凭借一亿美元他打造出来的医学成像设备可能会和听诊器一样便宜_医疗器械

2015

01/21

11:15

MIT科技评论

作者：Yiyi

医疗器械

价格低廉的便携式高质量超声波设备可以使医生最常用的成像技术为更多人所用。

企业家乔纳森·罗森伯格（Jonathan Rothberg）正在着手研究开发一款新的扫描仪，只有苹果手机大小，却能够用3D图像技术栩栩如生地扫描出人体内部构造。

罗森伯格表示，他已经筹措到1亿美元的融资来打造一个新的医学成像设备，在未来这个设备几乎可能和听诊器一样便宜，而且还可以使医生们的问诊更加有效率。根据专利文献，这项技术依赖于一种新型超声波芯片，最终可能通过它来用热力来摧毁癌细胞，或者向大脑细胞传送信息。

罗森伯格很善于将半导体技术与生物技术相结合。他先后创办又出售了两家DNA测序公司，454和Ion Torrent Systems，从而收获5亿美元。这笔利润足以让这个不讲究穿着的富翁开着名为Gene Machine 的游艇在大海里遨游以及研究一些高深的兴趣爱好，例如对数学天才的基因进行测序。

目前，成像系统由Butterfly Network进行开发，这是一家创办了三年的公司，也是少数几个极具优势的公司之一，罗森伯格认为它将来可以脱离4Combinator独立融资，4Combinator是罗森伯格创立的孵化器，用于创建和投资将医学传感器与人工智能科学（称为深度学习）相结合的公司。

罗森伯格并没有透露更多关于Butterfly公司当前研发的设备的具体工作原理，甚至连设备的外观也被严格保密。“产品的所有细节我们会在产品上市的时候一并公布，也就是18个月之后，”他说。但是罗森伯格保证这款设备一定会尽可能小巧，价格为几百美元，可与手机连接，并且可以诊断乳腺癌或胎儿成像。

根据Butterfly在一份专利申请报告中的描述，它旨在开发一款简洁且多功能的新型超声波扫描仪，可以创建实时三维立体图像。把仪器放到用户腰部，就可以像透过玻璃窗一样观察腹腔内部结构。

Butterfly Network向专利局提交的小型3D超声波成像装置的概念图。

有了由罗森伯格和包括斯坦福大学和德国Aeris Capital在内的投资者提供的大量资金，Butterfly将全部精力放在新兴技术领域——将超声波发射器连同电路和处理器一起嵌入半导体晶片上。这样的设备被称为“电容器微超声波转换器”，简称CMUT。

目前，大多数超声波检测仪都是使用小型压电晶体或者陶瓷来发射和接收声波。但是连接这些零部件需要特别严密，然后再通过电缆连接到一个单独的盒子处理信号。如果有技术能将超声波元件直接集成到计算机的芯片上，那么就可以大批量地生产这样的装置，并且可以与软件结合更加容易地生成精确的3D图像。

“ 人们一直在设想这样的产品，只是怎样实现并且投入到商业应用一直是一个难题。”

在诊疗过程中，医生使用最多的超声波，例如检查孕妇肚子里有胎儿，找出软组织例如肝脏中的肿瘤，还可以用声波使细胞温度升高来治疗前列腺癌。

超声波微芯片的想法可以追溯至1994年，斯坦福大学教授布图鲁斯·胡里-阿古柏（Butrus Khuri-Yakub）（罗森伯格公司的顾问）制出了第一个超声波微芯片，虽然包括通用和菲利浦在内的公司用了十年的时间想使之商业化，但是由于功能不稳定和制造困难，最后都失败了。

“人们一直在设想这样的产品，只是怎样实现并且投入到商业应用一直是一个难题，” 理查德·普兹贝拉（Richard Przybyla）说道，他是加利福尼亚伯克利Chirp Microsystems 公司电路设计主管，这家公司正在开发一种可让计算机识别人类姿势的超声波系统。“也许大量的投资和一个专业的团队是实现人们一直以来的设想的关键。”

罗森伯格对超声波技术产生兴趣完全是因为他的大女儿，她现有已是一名大学生了，她患有结节状硬化症，这种疾病会导致癫痫的发作以及引发肾脏恶性囊肿的生成。因此，在2011年，罗森伯格赞助担保了一项在辛辛那提进行的实验，研究是否可以采用高强度的超声波脉冲加热破坏肾脏肿瘤。

这项研究后来启发了罗森伯格，他看到研究中的整个设备包括一个观察肿瘤的核磁共振仪，以及一个加热破坏肿瘤的超声波探头。这套设备不仅昂贵且效率低下，就像“一台激光打印机连续工作8天，然后打印出来的画面就你是小孩的蜡笔画。”他希望开发出一款便宜、快速、精确的设备来取代这个价值600万美元的笨重机器。

罗森伯格声称，他有Butterfly技术的“秘密武器”，但他不会公布出来。但他透露，这个秘密武器具有智能设备的功能，其电路设计可以解决CMUT技术所面临的物理局限性和制造问题。

Butterfly Network的联合创始人内华达·桑奇兹（Nevada Sánchez）曾帮助天文学家设计了一种成本非常低的射电望远镜，它的信号处理方式就是蝴蝶网络（butterfly network），这就是这个公司名字的由来。格雷格·哈尔瓦特（Greg Charvat）也是Butterfly的合作伙伴，他曾在麻省理工学院林肯实验室开发了一种即使隔着厚厚的墙也能看到人体内部器官的雷达。

4Combinator的总部坐落在康涅狄格的吉尔福德，哈尔瓦特和桑奇兹向前来参观的人们展示了用原型芯片拍摄的一副一枚一分硬币照片，你可清楚地看见硬币上的字母和数字。哈尔瓦特解释到：“随着芯片制造产业的发展和雷达技术的创新，我们可以更大胆地想象未来，把分辨率从毫米精确到微米甚至更小。”

超声波的工作原理是发出声音和捕获回音。超声波还可以生成一束能量集中的声波，集成了超声波芯片的设备最终可以用来治疗肿瘤。再小一点的设备可以用来给大脑传送信息（最新的发现表明神经元可以被超声波激活。）“我认为，它能帮助人们更快速地辨识疾病，尤其在时间紧迫的时候，这项技术可以使医生事半功倍。”

罗森伯格说，他的首要目标是降低成像系统的市场价格，即使是最贫穷地区的人们也可以用上这种设备。他表示，这种设备的关键在于软件，包括人工智能研究者们开发的技术，通过提取大量图像和关键特征来实现自动诊断。

“我们希望这个扫描仪能够像iPhone的‘全景拍照’功能一样工作，”罗森伯格说，他指的是一种智能手机功能，可以让拍摄者移动拍摄全景，自动合成一幅图像。罗森伯格表示，除了能够识别目标（身体器官，例如胎儿）和帮助使用者找到特定的器官之外，该仪器还能够结合相关的软件初步诊断病情。

“当我们有成千上万的照片做参考依据时，我认为，人们就可以更快速地辨识疾病。尤其在时间紧迫的时候，这项技术可以使医生事半功倍，”罗森伯格说，“我有信心这项技术必能实现。”

罗森伯格说，他的孵化器除Butterfly外已经创建三家公司，他给予每家公司500万美金至2000万美金的基础资金。其中包括研究结节性硬化症治疗的生物公司Lam Therapeutics；尚未公布开发何种技术的初创公司Hyperfine Research；以及一家未命名的公司。

来源：MIT科技评论作者：Yiyi

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