麻省理工學院研發便攜超聲波系統，讓乳腺癌篩查更易獲取

對于乳腺癌高風險人群而言，每年一次的乳腺鉬靶檢查可能不足以實現早期發現。為此，麻省理工學院（MIT）研究團隊開發了一套基于超聲波技術的便攜式檢測系統，可大幅提高篩查頻率，從而幫助更多患者實現更早診斷。

在最新發表的一篇論文中，研究團隊報告稱，他們顯著提升了該系統的成像分辨率，使其更易于識別潛在腫瘤、囊腫及微鈣化灶。研究人員還開發了一套用戶界面，即便沒有超聲波專業操作經驗的人也能輕松使用探頭。他們認為，該系統不僅能助力早期檢測，還可支持乳腺癌治療后的長期隨訪監測，無論是在診室還是在家中均可使用。

MIT媒體藝術與科學副教授、該研究資深作者卡南·達德維倫表示："每次掃描時，計算機界面都會引導你將設備精確放置在同一位置，這對于縱向監測某一組織區域非常重要，操作也十分直觀便捷。"

該論文的共同第一作者為MIT前博士后Md Osman Goni Nayeem，以及MIT研究生Shrihari Viswanath和Yoon Hyeokjun，論文已發表于《自然·通訊》期刊。

提升成像質量

許多人每年接受乳腺鉬靶檢查以篩查乳腺癌，但癌癥有可能在兩次年度檢查之間發展，這類癌癥被稱為"間期癌"，往往惡性程度更高，約占全部乳腺癌病例的20%至30%。

2015年，達德維倫的一位姑姑因間期乳腺癌不幸離世，這促使她致力于研發一種更有效的篩查技術——既能適用于致密型乳腺組織，又能比鉬靶更頻繁地進行檢查。她最終選擇了超聲波技術，即利用聲波生成組織圖像。超聲波常被用于乳腺鉬靶異常后的進一步檢查，但現有超聲設備體積龐大，需要專業操作人員才能使用。

今年早些時候，達德維倫的實驗室發表了一項研究，展示了一款與采集處理模塊相連的小型超聲探頭，整體大小略大于一部智能手機。該緊湊型系統只需掃描兩到三個位置，即可生成整個乳房的三維圖像。

在最新發表于《自然·通訊》的研究中，研究人員報告了多項新進展，可進一步提升成像分辨率和使用便捷性。

其中一項關鍵改進是在超聲換能器中加入了"背襯層"。該層有助于收束和聚焦超聲波，從而提高圖像分辨率與質量；同時擴大了可吸收聲波的頻率范圍，并有效降低聲學噪聲和電氣噪聲，進一步改善成像效果。Nayeem表示："加入背襯層后，設備能夠在更寬的工作頻率范圍內產生更準確、更清晰的圖像。"

為進一步提升圖像質量，研究人員還設計了一種能自適應執行"波束合成"處理的算法，用于補償聲波在不同組織（如皮膚和脂肪）中傳播速度的差異。Viswanath介紹："我們要做的是預測被成像組織的聲速特性，并據此更精準地重建圖像。僅通過應用這一技術，分辨率最高可提升10%。"

研究人員邀請了10名非超聲技術專業的志愿者使用該系統，嘗試識別嵌入"組織模體"（一種仿人體組織的凝膠材料）中的微小目標。結果顯示，與使用傳統超聲探頭相比，參與者使用新系統定位小球體的成功率明顯更高。

友好易用的操作界面

在新版系統中，研究人員還開發了一套顯示于電腦屏幕上的用戶界面，可引導用戶將探頭放置在正確位置。這對于追蹤新輔助治療等療程進展，或對纖維腺瘤、微鈣化等已知異常的長期監測，具有特別重要的意義。

在一項針對7名參與者的試驗中，研究人員發現，每次掃描時用戶均能準確將探頭放置到正確位置。Yoon表示："傳統上需要專業操作人員移動探頭，而我們開發了一套計算機視覺界面，讓用戶可以自主完成操作，非常友好，屏幕上還能實時顯示圖像。"

未來，研究人員希望開發可與手機或平板電腦搭配使用的界面，使系統更便于攜帶。他們表示，除了助力早期診斷，該系統還有望為超聲專業技術人員匱乏地區的患者提供更多篩查機會。

達德維倫及其部分學生正計劃創業，推動該技術實現商業化落地。乳腺癌診斷是他們的首要應用目標，但他們希望未來能將其拓展至更多領域。達德維倫表示："這項技術用途極為廣泛，可用于任何軟組織成像，從卵巢癌到子宮內膜異位癥進展監測，再到胎兒監護，均具有應用潛力。"

本研究獲得美國國家科學基金會、3M非終身教職教師獎、莉達·希爾慈善基金、MIT媒體實驗室聯盟及塔塔中心技術與設計獎學金的資助。

Q&A

Q1：MIT開發的便攜超聲波系統和傳統超聲波設備相比有什么優勢？

A：MIT開發的便攜超聲波系統體積僅略大于智能手機，無需專業操作人員即可使用。系統配備了自適應波束合成算法和背襯層技術，成像分辨率最高可提升10%，并配有計算機視覺引導界面，能實時顯示圖像。相比之下，傳統超聲波設備體積龐大，需要經過專業培訓的技術人員操作，使用場景受限，難以實現頻繁篩查或居家監測。

Q2：什么是間期乳腺癌，為什么它更危險？

A：間期乳腺癌是指在兩次年度乳腺鉬靶篩查之間發展起來的癌癥。由于未能在常規檢查中被及時發現，這類癌癥往往惡性程度更高、侵襲性更強，約占全部乳腺癌病例的20%至30%。正因如此，研究人員希望開發能夠更頻繁使用的篩查工具，以縮短檢查間隔，降低間期癌被漏診的風險。

Q3：MIT這套便攜超聲波系統目前是否可以購買使用？

A：目前該系統尚未商業化。研究團隊負責人卡南·達德維倫及部分學生正計劃成立公司，推動該技術走向市場。現階段研究仍處于實驗驗證階段，首要目標是乳腺癌診斷，未來還計劃拓展至卵巢癌、子宮內膜異位癥和胎兒監護等軟組織成像領域。