卻步。即使她負(fù)擔(dān)得起，往返治療場(chǎng)所的交通也成了另一個(gè)障礙。

“[MedTechnovation]計(jì)劃旨在發(fā)掘和扶持醫(yī)療保健領(lǐng)域的早期創(chuàng)新者來(lái)構(gòu)建技術(shù)解決方案，幫助解決印度的醫(yī)療保健問(wèn)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(wú)法實(shí)現(xiàn)的。”

Nair是一名生物醫(yī)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(yī)療設(shè)備，幫助患有神經(jīng)病變的人恢復(fù)身體機(jī)能。

為了推動(dòng)和擴(kuò)大其初創(chuàng)公司的發(fā)展，Nair申請(qǐng)了2020年MedTechnovation挑戰(zhàn)賽。這項(xiàng)挑戰(zhàn)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(yī)療設(shè)備初創(chuàng)公司。

“這項(xiàng)計(jì)劃旨在發(fā)掘和扶持醫(yī)療保健領(lǐng)域的早期創(chuàng)新者來(lái)構(gòu)建技術(shù)解決方案，從而解決印度的醫(yī)療保健問(wèn)題，”DERBI首席執(zhí)行官Lakshmi Jagannathan表示。

在100多名申請(qǐng)者中，評(píng)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(jì)劃的技術(shù)支持。評(píng)委們之所以選擇Xfinito，不僅是因?yàn)槠洚a(chǎn)品新穎性和幫助他人的潛力，還因?yàn)槠涔奈枞诵牡墓适录ぐl(fā)了其使命。

可穿戴醫(yī)療設(shè)備

Nair的母親患糖尿病有很長(zhǎng)一段時(shí)間，后來(lái)出現(xiàn)了更嚴(yán)重的癥狀。由于病情導(dǎo)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(xiàn)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(tǒng)，可以感知足部壓力、足部溫度、人的步態(tài)，以及對(duì)振動(dòng)、熱或電刺激的神經(jīng)肌肉反應(yīng)。”---Siddharth Nair，Xfinito Biodesigns聯(lián)合創(chuàng)始人

Nair發(fā)現(xiàn)，他母親服用的補(bǔ)充劑對(duì)治療她的癥狀幾乎沒(méi)有作用。在大學(xué)學(xué)習(xí)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(xiǎn)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(yàn)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(shè)備所需的一切資源。為了完成論文，他進(jìn)行了神經(jīng)調(diào)節(jié)療法實(shí)驗(yàn)，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(tǒng)功能。Nair的論文項(xiàng)目為偏癱（單側(cè)身體癱瘓）提供了一種康復(fù)解決方案，并且他拓展了這項(xiàng)工作，為他的母親制造了一臺(tái)設(shè)備。

神經(jīng)調(diào)節(jié)設(shè)備的早期原型機(jī)。（圖片所有權(quán)：Xfinito Biodesigns）

Nair的原型神經(jīng)調(diào)節(jié)設(shè)備通過(guò)對(duì)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(cè)試以確保設(shè)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?yàn)樗呀?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(shè)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(duì)神經(jīng)調(diào)節(jié)刺激沒(méi)有任何反應(yīng)。但之后，她的腿開(kāi)始有反應(yīng)了。”

八年后的今天，他的母親可以走路并完成日常活動(dòng)。她也是Xfinito Biodesigns的聯(lián)合創(chuàng)始人，該公司旨在將這項(xiàng)技術(shù)推向市場(chǎng)。“她正在幫助我們進(jìn)行無(wú)障礙設(shè)計(jì)，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匿名支持小組平臺(tái)，隨神經(jīng)調(diào)節(jié)產(chǎn)品一起提供服務(wù)。

產(chǎn)品Xeuron.ai是一個(gè)智能平臺(tái)，專注于醫(yī)藥、整體健康、運(yùn)動(dòng)、游戲和企業(yè)應(yīng)用的消費(fèi)者神經(jīng)技術(shù)。作為醫(yī)學(xué)應(yīng)用，該平臺(tái)為神經(jīng)退行性疾病提供疾病管理，包括預(yù)防、監(jiān)測(cè)進(jìn)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(cè)和預(yù)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(dǎo)致足部潰瘍，”Nair表示。因此，Xeuron.ai平臺(tái)中的第一款可穿戴原型采用了智能、時(shí)尚的運(yùn)動(dòng)鞋款式，內(nèi)部配備了電極和傳感器。

除了糖尿病性神經(jīng)病，該設(shè)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)到其他可穿戴設(shè)備上，并且可進(jìn)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(gè)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(duì)振動(dòng)、熱或電刺激的神經(jīng)肌肉反應(yīng)，”Nair表示。“我們會(huì)觀察神經(jīng)運(yùn)動(dòng)活動(dòng)和反射。”

這種設(shè)計(jì)使Xeuron在醫(yī)療設(shè)備中獨(dú)樹(shù)一幟。最近，Xfinito和Xeuron.ai引起了著名鞋類設(shè)計(jì)師Mohammed Ehsan的關(guān)注。他曾經(jīng)為許多電影名人和板球明星設(shè)計(jì)過(guò)鞋子，現(xiàn)在也為這種可穿戴設(shè)備的誕生做出了貢獻(xiàn)。

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(tǒng)疾病患者的預(yù)后，還可以增加獲得護(hù)理的機(jī)會(huì)。通過(guò)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(wú)需擔(dān)心請(qǐng)假或?qū)ふ医煌üぞ邅?lái)定期復(fù)診。

跟著人工智能走進(jìn)未來(lái)

在過(guò)去幾個(gè)月里，來(lái)自DERBI和MathWorks技術(shù)指導(dǎo)計(jì)劃的導(dǎo)師和專家為Xfinito Biodesigns提供了支持。這些支持幫助Nair將Xeuron.ai技術(shù)比最初預(yù)計(jì)向前推進(jìn)了數(shù)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(shè)備的信息，例如壓力、溫度、對(duì)刺激的反應(yīng)和運(yùn)動(dòng)。深度學(xué)習(xí)算法幫助處理數(shù)據(jù)。這種處理通過(guò)混合計(jì)算進(jìn)行，Nair表示這可以降低成本并縮短計(jì)算時(shí)間。該系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)，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(tuán)隊(duì)利用鞋子記錄的數(shù)據(jù)開(kāi)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(tái)用戶的生理特征，”他表示，他們因此能夠預(yù)測(cè)預(yù)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(shù)字可視化定性和定量地評(píng)估改善情況或病情，使用戶能夠直觀地查看一段時(shí)間內(nèi)自身情況的數(shù)字化數(shù)據(jù)。

“由于技術(shù)指導(dǎo)計(jì)劃以及我們?cè)?/span>MATLAB和Simulink方面的經(jīng)驗(yàn)，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(tǒng)。（圖片所有權(quán)：Xfinito Biodesigns）

Nair還設(shè)想與臨床醫(yī)生開(kāi)展合作，讓他們能使用這些數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)治療。他表示，“臨床科學(xué)家會(huì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并在發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)聯(lián)絡(luò)醫(yī)生與患者，”從而使醫(yī)生能夠?qū)崟r(shí)改進(jìn)治療方案。

Nair計(jì)劃拓展Xfinito Biodesigns的業(yè)務(wù)范圍。借助DERBI和MathWorks資源，他現(xiàn)在擁有了完成這項(xiàng)任務(wù)的工具。“由于技術(shù)指導(dǎo)計(jì)劃以及我們?cè)?/span>MATLAB和Simulink方面的經(jīng)驗(yàn)，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(tái)開(kāi)發(fā)。Nair當(dāng)時(shí)還沒(méi)有計(jì)劃開(kāi)發(fā)該系統(tǒng)的人工智能組件，但MATLAB和Simulink讓他的團(tuán)隊(duì)得以比預(yù)想中提前數(shù)年開(kāi)始推進(jìn)這項(xiàng)工作。

目前，Xfinito Biodesigns正在為Xeuron.ai平臺(tái)的各個(gè)組件申請(qǐng)專利，并開(kāi)發(fā)臨床App來(lái)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(tuán)隊(duì)提供了積極反饋。

除了這項(xiàng)技術(shù)帶來(lái)的巨大醫(yī)療益處外，Nair還看到了產(chǎn)生社會(huì)影響力的機(jī)會(huì)。“對(duì)我來(lái)說(shuō)，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(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(xùn)，提升其技能。”

Jagannathan表示，DERBI的孵化和技術(shù)指導(dǎo)計(jì)劃讓Nair的初創(chuàng)公司變得強(qiáng)大，為他提供了各種工具，在印度和其他地區(qū)的社區(qū)驗(yàn)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(xiàng)計(jì)劃幫助他拓寬了視野，變得高瞻遠(yuǎn)矚。”