与死神赛跑:iPhone+手持设备就能检测癌症,“医疗领域的乔布斯”造出美国首个便携式超声装置

仪耗资讯 Janthy

人食五谷,难免有不舒服。严重的情况人们当然会选择排除万难去医院就诊,但轻微的不适反而会使人犹豫,反复权衡—时间成本、金钱成本以及患病的可能性,这些因素夹杂着现今快节奏的生活和巨大的社会压力,很有可能让人们做出忍一忍,挺一挺,再观察一下的决定,也因此延误了疾病的最佳诊治时间。

但如果有这样一种设备,既容易获得又方便使用,还可以“透视”不适的部位,甚至帮我们做出初步的诊断,是不是简直不能再好?

这并不是天方夜谭,“生物科技领域的乔布斯”Jonathan Rothberg 正在让这个想法成为现实,他创办了一家名为 Butterfly Network 的公司。

本月 27 日, Butterfly Network 公司的产品 Butterfly iQ 收到美国食品及药品监督管理局(FDA)的上市前通知(510K clearance)。如果最终申请通过,这将成为美国市场的首个固态超声设备,该设备可用于 13 种临床检测,包括腹部、成人心脏、小儿心脏、产妇胎儿、泌尿学等几乎全身器官或部位。

Butterfly iQ 和用户的 iPhone 手机一起搭配使用,用户仅在 iPhone 上就能对设备进行控制操作,并且超声波成像也显示在 iPhone 上。这款设备将以大约 2000 美元的发行价在 2018 年进行发售。

Rothberg 也非常自豪地表示,Butterfly iQ 价格感人,是一款内置了人工智能技术的手持式超声波检测设备,将有可能彻底改变医疗成像技术领域,改变全球医疗行业规则,并且最终将成为一款像家用体温计一样普及的消费产品。

图丨Jonathan Rothberg 

Rothberg 本人绝对是生物界的风云人物,他为 DNA 测序技术的发展做出了重大贡献,曾先后创办 5 家健康和生物科学公司。早些年,他以超过 5 亿美元的售价卖出了自己的两家 DNA 测序公司:454 与 Ion Torrent Systems。但是,作为一名成功的创业者,他的创新并不像苹果创始人那样众人皆知。

2011 年,Rothberg 和一批来自麻省理工林肯实验室的物理学家和工程师创建了 Butterfly Network。现在,Butterfly Network 的首席医疗官 John Martin 正是其最新产品 Butterfly iQ 的首批受益者之一。

图 |  John Martin 讲述他与 Butterfly IQ 的故事

某日,Martin 感到喉部不适,便将 Butterfly iQ 连接于他的 iPhone 上,将检测探头在颈部推动检测,黑灰相间的图像立刻显示在手机上。尽管并不是癌症专科医生,但已有的医疗知识足以让他判断图像里的一团东西并不应该出现—那正是癌细胞。

就是这短短的几分钟检测,帮助 Martin 提早争取到对抗癌症的宝贵时间。那么这件宝贝的真身究竟如何呢?

图丨Butterfly Network 

Butterfly iQ 外形酷似剃须刀,小到可以直接放到口袋里随身携带,插上 iPhone 并配以特定的应用软件就可以看到图像,随后图像将被上传到云端储存。

通常来说,超声设备通过震荡晶体向人体发射声波并捕捉回声成像,并且使用压电晶体做探头,压电晶体是一种能将电能转化为超声波形式振动的物质。传统的超声波检测系统体积都很庞大,并且有多个不同的探头,这些不同探头用来对身体不同深度的组织进行探测。而且,这些设备价格一般都要超过 10 万美元。尽管也有一些体积更小、价格更便宜的同原理手持设备,但是它们的价格仍然高达 8000 到 20000 美元之间,而且还是需要多个不同的探头。比如 GE 公司的 Vscan 产品。

然而,Butterfly 使用的技术与传统超声波检测技术截然不同,这是一种“芯片上的超声波技术”。它利用了当今大众市场上成熟的计算机芯片制造技术,工程师们创新性地使用其芯片超声(ultrasound-on-a-chip)技术,用了一种电容型微型装置(capacitive micro-machined ultrasound transducer)代替了压电晶体作为超声波换能器。

这种电容型微型装置通过施加电压来使微型薄膜振动,以此产生超声波。当产生的超声波传入人体内后,不同的身体组织又会反射回不同频率的超声波给这种电容型微型装置,反射回的超声波又被转换回了电信号,随后转换成图像。

对此,Rothberg 表示:“我们把所有元件都集成在了一片廉价的半导体晶片上。”

Butterfly iQ 的这种基于芯片上的超声波检测设备集成了所有传统设备中必需的诸如放大器、信号处理器等电子电路,大大简化了设备的组织构造。该设备将三个典型的超声探头功能集成在一个由数千个微型换能器组成的单个 2D 矩阵阵列中,检测中医生只需要一手持设备一手持手机,便能对身体的不同部位进行检测,为急症伤害患者节省了大量的时间,也使成本远低于传统设备。

图 | Butterfly IQ 容易携带、方便使用

据 Rothberg 介绍,传统的超声波系统需要对不同的临床应用使用不同的探头,因为制造探头的压电晶体在制造时就已经被固化为对应人体内特定深度组织传回来的特定频率超声波的特定结构了。但是 Butterfly 的这款设备可以随时调整超声波频率。“我们的探头上有近 1 万个微型换能器,这能带来巨大的动态检测范围。”

“如果我们想要探测人体深部的组织,我们可以让探头发出 1 兆赫的超声波。如果我们想要探测人体表面的组织,我们可以让探头发出 5 兆赫的超声波”,Rothberg 说。

除了价格和方便使用,Butterfly iQ 的另一大卖点在于它将人工智能技术应用到图像采集和分析中。

目前,Butterfly iQ 的工程师们正在大量的超声波图像上训练软件,教会软件看到某些器官的高质量和低质量图像之间的区别。当用户要用探头在患者胸部上进行心脏检查时,用户可以在 iPhone 手机上看到探头传回来的超声波成像图,以帮助找到正确的位置。Butterfly iQ 还能对产生的超声波图像做一些简单的分析,比如分析代表心脏喷射血液状况的射血分数(ejection fraction)。

事实上,Butterfly iQ 从概念到进入市场,Rothberg 整整用了八年的时间。目前该公司已经筹集了超过 1 亿美元,蓄势待发,准备踏入已经拥挤不堪的可携带式超声检测设备市场,而飞利浦(Philips)公司的产品 Lumify 就是市场中的一员。

一直以来飞利浦公司都致力于手持式超声设备的研发,和之前的系统类似,他们的智能设备系统 Lumify 采用了 3 个传感器。去年秋天,FDA 批准了飞利浦公司心脏传感器 S4-1,新的附加功能将心脏成像带入便携式诊断领域,允许医生扫描胆囊和肺等其他部位。

图 | 飞利浦公司的 Lumify

但相较之下,Butterfly iQ 对市场显得信心十足,Lumify 不仅仍旧停留在落后的晶体技术上,6000 美元相比 Butterfly iQ 不足 2000 美元,明显性价比就没那么高了,但这也意味着想赚得多,Butterfly iQ 也只能靠薄利多销。

从目前数据来看,超声诊断的市场还有很大空白。“世界上差不多三分之二的人无法完成医学成像检查”,Rothberg 野心勃勃地说到,“而我们的芯片超声技术可以使广大受众使用不到 2000 美元就能完成全身高质量成像检查,而这刚刚是个开始。”

Rothberg 希望将这款设备用于全球范围内医疗条件差的农村医疗诊所中,那种地方一般都没有超声波检测设备。如果这一愿景真的实现,那么农村地区的医生就能通过超声波成像来分析病人的情况了,这会大大提高治疗效率。

“跨越了价格障碍,我希望 Butterfly 的产品最终可以取代听诊器成为日常医疗手段。目前我们的诊断系统,可以帮助每年数百万的儿童或妇女免于肺炎侵袭或生育死亡的威胁”,Butterfly Network 的首席医疗官 Martin 说到。

目前,FDA 还未批准该设备的家庭使用,但 Martin 表现的十分乐观,“最初的体温计和血压计都是在医院发明的,现在已经走入千家万户,再想想最初的除颤器甚至只能在医院中使用,而现在几乎每座商场或办公楼都有配置。”医疗设备平民化不仅可以保障健康,更多的可以缓解焦虑,减轻医疗负担。

实际上,在美国这样的富裕地区,这款设备也可以提高治疗效率,降低医疗成本。例如,如果一个孩子摔伤了手臂,父母就可以马上用超声波设备给手臂上的骨头做个超声波成像,再将图像发给医生以确定接下来该怎么办。“我绝对相信这种便携式超声波设备以后会进入每一户家庭”,Martin 表示。

接下来 Rothberg 也希望继续降低这款手持设备的价格,并准备研发出一种全新的产品:“在接下来的两年,我们将发布一种基于超声波探测的贴片和一个药丸,病人吞下药丸后,就能在设备上探测到癌症的位置。”

无论未来如何,在这场和疾病的比赛中,Butterfly iQ 已经帮助 Butterfly Network 的首席医疗官 Martin 赢取了一定的时间。

(摘自Sha、Theo。更多精彩文章请关注仪器+资讯平台:yqj.mumuxili.com!买耗材仪器,找木木西里:www.mumuxili.com!)

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