用于改善行動(dòng)障礙的可穿戴神經(jīng)套筒

2010年，技術(shù)創(chuàng)新者Jeremiah Robison的女兒被診斷出腦癱，這對(duì)她的運(yùn)動(dòng)技能和行走能力都造成了巨大影響。在后來(lái)的八年中，女兒行動(dòng)能力每況愈下卻沒(méi)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(jī)會(huì)將我們?cè)谧灾黝I(lǐng)域看到的創(chuàng)新付諸實(shí)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?！盝eremiah Robison產(chǎn)生了自己為女兒研發(fā)一款運(yùn)動(dòng)輔助設(shè)備的想法。

《Disability Impacts All of Us》一文指出，12.1%的美國(guó)成年人有行動(dòng)障礙，他們?cè)谛凶呋蚺罉翘莸确矫嬗袊?yán)重困難。這些行動(dòng)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(wèn)題將變得日趨嚴(yán)重。

為了幫助女兒以及像她一樣的行動(dòng)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(dòng)不便的人提供仿生服裝，幫助他們更獨(dú)立地移動(dòng)、行走。4年的時(shí)間里，Jeremiah Robiso及其團(tuán)隊(duì)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。

聚焦肌肉與神經(jīng)信號(hào)，

讓肢體和大腦進(jìn)行有效溝通

對(duì)于許多行動(dòng)障礙患者來(lái)說(shuō)，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(dòng)能力，但它們并不能解決潛在的神經(jīng)、力量和協(xié)調(diào)問(wèn)題。其中，一些設(shè)備在人們上樓梯等應(yīng)用場(chǎng)景中顯得笨重且無(wú)用，還會(huì)暴露患者的行動(dòng)障礙，讓他們面臨著侵?jǐn)_性的問(wèn)題和社會(huì)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(jī)接口來(lái)操作，受到電池容量、有限的運(yùn)動(dòng)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(shuō)，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(lái)自人體自身的肌肉與神經(jīng)信號(hào)。

因?yàn)榧词辜∪庥辛α?、機(jī)體沒(méi)有需要治療干預(yù)的病痛，大腦在復(fù)雜運(yùn)動(dòng)中正確地調(diào)動(dòng)肌肉也可能成為部分群體的巨大挑戰(zhàn)。對(duì)于數(shù)百萬(wàn)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(lái)說(shuō)，最大的問(wèn)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(wú)法在復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過(guò)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(yùn)動(dòng)的神經(jīng)信號(hào)部分。”如此一來(lái)，便能夠創(chuàng)造一個(gè)更加穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，避免跌倒，減少患者行動(dòng)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(yùn)動(dòng)模式。

與在人身上安裝一個(gè)機(jī)器人來(lái)移動(dòng)他們的身體相比，Cionic將人工智能與身體連接起來(lái)，讓人工智能理解用戶想要做的動(dòng)作，并激活身體自身的肌肉來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(guò)程中，Cionic與世界著名的工業(yè)設(shè)計(jì)師Yves Behar及其多學(xué)科機(jī)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(jì)的易于穿戴。為此，Cionic曾在不同的場(chǎng)景中用50多個(gè)原型設(shè)備以不同方式進(jìn)行了測(cè)試檢驗(yàn)。

Cionic可穿戴神經(jīng)套筒最重要的特點(diǎn)是，它的設(shè)計(jì)看起來(lái)不像醫(yī)療產(chǎn)品而像運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品，并且有不同的顏色可供選擇，看起來(lái)與普通的運(yùn)動(dòng)褲十分相似。“當(dāng)人們有行動(dòng)障礙時(shí)，他們會(huì)有一種需要被照顧的感覺(jué)。而我們希望患者能夠以一種與正常人無(wú)異的、平等獨(dú)立的方式生活”，Cionic創(chuàng)始人Jeremiah Robison說(shuō)道。

Cionic表示，其可穿戴神經(jīng)套筒已經(jīng)使試驗(yàn)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(dòng)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(guò)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(gè)體的步態(tài)。

連續(xù)運(yùn)動(dòng)分析＋功能性電刺激，

實(shí)現(xiàn)個(gè)性化護(hù)理

Cionic可穿戴神經(jīng)套筒是一款將步態(tài)實(shí)驗(yàn)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(gè)由傳感器和電極組成的系統(tǒng)，它們可以與一個(gè)由人工智能驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用程序進(jìn)行通信。傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)患者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，評(píng)估肌肉收縮情況和肢體位置。接著，應(yīng)用程序會(huì)分析這些數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)一個(gè)人在腳離開(kāi)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(yùn)動(dòng)。

Cionic可穿戴神經(jīng)套筒擁有專有的讀寫(xiě)神經(jīng)接口，可實(shí)時(shí)測(cè)量分析肌肉跳動(dòng)和肢體位置，對(duì)每個(gè)動(dòng)作進(jìn)行分析，準(zhǔn)確反映肌肉的活動(dòng)狀態(tài)和力量以及肢體的運(yùn)動(dòng)軌跡和姿態(tài)。并且，該系統(tǒng)具有靈活的情境感知，能夠識(shí)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(shí)的刺激。

Cionic可穿戴神經(jīng)套筒可實(shí)現(xiàn)個(gè)性化全腿刺激 圖源Cionic官網(wǎng)

該系統(tǒng)的一個(gè)重大創(chuàng)新是通過(guò)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(yùn)動(dòng)。傳統(tǒng)的刺激系統(tǒng)需要手動(dòng)放置電極，所以每進(jìn)行一種新的功能性運(yùn)動(dòng)，都意味著可能需要移動(dòng)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(guò)手機(jī)或平板電腦來(lái)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(shí)現(xiàn)個(gè)性化護(hù)理。EMG和運(yùn)動(dòng)學(xué)報(bào)告可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者的運(yùn)動(dòng)進(jìn)度、追蹤患者的長(zhǎng)期進(jìn)展，并與其醫(yī)療團(tuán)隊(duì)共享數(shù)據(jù)。同時(shí)，該應(yīng)用程序可通過(guò)提供練習(xí)和教育資源實(shí)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(dòng)調(diào)整刺激的頻率、持續(xù)時(shí)間、波形和順序等參數(shù)，不斷優(yōu)化刺激模式，實(shí)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(jì)，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(gè)小時(shí)，能夠滿足用戶的日?；顒?dòng)需求，可全天提供幫助。

已被FDA批準(zhǔn)為

Ⅱ類醫(yī)療設(shè)備

Cionic的多中心研究試驗(yàn)檢驗(yàn)了Cionic可穿戴神經(jīng)套筒對(duì)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(guò)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(wú)步態(tài)輔助刺激的情況下進(jìn)行連續(xù)的步行測(cè)試。該研究的主要終點(diǎn)是提高踝關(guān)節(jié)背屈度，以改善足部的離地高度。在成對(duì)的連續(xù)測(cè)試中，94%的參與者在踵著地時(shí)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(dòng)障礙問(wèn)題的一部分。許多有足下垂的人也表現(xiàn)出踝關(guān)節(jié)過(guò)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(xiǎn)。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(dòng)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(gè)指標(biāo)上的改善疊加起來(lái)后，Cionic的步態(tài)輔助試驗(yàn)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(dòng)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(wàn)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(guò)了2000萬(wàn)美元（約合人民幣1.43億）。

目前，購(gòu)買該設(shè)備需要醫(yī)生開(kāi)具的處方，并且該設(shè)備不在保險(xiǎn)范圍內(nèi)。不過(guò)Cionic公司表示，會(huì)支持客戶向保險(xiǎn)公司申請(qǐng)報(bào)銷。該設(shè)備雖然目前只對(duì)22歲及以上的人開(kāi)放，但Cionic公司也在籌劃兒童試驗(yàn)，希望最終能夠幫助像Jeremiah Robison的女兒一樣的兒童克服行動(dòng)障礙。

審核編輯：黃飛

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