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(shè)備,該設(shè)備配備了人工智能(AI),可以讓你用智能手機(jī)進(jìn)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(fèi)者產(chǎn)品,他說。
從本質(zhì)上講,iQ 是一種芯片上的醫(yī)學(xué)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(shí)驗(yàn)室技術(shù)員來搞清楚如何操作 iQ。其包括13項(xiàng)臨床應(yīng)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(jī),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(shè)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?yàn)锽utterfly使用了一種非常不同于傳統(tǒng)超聲波的技術(shù),Rothberg說,它的“片上超聲波”利用了計算機(jī)芯片完善的大眾市場制造技術(shù)。他說:“我們把所有元素都放到了半導(dǎo)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(jī)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(jìn)行成像。這些機(jī)器可以花費(fèi)10萬美元以上。雖然存在一些更小,更便宜的設(shè)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(shù),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(shù)是一個兩步驟的過程。首先,Butterfly的工程師用微型機(jī)械代替了壓電元件,這種微型機(jī)械就像一個小鼓,產(chǎn)生振動。在這個“電容式微機(jī)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(shù)基于斯坦福大學(xué)教授Pierre Khuri-Yakub的研究成果,他是Butterfly科學(xué)顧問委員會的成員。
照片顯示了手指和拇指之間的半導(dǎo)體芯片
Rothberg解釋說,典型的超聲波系統(tǒng)需要單獨(dú)的探頭用于不同的臨床應(yīng)用,因?yàn)榫w在制造時必須進(jìn)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(jī)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(jī)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(dǎo)體層等等。
獨(dú)立專家說,這項(xiàng)技術(shù)聽起來很有希望,但是他們還是會拭目以待Butterfly iQ能否實(shí)現(xiàn)羅斯伯格的想法。佛羅里達(dá)大學(xué)醫(yī)院的急診室醫(yī)生Torben Becker說:“醫(yī)學(xué)界的人往往比較保守,當(dāng)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(xiàng)利基技術(shù) - 一些急診科醫(yī)生正在對其進(jìn)行試驗(yàn),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(jìn)行存儲。他說:“保存這些圖像需要為掃描計費(fèi)。
除了價格和便攜性之外,另外一大賣點(diǎn)就是將圖像采集和分析結(jié)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(xùn)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(dāng)用戶將探頭帶到患者胸部進(jìn)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(jìn)行一些簡單的分析,例如測量“射血分?jǐn)?shù)”,表明心臟抽出血液的程度。
在Butterfly Network的紐約市辦事處,機(jī)器學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)的兩名成員慷慨地向IEEE Spectrum提供了這項(xiàng)技術(shù)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(fèi)者當(dāng)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(shè)想在農(nóng)村衛(wèi)生診所使用該工具, 因?yàn)槟抢锏墓ぷ魅藛T沒有超聲波的專門知識;在 iQ 指導(dǎo)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(dǎo)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(qiáng)消費(fèi)者的能力, 緩解焦慮, 降低醫(yī)療成本?!拔医^對認(rèn)為超聲波設(shè)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(zhǔn)其家庭使用, 但馬丁說, 該批準(zhǔn)的途徑是很好建立的?!爱?dāng)?shù)谝粋€溫度計被制造出來時, 當(dāng)?shù)谝粋€測量血壓袖口被制造時, 他們只在醫(yī)院里,” 他說。“考慮一下除顫器, 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(hù)的最佳利器,加速行動醫(yī)療環(huán)境發(fā)展。
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原文標(biāo)題:智能手機(jī)也能做檢查?“芯片上的超聲波”工具可能革新醫(yī)學(xué)成像
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