iQ新設備可以讓你用智能手機進行超聲波檢查

2011年，企業(yè)家工程師Jonathan Rothberg 制造出世界上第一個 DNA 測序器，隨后，Rothberg 創(chuàng)立了 Butterfly Network 公司，該公司最近推出了一款名為 iQ 的新設備，該設備配備了人工智能（AI），可以讓你用智能手機進行超聲波檢查。他表示：Butterfly iQ是一種廉價的AI智能手持超聲波工具，它將使1) 醫(yī)院和診所的醫(yī)療成像發(fā)生革命性的變化，2) 改變?nèi)蚪】档挠螒蛞?guī)則，3) 最終成為像家用溫度計一樣的消費者產(chǎn)品，他說。

從本質(zhì)上講，iQ 是一種芯片上的醫(yī)學成像工具，可以讓所有人都能使用超聲波。你不需要成為一名實驗室技術員來搞清楚如何操作 iQ。其包括13項臨床應用，包括心臟掃描，胎兒和產(chǎn)科檢查以及肌肉骨骼檢查。 iQ與用戶的iPhone一起工作，而不是使用控制和圖像顯示的專用硬件。該公司表示將在2018年開始出貨，最初售價約為2000美元。

照片顯示，一名醫(yī)療專業(yè)人士手持智能手機，另一只手持超聲波棒

但是這只是一個開始，Rothberg告訴IEEE Spectrum。他期望在手持設備上降低價格，并且已經(jīng)開始研究全新的產(chǎn)品。他說：“在接下來的兩年里，我們將發(fā)布一個使用超聲波監(jiān)測患者的貼片，并且可以吞咽一粒藥丸，從體內(nèi)看癌癥。

所有這些都是可能的，因為Butterfly使用了一種非常不同于傳統(tǒng)超聲波的技術，Rothberg說，它的“片上超聲波”利用了計算機芯片完善的大眾市場制造技術。他說：“我們把所有元素都放到了半導體晶圓上，然后我們可以把晶圓切成48個超低成本的超聲波機器。

今天的超聲波系統(tǒng)使用壓電晶體，將電能轉(zhuǎn)換成超聲波形式的振動。一個典型的系統(tǒng)是在龐大的車上有一個顯示屏幕，并將身體內(nèi)的不同深度進行成像。這些機器可以花費10萬美元以上。雖然存在一些更小，更便宜的設備，如GE的手持式Vscan產(chǎn)品，但他們?nèi)匀皇褂冒嘿F的壓電技術，需要多個探頭，價格在8000到20000美元之間。

開發(fā)基于iQ芯片的技術是一個兩步驟的過程。首先，Butterfly的工程師用微型機械代替了壓電元件，這種微型機械就像一個小鼓，產(chǎn)生振動。在這個“電容式微機械超聲換能器”（CMUT）內(nèi)部，施加的電壓使膜移動，以將超聲波發(fā)送到體內(nèi)。從各種身體組織反彈回來的波動膜，并注冊為電信號，從而創(chuàng)建圖像。Butterfly的技術基于斯坦福大學教授Pierre Khuri-Yakub的研究成果，他是Butterfly科學顧問委員會的成員。

照片顯示了手指和拇指之間的半導體芯片

Rothberg解釋說，典型的超聲波系統(tǒng)需要單獨的探頭用于不同的臨床應用，因為晶體在制造時必須進行調(diào)整以產(chǎn)生在特定深度成像的正確類型的超聲波。但Butterfly iQ可以調(diào)整。他說：“我們在探頭上有10,000個這樣的微型機械傳感器，這給我們一個很大的動態(tài)范圍。

第二個創(chuàng)新是取消將典型的壓電探頭連接到電子控制和顯示器的布線。Butterfly的微型機器直接連接到包含所有必要的放大器，信號處理器等的半導體層等等。

獨立專家說，這項技術聽起來很有希望，但是他們還是會拭目以待Butterfly iQ能否實現(xiàn)羅斯伯格的想法。佛羅里達大學醫(yī)院的急診室醫(yī)生Torben Becker說：“醫(yī)學界的人往往比較保守，當有人聲稱已經(jīng)找到了一種奇跡般的藥物或治療方法時，我就懷疑了。

Becker說，便攜式超聲工具目前是一項利基技術 - 一些急診科醫(yī)生正在對其進行試驗，但他們并沒有抓住。他說：“肯定有一個理由可以讓你從口袋里拿出一些東西，然后在考試中使用。但是，他迄今為止嘗試過的便攜式工具的成像質(zhì)量已經(jīng)不如大型系統(tǒng)了，Becker說。他還將圖像傳輸?shù)结t(yī)院的數(shù)據(jù)庫進行存儲。他說：“保存這些圖像需要為掃描計費。

除了價格和便攜性之外，另外一大賣點就是將圖像采集和分析結合在了人工智能上。Becker工程師在超聲圖像的大量數(shù)據(jù)集上訓練軟件，教會了像心臟這樣的身體部位的高質(zhì)量和低質(zhì)量圖像之間的區(qū)別。當用戶將探頭帶到患者胸部進行心臟檢查時，iPhone顯示屏將幫助他們找到正確的位置。它還對所產(chǎn)生的超聲圖像進行一些簡單的分析，例如測量“射血分數(shù)”，表明心臟抽出血液的程度。

在Butterfly Network的紐約市辦事處，機器學習團隊的兩名成員慷慨地向IEEE Spectrum提供了這項技術的演示：

人工智能是使 iQ在發(fā)展中國家醫(yī)療保健以及在富裕的消費者當中成為一個潛在的游戲規(guī)則改變者。在全球健康狀況下, Butterfly Network設想在農(nóng)村衛(wèi)生診所使用該工具, 因為那里的工作人員沒有超聲波的專門知識；在 iQ 指導系統(tǒng)中, 他們可以獲得一個正確的圖像, 或者將其發(fā)送給專家, 或者使用系統(tǒng)的指導來計算下一步。

Butterfly Network的首席醫(yī)療官約翰馬丁說, 在美國和世界上其他繁榮的地區(qū), 這一工具可以通過取消許多醫(yī)生訪問來增強消費者的能力, 緩解焦慮, 降低醫(yī)療成本?！拔医^對認為超聲波設備會在每個人的家里，” 馬丁說。例如, 如果一個孩子跌倒, 并抱怨手臂疼痛, 父母可以為其骨骼做一個快速的超聲檢查, 這樣即可發(fā)送該圖像給他們的兒科醫(yī)生, 而不用跑來醫(yī)院。

據(jù)悉，F(xiàn)DA 尚未批準其家庭使用, 但馬丁說, 該批準的途徑是很好建立的。“當?shù)谝粋€溫度計被制造出來時, 當?shù)谝粋€測量血壓袖口被制造時, 他們只在醫(yī)院里，” 他說?！翱紤]一下除顫器, 它過去也只在醫(yī)院里, 但現(xiàn)在在每個商場和辦公室--在街上的人現(xiàn)在可以給某人的心臟帶來電擊。如果Butterfly Network有它的方式,，其或?qū)⒊蔀榫o急救護的最佳利器，加速行動醫(yī)療環(huán)境發(fā)展。