将人工智能和鞋类相结合，改善糖尿病治疗

摘要:Neurotechnology平台利用人工智能和基于模型的设计治疗糖尿病性神经病和其他神经退行性疾病。

2012年，Siddharth Nair的母亲开始出现糖尿病性神经病变的症状。病情迅速蔓延到她的双腿，使她几乎瘫痪。她尝试过使用补充剂来帮助治疗神经病，但没有得到任何改善。而理疗方案的费用高得令人望而却步。即使她负担得起，往返治疗场所的交通也成了另一个障碍。

“[MedTechnovation]计划旨在发掘和扶持医疗保健领域的早期创新者来构建技术解决方案，帮助解决印度的医疗保健问题。”---Lakshmi Jagannathan，DERBI 首席执行官

“我们需要有人带我妈妈去看理疗师，等待她完成治疗，然后送她回家，”Nair表示。“在班加罗尔这样交通拥堵的城市里，这几乎是无法实现的。”

Nair是一名生物医学工程师，他决定为母亲找到一种替代治疗方案。于是，他创立了 Xfinito Biodesigns来开发一种医疗设备，帮助患有神经病变的人恢复身体机能。

为了推动和扩大其初创公司的发展，Nair申请了2020年MedTechnovation挑战赛。这项挑战赛由Dayananda Sagar创业研究和商业孵化基金会（DERBI 基金会）与MathWorks™联合发起，旨在扶持有前途的医疗设备初创公司。

“这项计划旨在发掘和扶持医疗保健领域的早期创新者来构建技术解决方案，从而解决印度的医疗保健问题，”DERBI首席执行官Lakshmi Jagannathan表示。

在100多名申请者中，评委们选出了Xfinito Biodesigns和其他10家初创公司，他们获得了拨款、DERBI孵化和MathWorks加速器计划的技术支持。评委们之所以选择Xfinito，不仅是因为其产品新颖性和帮助他人的潜力，还因为其鼓舞人心的故事激发了其使命。

可穿戴医疗设备

Nair的母亲患糖尿病有很长一段时间，后来出现了更严重的症状。由于病情导致的并发症，她开始丧失视力，并接受了手术来挽救她的视力。但就在做完手术三天后，她的腿开始出现神经病变。病情发展很快，又过了几天，她的腿就变得麻木。

“这款鞋是一个智能系统，可以感知足部压力、足部温度、人的步态，以及对振动、热或电刺激的神经肌肉反应。”---Siddharth Nair，Xfinito Biodesigns联合创始人

Nair发现，他母亲服用的补充剂对治疗她的症状几乎没有作用。在大学学习生物工程后，他想知道自己能否为母亲找到一种解决办法。

“那时候我决定冒险一试，”他表示。“我辞去了工作，开始攻读硕士学位，这样我就可以进入实验室，去研究一种可以帮助她的工具。”

在研究生院，他拥有了为母亲开发治疗设备所需的一切资源。为了完成论文，他进行了神经调节疗法实验，即通过传递热、振动或电刺激等刺激来改善神经系统功能。Nair的论文项目为偏瘫（单侧身体瘫痪）提供了一种康复解决方案，并且他拓展了这项工作，为他的母亲制造了一台设备。

神经调节设备的早期原型机。（图片所有权：Xfinito Biodesigns）

Nair的原型神经调节设备通过对皮肤释放电脉冲来刺激神经，以改善神经功能。在自己身上进行测试以确保设备安全后，Nair让他的母亲进行了试用。“她已经放弃了希望，因为她已经忍受了一年多的痛苦，试过的方法都不管用，”Nair表示。他的母亲同意试用他的设备。

“第一次尝试时，她没有任何感觉，这让她有点沮丧，”Nair表示。“在最初的四周里，她对神经调节刺激没有任何反应。但之后，她的腿开始有反应了。”

八年后的今天，他的母亲可以走路并完成日常活动。她也是Xfinito Biodesigns的联合创始人，该公司旨在将这项技术推向市场。“她正在帮助我们进行无障碍设计，并且正在换一种方式看待自己的残疾，”Nair表示。这包括建立一个由残障人士管理的在线匿名支持小组平台，随神经调节产品一起提供服务。

产品Xeuron.ai是一个智能平台，专注于医药、整体健康、运动、游戏和企业应用的消费者神经技术。作为医学应用，该平台为神经退行性疾病提供疾病管理，包括预防、监测进展、靶向治疗和临床医生的决策支持系统。其目的是监测和预防糖尿病性神经病变等并发症。“在很多情况下，脚是最先受到影响的，会导致足部溃疡，”Nair表示。因此，Xeuron.ai平台中的第一款可穿戴原型采用了智能、时尚的运动鞋款式，内部配备了电极和传感器。

除了糖尿病性神经病，该设备还可用于其他神经退行性疾病。Nair表示，除了用在鞋子上，他们还可以将该系统实现到其他可穿戴设备上，并且可进行定制，以满足帕金森氏症和亨廷顿氏症等疾病患者的需求。

“这款鞋是一个智能系统，可以感知足部压力、足部温度、人的步态，以及对振动、热或电刺激的神经肌肉反应，”Nair表示。“我们会观察神经运动活动和反射。”

这种设计使Xeuron在医疗设备中独树一帜。最近，Xfinito和Xeuron.ai引起了著名鞋类设计师Mohammed Ehsan的关注。他曾经为许多电影名人和板球明星设计过鞋子，现在也为这种可穿戴设备的诞生做出了贡献。

事实上，有朝一日Ehsan可能会穿上它。“他帮助我们的原因是他患有帕金森氏症，”Nair表示。“他开始支持我们，这让我们将这款鞋做得更好。”

Xeuron.ai不仅可以改善神经病变或其他神经系统疾病患者的预后，还可以增加获得护理的机会。通过从鞋子中不断收集数据以及患者与医生共享数据的潜在能力，患者无需担心请假或寻找交通工具来定期复诊。

跟着人工智能走进未来

在过去几个月里，来自DERBI和MathWorks技术指导计划的导师和专家为Xfinito Biodesigns提供了支持。这些支持帮助Nair将Xeuron.ai技术比最初预计向前推进了数年。

借助MATLAB@，Nair开发了更完善的软件来管理Xeuron.ai的功能。Xeuron.ai可记录来自可穿戴设备的信息，例如压力、温度、对刺激的反应和运动。深度学习算法帮助处理数据。这种处理通过混合计算进行，Nair表示这可以降低成本并缩短计算时间。该系统根据这些数据，通过电或磁刺激、振动、热脉冲或光脉冲提供个性化治疗。

利用Simulink@，Nair和他的团队利用鞋子记录的数据开发数字孪生，创建每位用户的虚拟模型或数字化身。“这将帮助我们了解我们每位平台用户的生理特征，”他表示，他们因此能够预测预后，进一步定制治疗方案，并有可能阻止并发症的发展。此外，该技术通过数字可视化定性和定量地评估改善情况或病情，使用户能够直观地查看一段时间内自身情况的数字化数据。

“由于技术指导计划以及我们在MATLAB和Simulink方面的经验，我们得以加快智能开发的步伐。” ---Siddharth Nair，Xfinito Biodesigns 联合创始人

Xfinito Biodesigns的Xeuron鞋系统。（图片所有权：Xfinito Biodesigns）

Nair还设想与临床医生开展合作，让他们能使用这些数据来指导治疗。他表示，“临床科学家会监控数据，并在发现异常情况时联络医生与患者，”从而使医生能够实时改进治疗方案。

Nair计划拓展Xfinito Biodesigns的业务范围。借助DERBI和MathWorks资源，他现在拥有了完成这项任务的工具。“由于技术指导计划以及我们在MATLAB和Simulink方面的经验，我们得以加快智能开发的步伐，”他表示。

MathWorks的支持极大地加快了Xeuron.ai的平台开发。Nair当时还没有计划开发该系统的人工智能组件，但MATLAB和Simulink让他的团队得以比预想中提前数年开始推进这项工作。

目前，Xfinito Biodesigns正在为Xeuron.ai平台的各个组件申请专利，并开发临床App来为医生的治疗方案提供信息支持。Nair表示，到目前为止，医生和病人都给他的团队提供了积极反馈。

除了这项技术带来的巨大医疗益处外，Nair还看到了产生社会影响力的机会。“对我来说，有两件事最重要，其一是为生活在贫困线以下的社区儿童和老年人提供优质的鞋子，这不仅限于印度，还包括全球各地，”Nair表示。“其二是划拨部分收益来帮助为残障人士提供培训，提升其技能。”

Jagannathan表示，DERBI的孵化和技术指导计划让Nair的初创公司变得强大，为他提供了各种工具，在印度和其他地区的社区验证他的解决方案。“事情始于解决一个局部问题，”她表示。“但这项计划帮助他拓宽了视野，变得高瞻远瞩。”