单芯片超声波技术是否能降低医疗成像价格，使人人都能负担得起?

将一台仅有iPhone大小的扫描仪举在胸口，你便能看到生动无比的人体内部3D图像。

这是由企业家Jonathan Rothberg赞助研发的新型医学成像设备。Rothberg宣称，他融资了1亿美元，以创造出这一“与听诊器一样便宜”的创新产品，能使“医生们的工作效率提升100倍”。

根据专利文件中的描述，该技术依赖于一种新型的超声波芯片，其最终可能成为利用热能破坏癌细胞、或为脑细胞提供信息的新方法。

这项技术会不会引导未来医学成像领域的发展方向?

对于Rothberg来说，用半导体技术来解决生物学问题已是驾轻就熟。早前，他以超过5亿美元的售价卖出了自己的两家DNA测序公司：454 与Ion Torrent Systems。有了售出公司所得的巨额利润，Rothberg得以在他那条名为Gene Machine的豪华游艇上享受人生，并潜心研究自身兴趣所在的DNA测序问题。

这项新的成像系统由一家成立近3年的公司Butterfly Network开发。该公司是由Rothberg创建的初创公司孵化器4Combinator旗下的一员，也是其最为先进的几家公司之一。4Combinator旨在将医疗传感器与人工智能中的“深度学习”相结合。

Rothberg没有透露Butterfly设备究竟是如何运作，或是外观如何。“关于细节，请静待设备的正式发售。我们将在未来18个月内推出这款产品，“他说道。但是Rothberg保证，产品体积将会很小，售价也仅为数百美元;它能够连接至手机，可以诊断乳腺癌或显示胎儿的图像。

从Butterfly的专利申请文件中可见，其目的是设计一款结构紧凑、多功能的新型超声波扫描仪，可以实时创建3D图像。将设备举至胸口，人们便可以通过一扇“窗口”洞见人体内部。

Butterfly Network提交给专利局的概念图显示，该产品是一台小型的3D超声波成像设备。

有了Rothberg和其他投资者(包括斯坦福大学和德国的Aeris Capital)提供的1亿美元，Butterfly似乎把史上最大的赌注都压在了这项新兴技术上。此技术将超声波发射器沿着电路和处理器直接蚀刻在半导体晶片上，而该设备则被称为“电容式微型超声波传感器”，或简称CMUTs。

大多数超声波机器使用小型压电晶体或陶瓷来生成和接收声波。但这些都必须小心地连在一起，然后通过电缆连接到一个单独的盒子，以进行信号处理。如果可以在计算机芯片上直接集成超声波元件，人们就可以以低廉的价格大批量地制造它们，并且能更容易地创造出能生成3D图像的阵列类型。

“这款产品的设想由来已久，它一直在等待是否有人可以将其由想法变为现实。”

在成像试验中，医生更为经常地使用超声波，包括用其在孕妇妊娠期间查看婴儿图像，查找肝脏软组织肿瘤，以及最近的利用声波让细胞升温以治疗前列腺癌。

制造微型超声波芯片的想法要追溯到1994年。当时，在斯坦福大学教授Butrus Khuri–Yakub的建议下，Rothberg的公司造出了史上第一块微型超声波芯片。遗憾的是，尽管通用电气和飞利浦都对它表示出了长久的兴趣，但该芯片仍没有获得商业上的成功。这是因为他们那时还没有可靠的运作，并且量产也的确有一定难度。

“这款产品的设想由来已久，它一直在等待是否有人可以将其由想法变为现实。”加州伯克利的一家致力于利用超声波系统使电脑识别人类手势的初创公司Chirp Microsystems，其电路设计主管 Richard Przybyla如是说， “或许长久以来，它一直等待的就是一笔足够大的资金和一个够专注的团队。”

Rothberg说，他对于超声波技术的兴趣来自于他现在正在上大学的大女儿;她有结节性硬化——一种能导致癫痫发作和肾脏囊肿的疾病。 2011年，他出资赞助了在辛辛那提的一项医学试验，其内容即为是否可以通过加热高强度超声脉冲来消除肾脏肿瘤。

试验结果让Rothberg坚信，这项技术仍有广阔的改进空间。“试验用一台MRI机器查看肿瘤，并用超声波探头将其加热;机器耗资数百万美元，但速度却不是特别快，更像是一台需要8天才能印出的激光打印机，而图像的效果看起来就像我的孩子们画的蜡笔画。”Rothberg说道， “从那时起，我便立志要做出一个比这台600万美元的机器成本便宜1000倍、速度快1000倍、准确度高100倍的产品。”

Rothberg声称，Butterfly的技术有一个“秘诀”，但他并没有透露那是什么。人们推测，它可能与攻克CMUT技术目前面临的物理极限和制造问题的智能设备和电路设计有关。原因之一是因为该公司的创始人之一Nevada Sánchez，曾帮助宇宙学家设计了一个便宜得多的无线电望远镜。该设备应用的信号处理技巧即被称为“butterfly network”，也即是这家初创公司名称的由来。该公司的Greg Charvat来自麻省理工学院的林肯实验室，他曾在那里开发出了甚至可以透过厚厚的石墙看到人体内部的雷达。

Sánchez 和Charvat曾向媒体展示一个可以细致地呈现出字母和数字的硬币大小的照片。该照片是他们在今年春天使用一个原型芯片拍摄而来。 “超声波(行业)基本还停留在上世纪70年代。 通用电气和西门子也是这种旧观念的产物，“Charvat说。随着一些新的想法，如芯片制造和雷达等的问世，他说，“我们可以得到更快的图像、更宽的视野，并将分辨率从毫米级别升级到微米。”

超声波设备的工作原理是发出声音，然后捕捉回声。它也可以创建聚焦能量束，以此为契机，这个基于芯片的设备最终可能发展出能杀死肿瘤细胞的新系统。根据最新发现，神经元可以由超声波激活，故此类小型装置也可用来将信息反馈到大脑。

“当我累计有成千上万的这些图片后，我认为它们将能为唐氏综合症或唇裂患者做些什么;当人们感到时间紧迫时，事情往往变得力所不能及。”

Rothberg说，他的第一个目标将是向市场推出廉价的成像系统，以使世界上最贫穷的角落也能够用上它。他说道，该系统将在很大程度上依赖于软件，包括人工智能研究人员开发出的技术，并通过梳理大量图像和提取主要特征来进行自动诊断。

“我们希望它能像iPhone里的“全景”功能那样。”他指的是智能手机的一项拍摄功能，拍摄者平移设备，得到自动生成的合成全景图像。

Rothberg还指出，除了认知对象和帮助用户找到它们，如在胎儿检测中的胎儿身体部位，该系统也能得出基于模式调查软件的初步诊断结论。

“当我累计有成千上万的这些图片后，我认为它们将能为唐氏综合症或唇裂患者做些什么;当人们感到时间紧迫时，事情往往变得力所不能及，”Rothberg说道， “但我会让每一个技术人员都能够做到这一点。”

除Butterfly外，Rothberg的孵化器已开始投资另三家公司，每家获得了500万到2000万美元的种子资金。它们是正在开发结节性硬化症治疗方案的生物技术公司Lam Therapeutics，对研究内容高度保密的Hyperfine Research，以及另一家不愿透露名称的公司。