新技術(shù)：仿生服裝將人工智能與身體連接起來解決行動障礙

　　2010年，技術(shù)創(chuàng)新者Jeremiah Robison的女兒被診斷出腦癱，這對她的運動技能和行走能力都造成了巨大影響。在后來的八年中，女兒行動能力每況愈下卻沒有有效的解決方案，這讓他十分沮喪。

　　“作為一名技術(shù)專家，我有機會將我們在自主領(lǐng)域看到的創(chuàng)新付諸實踐，并將這些創(chuàng)新應(yīng)用到人體上，為她提供比拐杖、助行器和輪椅更好的醫(yī)療設(shè)備。”Jeremiah Robison產(chǎn)生了自己為女兒研發(fā)一款運動輔助設(shè)備的想法。

　　《Disability Impacts All of Us》一文指出，12.1%的美國成年人有行動障礙，他們在行走或爬樓梯等方面有嚴(yán)重困難。這些行動困難正嚴(yán)重?fù)p害著患者的身體安全和情緒健康，并可能導(dǎo)致許多其他并發(fā)癥。隨著人口老齡化，這一問題將變得日趨嚴(yán)重。

　　為了幫助女兒以及像她一樣的行動障礙患者，Jeremiah Robison在2018年創(chuàng)立了Cionic公司，并專注于為因多發(fā)性硬化癥、中風(fēng)、腦癱和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病而出現(xiàn)行動不便的人提供仿生服裝，幫助他們更獨立地移動、行走。4年的時間里，Jeremiah Robiso及其團(tuán)隊將Cionic可穿戴神經(jīng)套筒從工作室里的概念變?yōu)榱艘豢罱?jīng)FDA批準(zhǔn)的產(chǎn)品。

　　對于許多行動障礙患者來說，常規(guī)的治療方法是使用踝足矯形器，這是一種能夠固定腳部的硬塑料支架。其他的輔助設(shè)備還包括助行器、拐杖和輪椅等。雖然這些設(shè)備能夠幫助防止跌倒并提供一定的活動能力，但它們并不能解決潛在的神經(jīng)、力量和協(xié)調(diào)問題。其中，一些設(shè)備在人們上樓梯等應(yīng)用場景中顯得笨重且無用，還會暴露患者的行動障礙，讓他們面臨著侵?jǐn)_性的問題和社會恥辱。

　　另一種治療方法則是使用外骨骼設(shè)備。外骨骼設(shè)備較為笨重，依靠遙控、外部電極或手術(shù)植入的腦機接口來操作，受到電池容量、有限的運動范圍等諸多因素的制約，并且有些設(shè)備成本一直居高不下，影響了其普及率。

　　如果說，外骨骼的外形是人體骨骼系統(tǒng)的靈感再現(xiàn)，那么Cionic的靈感則來自人體自身的肌肉與神經(jīng)信號。

　　因為即使肌肉有力量、機體沒有需要治療干預(yù)的病痛，大腦在復(fù)雜運動中正確地調(diào)動肌肉也可能成為部分群體的巨大挑戰(zhàn)。對于數(shù)百萬因中風(fēng)、多發(fā)性硬化癥和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病而行走困難的人來說，最大的問題不在于他們的腿部受傷，而在于他們的大腦不能有效地與肢體進(jìn)行溝通、無法在復(fù)雜的運動過程中按照正確的順序激活肌肉。

　　“因此，我們的技術(shù)目標(biāo)不是像假肢那樣取代骨骼系統(tǒng)，而是取代大腦中負(fù)責(zé)控制步態(tài)和復(fù)雜運動的神經(jīng)信號部分。”如此一來，便能夠創(chuàng)造一個更加穩(wěn)定的運動系統(tǒng)，避免跌倒，減少患者行動障礙。Cionic的技術(shù)能夠協(xié)調(diào)受損肌肉的神經(jīng)放電，并提供比僵硬的支架或耐用醫(yī)療設(shè)備更自然的運動模式。

　　與在人身上安裝一個機器人來移動他們的身體相比，Cionic將人工智能與身體連接起來，讓人工智能理解用戶想要做的動作，并激活身體自身的肌肉來實現(xiàn)動作。Cionic把這種技術(shù)嵌入到“衣服”中，讓它像褲子或襪子一樣容易穿戴。

　　在研發(fā)過程中，Cionic與世界著名的工業(yè)設(shè)計師 Yves Behar 及其多學(xué)科機構(gòu) fusionproject 合作。他們將為電極提供電力的總電線集成到柔軟的織物中，并設(shè)計的易于穿戴。為此，Cionic曾在不同的場景中用50多個原型設(shè)備以不同方式進(jìn)行了測試檢驗。

　　Cionic可穿戴神經(jīng)套筒最重要的特點是，它的設(shè)計看起來不像醫(yī)療產(chǎn)品而像運動產(chǎn)品，并且有不同的顏色可供選擇，看起來與普通的運動褲十分相似。“當(dāng)人們有行動障礙時，他們會有一種需要被照顧的感覺。而我們希望患者能夠以一種與正常人無異的、平等獨立的方式生活”，Cionic創(chuàng)始人Jeremiah Robison說道。

　　Cionic可穿戴神經(jīng)套筒外觀與普通運動褲十分相似 圖源Cionic官網(wǎng)

　　Cionic表示，其可穿戴神經(jīng)套筒已經(jīng)使試驗參與者中有中度到重度疼痛的人數(shù)減少了60%，有中度到重度焦慮或抑郁的人數(shù)減少了75%。許多用戶還表示自己的活動能力得到了改善。

　　Cionic可穿戴神經(jīng)套筒輕便、耐用，可以在任何地方穿著。該設(shè)備可以通過電刺激受損腿部的肌肉，促進(jìn)肌肉再教育、防止/延緩廢用性萎縮、促進(jìn)局部血流，從而改善個體的步態(tài)。

　　Cionic可穿戴神經(jīng)套筒是一款將步態(tài)實驗室的診斷能力與功能性電刺激( FES )的治療能力相結(jié)合的仿生服裝。

　　該設(shè)備可以包裹在人的大腿和小腿上。在其透氣的織物內(nèi)部隱藏著一個由傳感器和電極組成的系統(tǒng)，它們可以與一個由人工智能驅(qū)動的應(yīng)用程序進(jìn)行通信。傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)測患者的運動狀態(tài)，評估肌肉收縮情況和肢體位置。接著，應(yīng)用程序會分析這些數(shù)據(jù)，預(yù)測一個人在腳離開地面之前的1/10秒內(nèi)的邁步意圖。然后，它指揮電極按照步態(tài)周期的正確順序激活腿部的肌肉，以支持人體自然的運動。

　　Cionic可穿戴神經(jīng)套筒擁有專有的讀寫神經(jīng)接口，可實時測量分析肌肉跳動和肢體位置，對每個動作進(jìn)行分析，準(zhǔn)確反映肌肉的活動狀態(tài)和力量以及肢體的運動軌跡和姿態(tài)。并且，該系統(tǒng)具有靈活的情境感知，能夠識別患者是坐著、站著還是走路，并根據(jù)環(huán)境和用戶的狀態(tài)提供適時的刺激。

　　Cionic可穿戴神經(jīng)套筒可實現(xiàn)個性化全腿刺激 圖源Cionic官網(wǎng)

　　該系統(tǒng)的一個重大創(chuàng)新是通過軟件控制電流，使患者能夠精確地調(diào)節(jié)肌肉骨骼系統(tǒng)(或身體)的細(xì)微運動。傳統(tǒng)的刺激系統(tǒng)需要手動放置電極，所以每進(jìn)行一種新的功能性運動，都意味著可能需要移動電極。而Cionic可穿戴神經(jīng)套筒則避免了這一缺陷。

　　Cionic應(yīng)用程序適用于iOS和Android系統(tǒng)，用戶可以通過手機或平板電腦來控制和管理神經(jīng)套筒的設(shè)置和功能。得益于該軟件，Cionic可穿戴神經(jīng)套筒可實現(xiàn)個性化護(hù)理。EMG和運動學(xué)報告可實時監(jiān)測患者的運動進(jìn)度、追蹤患者的長期進(jìn)展，并與其醫(yī)療團(tuán)隊共享數(shù)據(jù)。同時，該應(yīng)用程序可通過提供練習(xí)和教育資源實現(xiàn)定制化治療。

　　值得注意的是，該設(shè)備還具有自適應(yīng)算法，能夠根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)和反饋的結(jié)果，自動調(diào)整刺激的頻率、持續(xù)時間、波形和順序等參數(shù)，不斷優(yōu)化刺激模式，實現(xiàn)“讓每一步都比上一步更智能”。

　　并且，Cionic可穿戴神經(jīng)套筒具有舒適、直觀的設(shè)計，易于穿脫，可以減少用戶在穿戴期間的不適和壓力。其內(nèi)置的電池可以持續(xù)工作8個小時，能夠滿足用戶的日常活動需求，可全天提供幫助。

　　Cionic的多中心研究試驗檢驗了Cionic可穿戴神經(jīng)套筒對于輔助踝關(guān)節(jié)下垂患者的有效性。參與者在他們受影響較大的一條腿上佩戴了神經(jīng)套筒。通過調(diào)節(jié)刺激的頻率、脈寬和幅度，使得踝關(guān)節(jié)背屈肌群被激活，然后用戶在有無步態(tài)輔助刺激的情況下進(jìn)行連續(xù)的步行測試。該研究的主要終點是提高踝關(guān)節(jié)背屈度，以改善足部的離地高度。在成對的連續(xù)測試中，94%的參與者在踵著地時的踝關(guān)節(jié)背屈度有了積極的提高。

　　但踝關(guān)節(jié)背屈只是行動障礙問題的一部分。許多有足下垂的人也表現(xiàn)出踝關(guān)節(jié)過度內(nèi)翻，這可能導(dǎo)致腳外側(cè)著地，增加踝關(guān)節(jié)受傷和摔倒的風(fēng)險。Cionic的軟件可操縱刺激陣列使神經(jīng)套管能夠平衡背屈的增加和內(nèi)翻的減少。88%的參與者在擺動期間顯示出踝內(nèi)翻有積極的改善。

　　把所有參與者在這兩個指標(biāo)上的改善疊加起來后，Cionic的步態(tài)輔助試驗顯示，所有參與者的平均綜合改善度為9°。

　　2022年3月8日，Cionic宣布，Cionic可穿戴神經(jīng)套筒已被FDA批準(zhǔn)為Ⅱ類醫(yī)療設(shè)備。這一里程碑事件將推動Cionic的商業(yè)化進(jìn)展。

　　2023年10月18日，Cionic公司宣布，公司宣布獲得了1200萬美元的A輪延期融資。本輪融資由L Catterton領(lǐng)投，Transformational Healthcare、Enable Ventures參投。據(jù)Crunchbase官網(wǎng)披露，本輪融資總額已超過了2000萬美元(約合人民幣1.43億)。

　　目前，購買該設(shè)備需要醫(yī)生開具的處方，并且該設(shè)備不在保險范圍內(nèi)。不過Cionic公司表示，會支持客戶向保險公司申請報銷。該設(shè)備雖然目前只對22歲及以上的人開放，但Cionic公司也在籌劃兒童試驗，希望最終能夠幫助像Jeremiah Robison的女兒一樣的兒童克服行動障礙。