在1956年部署第一臺臨床超聲機后的幾十年里，高頻掃描儀已經成為許多臨床醫(yī)生診斷庫中的一個常用工具——至少在發(fā)達國家是這樣。不幸的是，雖然像通用電氣的Vscan這樣更小、更便宜的設備越來越多，但是這些掃描儀仍然非常昂貴。一臺機器的現(xiàn)行價格在9000美元到2萬美元之間，單次掃描大約需要250美元。
這是因為傳統(tǒng)的超聲波機器依靠含有石英晶體和其他特殊成分的換能器來產生圖像。但是，由2015年國家技術和創(chuàng)新獎章獲得者、卡內基梅隆大學畢業(yè)生Jonathan Rothberg共同創(chuàng)辦的初創(chuàng)公司Butterfly聲稱，已經開創(chuàng)了一種技術上更為優(yōu)越的替代方案。該公司同名的Butterfly iQ設備價值2000美元，能夠將超聲波技術縮小到電動剃須刀大小的外圍設備。
Butterfly今天宣布，它已經在由富達領投的D輪融資中獲得了2．5億美元的投資，復星醫(yī)藥、比爾與梅琳達·蓋茨基金會、Jamie Dinan以及其他回歸投資者和現(xiàn)有投資者參投。
“這是實現(xiàn)向無法獲得這一基本醫(yī)療技術的數百萬人提供超聲波承諾的重要一步，”Rothberg今年早些時候表示?！拔以噲D將超聲成像大眾化，就像我對DNA測序所做的那樣。世界上三分之二的人無法獲得醫(yī)學影像服務，甚至在發(fā)達國家，費用和專業(yè)知識的缺乏也限制了醫(yī)療影像的獲得?！?/p>
Butterfly iQ通過iPhone向Butterfly的云存儲服務上傳“臨床品質”的超聲波，該設備已于2017年10月被聯(lián)邦食品和藥物管理局（FDA）批準用于腹部、心血管、胎兒、婦科、泌尿、肌肉骨骼和其他七種臨床應用。
現(xiàn)成的超聲波掃描儀向晶體（或多個晶體）施加電流，以產生振動，隨后產生聲波。（這被稱為壓電效應。）這些波穿過身體，直達組織或器官之間的邊界，之后其中一些反射回晶體，并在接觸時產生電流。因為身體組織中的聲速保持不變，并且因為每個回聲的返回時間可以被容易地測量，所以掃描儀的計算單元能夠測量換能器和邊界之間的距離。它們的計算結果就成為了最終圖像的一部分。
Butterfly iQ的超聲芯片——一種包含分立信號處理器和放大器的半導體晶片——起到了傳統(tǒng)換能器的作用，但是用晶體交換了電容性微機械超聲換能器層——基本上就是懸浮在兩個電極之間的鼓狀金屬板。單個芯片有多達1萬個換能器通道，當被供電時，這些通道會以適合不同組織類型的頻率諧振。多虧了一種獨特的“蝴蝶網絡”架構——它可以智能地委托通道間的處理，iQ可以在掃描過程中每秒執(zhí)行大約5萬億次操作——足夠用于身體任何區(qū)域的三維超聲成像。
Butterfly說，iQ是世界上第一個能夠全身成像的芯片超聲波。傳統(tǒng)的換能器晶體必須被調諧以產生特定深度的超聲波，但是硅沒有這樣的限制；對CMUT電場的調整允許它動態(tài)切換頻率?！叭绻覀兿肷钊耄覀兛梢宰屗鼈円?兆赫的頻率工作，如果我們想淺一些，我們可以讓它們以5兆赫的頻率工作，”Rothberg在接受IEEE Spectrum采訪時說。
當然，硬件只是其中一半，但是Butterfly的軟件生態(tài)系統(tǒng)同樣很棒。iQ的配套智能手機應用利用人工智能來簡化設置過程。計算機視覺算法接管手機攝像頭的鏡頭，并實時檢測探頭的位置，引導用戶通過增強現(xiàn)實提示精確定位探頭的位置。（Butterfly稱之為“遠程制導”。）另一個人工智能系統(tǒng)對每幅圖像進行質量檢查和簡單分析，但這不會在第一波生產設備中發(fā)貨——它正在等待FDA的單獨批準。
上傳圖像的云存儲服務經過AES 256位加密和SOC II認證，完全符合HIPPA，這一旨在保護醫(yī)療記錄中收集的個人信息的1996年美國法律。它內置的共享工具允許用戶對圖像發(fā)表評論，發(fā)送信息，并以安全鏈接的形式與同事共享掃描。
Rothberg發(fā)明了世界上第一個DNA測序芯片（Ion Torrent），并研發(fā)了一種至今仍在使用的轉移性乳腺癌治療方法。他說，他在超聲波方面的工作受到了麻省理工物理學家Max Tegmark的啟發(fā)。Tegmark假設，一個擁有數千個天線的系統(tǒng)可以比任何一個換能器更有效地測量能量。Rothberg認為這種換能器可以應用于超聲成像。
在Tegmark的祝福和他的研究生Nevada Sanchez的幫助下，Rothberg和一個由大約50名科學家、開發(fā)人員和工程師組成的團隊，在斯坦福大學教授Pierre Khuri－Yakub研究的基礎上，開發(fā)出了iQ背后的技術。雖然花了八年的研發(fā)時間，但是Butterfly的首席醫(yī)療官John Martin堅持認為這是值得等待的。他有足夠的理由可以這樣說。三年前在測試iQ時，他發(fā)現(xiàn)自己舌下有一個腫瘤——一個鱗狀細胞，他早先認為是一個過度活躍的淋巴結。
第一批設備于今天開始運送給成千上萬預訂它們的顧客。Rothberg希望與非營利組織和大學進行合作，將它帶到發(fā)展中國家。為此，今年4月，Butterfly和一個布朗大學超聲波小組在肯尼亞醫(yī)院的重癥監(jiān)護室進行了iQ測試。
他們計劃在未來18個月內銷售超過25萬臺設備，但是Butterfly已經在努力開發(fā)兩種新產品：一種利用超聲波監(jiān)測病人的貼劑和一種從體內觀察癌癥的可攝取藥丸。Rothberg相信有一天該公司的平臺將取代聽診器。
下載文檔
