智能手机也能做检查？“芯片上的超声波”工具可能革新医学成像

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2011年，企业家工程师 Jonathan Rothberg 制造出世界上第一个 DNA 测序器，随后，Rothberg 创立了 Butterfly Network 公司，该公司最近推出了一款名为 iQ 的新设备，该设备配备了人工智能（AI），可以让你用智能手机进行超声波检查。他表示：Butterfly iQ是一种廉价的AI智能手持超声波工具，它将使1) 医院和诊所的医疗成像发生革命性的变化，2) 改变全球健康的游戏规则，3) 最终成为像家用温度计一样的消费者产品，他说。

从本质上讲，iQ 是一种芯片上的医学成像工具，可以让所有人都能使用超声波。你不需要成为一名实验室技术员来搞清楚如何操作 iQ。其包括13项临床应用，包括心脏扫描，胎儿和产科检查以及肌肉骨骼检查。 iQ与用户的iPhone一起工作，而不是使用控制和图像显示的专用硬件。该公司表示将在2018年开始出货，最初售价约为2000美元。

但是这只是一个开始，Rothberg告诉IEEE Spectrum。他期望在手持设备上降低价格，并且已经开始研究全新的产品。他说：“在接下来的两年里，我们将发布一个使用超声波监测患者的贴片，并且可以吞咽一粒药丸，从体内看癌症。

所有这些都是可能的，因为Butterfly使用了一种非常不同于传统超声波的技术，Rothberg说，它的“片上超声波”利用了计算机芯片完善的大众市场制造技术。他说：“我们把所有元素都放到了半导体晶圆上，然后我们可以把晶圆切成48个超低成本的超声波机器。

今天的超声波系统使用压电晶体，将电能转换成超声波形式的振动。一个典型的系统是在庞大的车上有一个显示屏幕，并将身体内的不同深度进行成像。这些机器可以花费10万美元以上。虽然存在一些更小，更便宜的设备，如GE的手持式Vscan产品，但他们仍然使用昂贵的压电技术，需要多个探头，价格在8000到20000美元之间。

开发基于iQ芯片的技术是一个两步骤的过程。首先，Butterfly的工程师用微型机械代替了压电元件，这种微型机械就像一个小鼓，产生振动。在这个“电容式微机械超声换能器”（CMUT）内部，施加的电压使膜移动，以将超声波发送到体内。从各种身体组织反弹回来的波动膜，并注册为电信号，从而创建图像。Butterfly的技术基于斯坦福大学教授Pierre Khuri-Yakub的研究成果，他是Butterfly科学顾问委员会的成员。

Rothberg解释说，典型的超声波系统需要单独的探头用于不同的临床应用，因为晶体在制造时必须进行调整以产生在特定深度成像的正确类型的超声波。但Butterfly iQ可以调整。他说：“我们在探头上有10,000个这样的微型机械传感器，这给我们一个很大的动态范围。

第二个创新是取消将典型的压电探头连接到电子控制和显示器的布线。Butterfly的微型机器直接连接到包含所有必要的放大器，信号处理器等的半导体层等等。

独立专家说，这项技术听起来很有希望，但是他们还是会拭目以待Butterfly iQ能否实现罗斯伯格的想法。佛罗里达大学医院的急诊室医生Torben Becker说：“医学界的人往往比较保守，当有人声称已经找到了一种奇迹般的药物或治疗方法时，我就怀疑了。

Becker说，便携式超声工具目前是一项利基技术 - 一些急诊科医生正在对其进行试验，但他们并没有抓住。他说：“肯定有一个理由可以让你从口袋里拿出一些东西，然后在考试中使用。但是，他迄今为止尝试过的便携式工具的成像质量已经不如大型系统了，Becker说。他还将图像传输到医院的数据库进行存储。他说：“保存这些图像需要为扫描计费。

除了价格和便携性之外，另外一大卖点就是将图像采集和分析结合在了人工智能上。Becker工程师在超声图像的大量数据集上训练软件，教会了像心脏这样的身体部位的高质量和低质量图像之间的区别。当用户将探头带到患者胸部进行心脏检查时，iPhone显示屏将帮助他们找到正确的位置。它还对所产生的超声图像进行一些简单的分析，例如测量“射血分数”，表明心脏抽出血液的程度。

在Butterfly Network的纽约市办事处，机器学习团队的两名成员慷慨地向IEEE Spectrum提供了这项技术的演示：

人工智能是使 iQ在发展中国家医疗保健以及在富裕的消费者当中成为一个潜在的游戏规则改变者。在全球健康状况下, Butterfly Network设想在农村卫生诊所使用该工具, 因为那里的工作人员没有超声波的专门知识；在 iQ 指导系统中, 他们可以获得一个正确的图像, 或者将其发送给专家, 或者使用系统的指导来计算下一步。

Butterfly Network的首席医疗官约翰马丁说, 在美国和世界上其他繁荣的地区, 这一工具可以通过取消许多医生访问来增强消费者的能力, 缓解焦虑, 降低医疗成本。“我绝对认为超声波设备会在每个人的家里，” 马丁说。例如, 如果一个孩子跌倒, 并抱怨手臂疼痛, 父母可以为其骨骼做一个快速的超声检查, 这样即可发送该图像给他们的儿科医生, 而不用跑来医院。

据悉，FDA 尚未批准其家庭使用, 但马丁说, 该批准的途径是很好建立的。“当第一个温度计被制造出来时, 当第一个测量血压袖口被制造时, 他们只在医院里，” 他说。“考虑一下除颤器, 它过去也只在医院里, 但现在在每个商场和办公室--在街上的人现在可以给某人的心脏带来电击。如果Butterfly  Network有它的方式,，其或将成为紧急救护的最佳利器，加速行动医疗环境发展。

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