在1956年部署第一臺臨床超聲機(jī)后的幾十年里，高頻掃描儀已經(jīng)成為許多臨床醫(yī)生診斷庫中的一個(gè)常用工具——至少在發(fā)達(dá)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(shè)備越來越多，但是這些掃描儀仍然非常昂貴。一臺機(jī)器的現(xiàn)行價(jià)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?yàn)閭鹘y(tǒng)的超聲波機(jī)器依靠含有石英晶體和其他特殊成分的換能器來產(chǎn)生圖像。但是，由2015年國家技術(shù)和創(chuàng)新獎?wù)芦@得者、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)畢業(yè)生Jonathan Rothberg共同創(chuàng)辦的初創(chuàng)公司Butterfly聲稱，已經(jīng)開創(chuàng)了一種技術(shù)上更為優(yōu)越的替代方案。該公司同名的Butterfly iQ設(shè)備價(jià)值2000美元，能夠?qū)⒊暡夹g(shù)縮小到電動剃須刀大小的外圍設(shè)備。

Butterfly今天宣布，它已經(jīng)在由富達(dá)領(lǐng)投的D輪融資中獲得了2．5億美元的投資，復(fù)星醫(yī)藥、比爾與梅琳達(dá)·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(shí)現(xiàn)向無法獲得這一基本醫(yī)療技術(shù)的數(shù)百萬人提供超聲波承諾的重要一步，”Rothberg今年早些時(shí)候表示。“我試圖將超聲成像大眾化，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(xué)影像服務(wù)，甚至在發(fā)達(dá)國家，費(fèi)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(wù)上傳“臨床品質(zhì)”的超聲波，該設(shè)備已于2017年10月被聯(lián)邦食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)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(yīng)用。

現(xiàn)成的超聲波掃描儀向晶體（或多個(gè)晶體）施加電流，以產(chǎn)生振動，隨后產(chǎn)生聲波。（這被稱為壓電效應(yīng)。）這些波穿過身體，直達(dá)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(shí)產(chǎn)生電流。因?yàn)樯眢w組織中的聲速保持不變，并且因?yàn)槊總€(gè)回聲的返回時(shí)間可以被容易地測量，所以掃描儀的計(jì)算單元能夠測量換能器和邊界之間的距離。它們的計(jì)算結(jié)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(dǎo)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(jī)械超聲換能器層——基本上就是懸浮在兩個(gè)電極之間的鼓狀金屬板。單個(gè)芯片有多達(dá)1萬個(gè)換能器通道，當(dāng)被供電時(shí)，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(dú)特的“蝴蝶網(wǎng)絡(luò)”架構(gòu)——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(gè)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(diào)諧以產(chǎn)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(diào)整允許它動態(tài)切換頻率?！叭绻覀兿肷钊?，我們可以讓它們以1兆赫的頻率工作，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(shí)說。

當(dāng)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(jī)應(yīng)用利用人工智能來簡化設(shè)置過程。計(jì)算機(jī)視覺算法接管手機(jī)攝像頭的鏡頭，并實(shí)時(shí)檢測探頭的位置，引導(dǎo)用戶通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)提示精確定位探頭的位置。（Butterfly稱之為“遠(yuǎn)程制導(dǎo)”。）另一個(gè)人工智能系統(tǒng)對每幅圖像進(jìn)行質(zhì)量檢查和簡單分析，但這不會在第一波生產(chǎn)設(shè)備中發(fā)貨——它正在等待FDA的單獨(dú)批準(zhǔn)。

上傳圖像的云存儲服務(wù)經(jīng)過AES 256位加密和SOC II認(rèn)證，完全符合HIPPA，這一旨在保護(hù)醫(yī)療記錄中收集的個(gè)人信息的1996年美國法律。它內(nèi)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(gè)DNA測序芯片（Ion Torrent），并研發(fā)了一種至今仍在使用的轉(zhuǎn)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(xué)家Max Tegmark的啟發(fā)。Tegmark假設(shè)，一個(gè)擁有數(shù)千個(gè)天線的系統(tǒng)可以比任何一個(gè)換能器更有效地測量能量。Rothberg認(rèn)為這種換能器可以應(yīng)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(gè)由大約50名科學(xué)家、開發(fā)人員和工程師組成的團(tuán)隊(duì)，在斯坦福大學(xué)教授Pierre Khuri－Yakub研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了iQ背后的技術(shù)。雖然花了八年的研發(fā)時(shí)間，但是Butterfly的首席醫(yī)療官John Martin堅(jiān)持認(rèn)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(shí)，他發(fā)現(xiàn)自己舌下有一個(gè)腫瘤——一個(gè)鱗狀細(xì)胞，他早先認(rèn)為是一個(gè)過度活躍的淋巴結(jié)。

第一批設(shè)備于今天開始運(yùn)送給成千上萬預(yù)訂它們的顧客。Rothberg希望與非營利組織和大學(xué)進(jìn)行合作，將它帶到發(fā)展中國家。為此，今年4月，Butterfly和一個(gè)布朗大學(xué)超聲波小組在肯尼亞醫(yī)院的重癥監(jiān)護(hù)室進(jìn)行了iQ測試。

他們計(jì)劃在未來18個(gè)月內(nèi)銷售超過25萬臺設(shè)備，但是Butterfly已經(jīng)在努力開發(fā)兩種新產(chǎn)品：一種利用超聲波監(jiān)測病人的貼劑和一種從體內(nèi)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。