國內(nèi)首個腦機康復(fù)機器人即將上市

“我的理想就是希望技術(shù)能服務(wù)于億萬患者，而這幾年的規(guī)劃，也是加快推動國內(nèi)首個腦機康復(fù)機器人的臨床應(yīng)用，幫助到更多有需要的人?！蔽靼舱樘?a target="_blank">智能科技有限公司創(chuàng)始人 & CEO 王浩沖告訴 DeepTech。

以腦機接口算法為核心技術(shù)，當前臻泰智能的腦控康復(fù)機器人，已處于臨床試驗階段，樣機已進入注冊檢驗環(huán)節(jié)，預(yù)計未來 1~2 年內(nèi)產(chǎn)品上市。

“之前傷筋動骨 100 天，目前從我們的產(chǎn)品效果看，縮短了近 1/3 的治療時間?！?他表示。

今年 26 歲的王浩沖，已入選福布斯中國 2019 年 30 歲以下精英，是 iCAN 中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)聯(lián)盟理事、中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會康復(fù)分會會員、中國康復(fù)醫(yī)學(xué)會康復(fù)治療專委會會員，曾獲得世界醫(yī)療機器人大賽中國區(qū)冠軍。

臻泰智能曾在 2018 年由聯(lián)想創(chuàng)投主辦的“中國有 AI ·聯(lián)想高校 AI 精英挑戰(zhàn)賽”全國總決賽上，與來自八大高校的十支頂尖隊伍經(jīng)過終極 PK，最終以“腦控康復(fù)機器人”項目贏得冠軍。2019 年獲得聯(lián)想創(chuàng)投天使投資，成為聯(lián)想創(chuàng)投在西北地區(qū)唯一的投資項目。

與此同時，臻泰智能于 2020 年 9 月入選奇績創(chuàng)業(yè)營，成為陸奇博士在腦機接口賽道布局的又一亮點項目。

其團隊作為國內(nèi)唯一的神經(jīng)康復(fù)領(lǐng)域企業(yè)入選美敦力、默克醫(yī)療創(chuàng)新加速器，并與默克正式簽署臨床合作項目，推動腦機接口與神經(jīng)調(diào)控技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用。

從 “學(xué)生” 走向 “創(chuàng)業(yè)”

本科讀機械工程專業(yè)的王浩沖，被保送到醫(yī)工交叉方面有較強研究積累的西安交大讀研，師從國家 863 項目首席專家、AI 醫(yī)療器械標準組專家徐光華教授，入學(xué)后他開始對腦機接口技術(shù)及應(yīng)用進行研究，并主要參與腦機康復(fù)系統(tǒng)的研發(fā)。

其所研究的課題是國家腦科學(xué)計劃的一個重要方向 —— 腦重大疾病診療，研究所在腦卒中為代表的神經(jīng)性疾病腦機康復(fù)治療方面研究成果也以《腦卒中意念控制的主被動運動康復(fù)技術(shù)》為題發(fā)表在 ROBOT 期刊。

通過三年的研究，他們的應(yīng)用算法已經(jīng)能夠精準解碼腦電波信號，并通過智能機器人完成康復(fù)訓(xùn)練動作。

對于王浩沖而言，求學(xué)期間最大的收獲就是，把自己的科學(xué)研究方向變成了一項事業(yè)，從學(xué)生走向了創(chuàng)業(yè)。

“我們曾經(jīng)去過漸凍癥患者的家里，通過使用我們的腦機接口系統(tǒng)，可以幫助他們與外界腦電波打字溝通；在西京醫(yī)院康復(fù)科，也有一位 20 歲出頭的年輕人，由于后天事故導(dǎo)致的高位截癱，使用我們的產(chǎn)品去做康復(fù)，能夠提升他的康復(fù)效果?！?王浩沖告訴 DeepTech。

這給當時的王浩沖帶來了極大的直觀沖擊與內(nèi)心觸動，更讓他下定決心，將技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，幫助到更多有需要的人。

依托于西安交通大學(xué)機械工程學(xué)院醫(yī)工交叉研究所孵化，2018 年臻泰智能正式注冊成立，成為國內(nèi)首批開展腦機康復(fù)機器人研究的創(chuàng)業(yè)公司。

腦機接口技術(shù)在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域是剛需

王浩沖認為，腦機接口產(chǎn)品目前以游戲、娛樂應(yīng)用體驗為主，技術(shù)成熟度還不是很夠，但在醫(yī)療康復(fù)這個點上，卻是一個明確的剛需，且技術(shù)方案已日趨成熟。

尤其是我國作為現(xiàn)代社會快速發(fā)展的人口大國，意外事故和環(huán)境污染造成腦外傷、腦癱等腦損傷致殘人數(shù)可觀，隨著老齡化社會的來臨，腦中風(fēng)等成為運動障礙致殘的主要因素。

傳統(tǒng)康復(fù)治療方案除針灸理療、人工輔助外，以機械式康復(fù)訓(xùn)練機器人為主，主要是通過設(shè)備的運動，帶動患者肢體的運動從而進行重復(fù)的動作訓(xùn)練，這種方式被動且單一。通過結(jié)合腦機接口，它就變成一個雙向的閉環(huán)反饋，所以是從被動到主動、單一到雙向的一種顯著的治療方式改進。

圖 | 主被動運動康復(fù)訓(xùn)練與運動神經(jīng)通道重建

腦控康復(fù)機器人可以集視聽覺刺激、腦肌電運動感知、機械輔助驅(qū)動、功能電刺激等為一體，利用輔助回路刺激實現(xiàn)運動神經(jīng)通道的神經(jīng)興奮易化重建，成為實現(xiàn)主被動協(xié)同康復(fù)、神經(jīng)環(huán)路重建訓(xùn)練不可或缺的智能化支撐系統(tǒng)。

由于運動想象腦機接口需要強化訓(xùn)練，近年來，已經(jīng)有人嘗試將其他 EEG 特征用于機器人輔助康復(fù)。2015 年，Kwak 等提出了一種基于 SSVEP （穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位）的下肢外骨骼的控制系統(tǒng)。同年，西安交通大學(xué)徐光華團隊提出了一種基于 SSMVEP 的下肢腦控康復(fù)機器人。

運動康復(fù)的本質(zhì)是神經(jīng)可塑性，腦機接口是主動運動意圖檢測的關(guān)鍵，而反饋刺激是運動神經(jīng)通道構(gòu)建的保障?；诖?，臻泰智能團隊獨創(chuàng)性提出 “視覺運動融合處理技術(shù)”，直觀來講，可以同時解讀眼睛所看和大腦所想的信息。通過這種信息融合，可以提高腦機接口系統(tǒng)的準確率和穩(wěn)定性。

研究原理在于，腦機接口需要一個刺激范式，從范式的形態(tài)來說，把傳統(tǒng)的光閃爍亮度刺激變成了一種視覺和運動的 “牛頓環(huán)” 協(xié)同刺激方式，并融入鏡像運動頻率刺激信息，從而使患者的自發(fā)運動意圖信號更強，解決了患者腦電信號微弱、個體差異性大的問題。

具體來說，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）構(gòu)建豐富刺激的康復(fù)訓(xùn)練場景對患者進行目標任務(wù)誘導(dǎo)，激發(fā)其主動運動意圖；通過非植入式腦機接口采集設(shè)備獲取到腦電波信號，再通過算法來解碼神經(jīng)控制指令；最后將控制指令發(fā)送給康復(fù)機器人，機器人帶動患者肢體實現(xiàn)運動反饋，從而幫助患者實現(xiàn)腦控主被動協(xié)同康復(fù)訓(xùn)練。

這種方式被稱作 “自上而下” 的康復(fù)手段?！澳X機作為核心的控制系統(tǒng)，用 VR 場景去構(gòu)建沉浸感、真實感強的訓(xùn)練環(huán)境，通過機器人去實現(xiàn)控制反饋。這樣的閉環(huán)系統(tǒng)是未來康復(fù)機器人的重要發(fā)展方向?！?王浩沖表示。

在融合算法處理方面，通過視覺和運動兩個區(qū)域的關(guān)聯(lián)機制，把每次指令識別準確率提升到了 90% 以上，平均 1 秒內(nèi)完成單次響應(yīng)。目前，這款康復(fù)機器人正在小批量地進行臨床試驗，將很快投入量產(chǎn)。

與馬斯克 Neuralink 的市場定位不同，侵入式腦機接口技術(shù)和產(chǎn)品主要解決的是重度患者的問題。臻泰智能的 “非植入式” 腦控康復(fù)機器人，目前針對的是更大部分可通過腦機技術(shù)去恢復(fù)認知和運動神經(jīng)功能的患者，未來可以脫離訓(xùn)練設(shè)備，實現(xiàn)自理。

以脊髓損傷高位截癱患者的康復(fù)治療方式為例，Neuralink 選擇開顱治療，而臻泰智能則是選用了無創(chuàng)腦機接口采集分析系統(tǒng)，依托自主研發(fā)的無線多通道、多級腦電信號放大器，共模抑制比可達 130dB，系統(tǒng)控制指令數(shù)達 80 余種，具備優(yōu)異的同頻消噪、偽跡去除等功能，更適合腦機接口系統(tǒng)在復(fù)雜場景下的應(yīng)用。

發(fā)布首款無線便攜式醫(yī)療級腦電頭帶

與此同時，針對焦慮、睡眠以及抑郁等大健康場景應(yīng)用，王浩沖帶領(lǐng)團隊，完全獨立自主研發(fā)了業(yè)內(nèi)首款無線便攜式醫(yī)療級腦電頭帶，該項目在上海國際養(yǎng)老、輔具及康復(fù)醫(yī)療博覽會（簡稱 AID）上，獲上海民政局主辦的中國老年福祉產(chǎn)品設(shè)計大賽銀獎。

“現(xiàn)在對于患者的康復(fù)有效率在 80% 以上，另外，不同患者腦部的受損區(qū)域和受損的程度不同，造成信號質(zhì)量差異，通過我們的算法，可以做一些動態(tài)的自適應(yīng)調(diào)整，從而準確地判斷出患者的信號特征?！?王浩沖告訴 DeepTech。

圖 | ZhenTec-NH1 腦電頭帶的腦電頻帶功率

ZhenTec-NH1 腦電頭帶兼容各種編程語言，提供全套集成支持服務(wù)，用戶可進行二次開發(fā)。

在腦電監(jiān)測產(chǎn)品應(yīng)用方面，該產(chǎn)品可提供完善的睡眠腦電分析算法，用戶可進行音樂輔助睡眠等產(chǎn)品的開發(fā)；同時，腦電頭帶可進行快速情緒識別，也可應(yīng)用于抑郁、焦慮等精神狀況的檢測與輔助訓(xùn)練評估；針對阿爾茲海默癥的診斷治療應(yīng)用，通過腦電信號進行認知功能訓(xùn)練與評估，可改善患者狀況。

目前 BCI 已經(jīng)應(yīng)用于無創(chuàng)的生物反饋系統(tǒng)，它依賴于對大腦信號的快速處理，可從認知、情緒管理，運動學(xué)習(xí)的訓(xùn)練中直接實時獲取。

“腦機接口技術(shù)可以成為一種新型的數(shù)字療法，目前神經(jīng)性疾病化學(xué)藥物的作用非常有限，通過電子藥物，可以改進神經(jīng)性疾病治療的現(xiàn)狀，是一種全新的解決方案?！?王浩沖表示。

臻泰智能在產(chǎn)品線布局方面，在醫(yī)院端是腦控智能康復(fù)機器人，未來更大的市場是社區(qū)和居家。針對產(chǎn)品的分級，做不同形態(tài)的腦控康復(fù)機器人，同時可為患者提供基于腦狀態(tài)評估的全周期精準康復(fù)治療方案；在腦機的技術(shù)解決方案方面，主要從神經(jīng)康復(fù)切入，做神經(jīng)性疾病等相關(guān)的診療。

21 世紀是腦科學(xué)的時代，世界主要科技強國均啟動了目標宏大的 “腦計劃”。腦機接口技術(shù)涉及認知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、生物技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程、納米技術(shù)、信息技術(shù)、計算機科學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)等多學(xué)科交叉，作為人機交互的新生一代，其未來發(fā)展可期，潛力無限。

原文標題：西安交大團隊研發(fā)，國內(nèi)首個腦機康復(fù)機器人即將上市，腦機接口技術(shù)將成為新型數(shù)字療法

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