新技術：仿生服裝將人工智能與身體連接起來解決行動障礙

　　2010年，技術創新者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。

　　“作為一名技術專家，我有機會將我們在自主領域看到的創新付諸實踐，并將這些創新應用到人體上，為她提供比拐杖、助行器和輪椅更好的醫療設備。”Jeremiah Robison產生了自己為女兒研發一款運動輔助設備的想法。

　　《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重困難。這些行動困難正嚴重損害著患者的身體安全和情緒健康，并可能導致許多其他并發癥。隨著人口老齡化，這一問題將變得日趨嚴重。

　　為了幫助女兒以及像她一樣的行動障礙患者，Jeremiah Robison在2018年創立了Cionic公司，并專注于為因多發性硬化癥、中風、腦癱和其他神經系統疾病而出現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及其團隊將Cionic可穿戴神經套筒從工作室里的概念變為了一款經FDA批準的產品。

　　對于許多行動障礙患者來說，常規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。其他的輔助設備還包括助行器、拐杖和輪椅等。雖然這些設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、力量和協調問題。其中，一些設備在人們上樓梯等應用場景中顯得笨重且無用，還會暴露患者的行動障礙，讓他們面臨著侵擾性的問題和社會恥辱。

　　另一種治療方法則是使用外骨骼設備。外骨骼設備較為笨重，依靠遙控、外部電極或手術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的靈感再現，那么Cionic的靈感則來自人體自身的肌肉與神經信號。

　　因為即使肌肉有力量、機體沒有需要治療干預的病痛，大腦在復雜運動中正確地調動肌肉也可能成為部分群體的巨大挑戰。對于數百萬因中風、多發性硬化癥和其他神經系統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行溝通、無法在復雜的運動過程中按照正確的順序激活肌肉。

　　“因此，我們的技術目標不是像假肢那樣取代骨骼系統，而是取代大腦中負責控制步態和復雜運動的神經信號部分。”如此一來，便能夠創造一個更加穩定的運動系統，避免跌倒，減少患者行動障礙。Cionic的技術能夠協調受損肌肉的神經放電，并提供比僵硬的支架或耐用醫療設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動作。Cionic把這種技術嵌入到“衣服”中，讓它像褲子或襪子一樣容易穿戴。

　　在研發過程中，Cionic與世界著名的工業設計師 Yves Behar 及其多學科機構 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，并設計的易于穿戴。為此，Cionic曾在不同的場景中用50多個原型設備以不同方式進行了測試檢驗。

　　Cionic可穿戴神經套筒最重要的特點是，它的設計看起來不像醫療產品而像運動產品，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創始人Jeremiah Robison說道。

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

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

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

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

　　該設備可以包裹在人的大腿和小腿上。在其透氣的織物內部隱藏著一個由傳感器和電極組成的系統，它們可以與一個由人工智能驅動的應用程序進行通信。傳感器能夠實時監測患者的運動狀態，評估肌肉收縮情況和肢體位置。接著，應用程序會分析這些數據，預測一個人在腳離開地面之前的1/10秒內的邁步意圖。然后，它指揮電極按照步態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可穿戴神經套筒擁有專有的讀寫神經接口，可實時測量分析肌肉跳動和肢體位置，對每個動作進行分析，準確反映肌肉的活動狀態和力量以及肢體的運動軌跡和姿態。并且，該系統具有靈活的情境感知，能夠識別患者是坐著、站著還是走路，并根據環境和用戶的狀態提供適時的刺激。

　　Cionic可穿戴神經套筒可實現個性化全腿刺激 圖源Cionic官網

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

　　Cionic應用程序適用于iOS和Android系統，用戶可以通過手機或平板電腦來控制和管理神經套筒的設置和功能。得益于該軟件，Cionic可穿戴神經套筒可實現個性化護理。EMG和運動學報告可實時監測患者的運動進度、追蹤患者的長期進展，并與其醫療團隊共享數據。同時，該應用程序可通過提供練習和教育資源實現定制化治療。

　　值得注意的是，該設備還具有自適應算法，能夠根據輸入的數據和反饋的結果，自動調整刺激的頻率、持續時間、波形和順序等參數，不斷優化刺激模式，實現“讓每一步都比上一步更智能”。

　　并且，Cionic可穿戴神經套筒具有舒適、直觀的設計，易于穿脫，可以減少用戶在穿戴期間的不適和壓力。其內置的電池可以持續工作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可穿戴神經套筒對于輔助踝關節下垂患者的有效性。參與者在他們受影響較大的一條腿上佩戴了神經套筒。通過調節刺激的頻率、脈寬和幅度，使得踝關節背屈肌群被激活，然后用戶在有無步態輔助刺激的情況下進行連續的步行測試。該研究的主要終點是提高踝關節背屈度，以改善足部的離地高度。在成對的連續測試中，94%的參與者在踵著地時的踝關節背屈度有了積極的提高。

　　但踝關節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出踝關節過度內翻，這可能導致腳外側著地，增加踝關節受傷和摔倒的風險。Cionic的軟件可操縱刺激陣列使神經套管能夠平衡背屈的增加和內翻的減少。88%的參與者在擺動期間顯示出踝內翻有積極的改善。

　　把所有參與者在這兩個指標上的改善疊加起來后，Cionic的步態輔助試驗顯示，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可穿戴神經套筒已被FDA批準為Ⅱ類醫療設備。這一里程碑事件將推動Cionic的商業化進展。

　　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領投，Transformational Healthcare、Enable Ventures參投。據Crunchbase官網披露，本輪融資總額已超過了2000萬美元(約合人民幣1.43億)。

　　目前，購買該設備需要醫生開具的處方，并且該設備不在保險范圍內。不過Cionic公司表示，會支持客戶向保險公司申請報銷。該設備雖然目前只對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。