麻省理工学院研发便携超声波系统，让乳腺癌筛查更易获取

对于乳腺癌高风险人群而言，每年一次的乳腺钼靶检查可能不足以实现早期发现。为此，麻省理工学院（MIT）研究团队开发了一套基于超声波技术的便携式检测系统，可大幅提高筛查频率，从而帮助更多患者实现更早诊断。

在最新发表的一篇论文中，研究团队报告称，他们显著提升了该系统的成像分辨率，使其更易于识别潜在肿瘤、囊肿及微钙化灶。研究人员还开发了一套用户界面，即便没有超声波专业操作经验的人也能轻松使用探头。他们认为，该系统不仅能助力早期检测，还可支持乳腺癌治疗后的长期随访监测，无论是在诊室还是在家中均可使用。

MIT媒体艺术与科学副教授、该研究资深作者卡南·达德维伦表示："每次扫描时，计算机界面都会引导你将设备精确放置在同一位置，这对于纵向监测某一组织区域非常重要，操作也十分直观便捷。"

该论文的共同第一作者为MIT前博士后Md Osman Goni Nayeem，以及MIT研究生Shrihari Viswanath和Yoon Hyeokjun，论文已发表于《自然·通讯》期刊。

提升成像质量

许多人每年接受乳腺钼靶检查以筛查乳腺癌，但癌症有可能在两次年度检查之间发展，这类癌症被称为"间期癌"，往往恶性程度更高，约占全部乳腺癌病例的20%至30%。

2015年，达德维伦的一位姑姑因间期乳腺癌不幸离世，这促使她致力于研发一种更有效的筛查技术——既能适用于致密型乳腺组织，又能比钼靶更频繁地进行检查。她最终选择了超声波技术，即利用声波生成组织图像。超声波常被用于乳腺钼靶异常后的进一步检查，但现有超声设备体积庞大，需要专业操作人员才能使用。

今年早些时候，达德维伦的实验室发表了一项研究，展示了一款与采集处理模块相连的小型超声探头，整体大小略大于一部智能手机。该紧凑型系统只需扫描两到三个位置，即可生成整个乳房的三维图像。

在最新发表于《自然·通讯》的研究中，研究人员报告了多项新进展，可进一步提升成像分辨率和使用便捷性。

其中一项关键改进是在超声换能器中加入了"背衬层"。该层有助于收束和聚焦超声波，从而提高图像分辨率与质量；同时扩大了可吸收声波的频率范围，并有效降低声学噪声和电气噪声，进一步改善成像效果。Nayeem表示："加入背衬层后，设备能够在更宽的工作频率范围内产生更准确、更清晰的图像。"

为进一步提升图像质量，研究人员还设计了一种能自适应执行"波束合成"处理的算法，用于补偿声波在不同组织（如皮肤和脂肪）中传播速度的差异。Viswanath介绍："我们要做的是预测被成像组织的声速特性，并据此更精准地重建图像。仅通过应用这一技术，分辨率最高可提升10%。"

研究人员邀请了10名非超声技术专业的志愿者使用该系统，尝试识别嵌入"组织模体"（一种仿人体组织的凝胶材料）中的微小目标。结果显示，与使用传统超声探头相比，参与者使用新系统定位小球体的成功率明显更高。

友好易用的操作界面

在新版系统中，研究人员还开发了一套显示于电脑屏幕上的用户界面，可引导用户将探头放置在正确位置。这对于追踪新辅助治疗等疗程进展，或对纤维腺瘤、微钙化等已知异常的长期监测，具有特别重要的意义。

在一项针对7名参与者的试验中，研究人员发现，每次扫描时用户均能准确将探头放置到正确位置。Yoon表示："传统上需要专业操作人员移动探头，而我们开发了一套计算机视觉界面，让用户可以自主完成操作，非常友好，屏幕上还能实时显示图像。"

未来，研究人员希望开发可与手机或平板电脑搭配使用的界面，使系统更便于携带。他们表示，除了助力早期诊断，该系统还有望为超声专业技术人员匮乏地区的患者提供更多筛查机会。

达德维伦及其部分学生正计划创业，推动该技术实现商业化落地。乳腺癌诊断是他们的首要应用目标，但他们希望未来能将其拓展至更多领域。达德维伦表示："这项技术用途极为广泛，可用于任何软组织成像，从卵巢癌到子宫内膜异位症进展监测，再到胎儿监护，均具有应用潜力。"

本研究获得美国国家科学基金会、3M非终身教职教师奖、莉达·希尔慈善基金、MIT媒体实验室联盟及塔塔中心技术与设计奖学金的资助。

Q&A

Q1：MIT开发的便携超声波系统和传统超声波设备相比有什么优势？

A：MIT开发的便携超声波系统体积仅略大于智能手机，无需专业操作人员即可使用。系统配备了自适应波束合成算法和背衬层技术，成像分辨率最高可提升10%，并配有计算机视觉引导界面，能实时显示图像。相比之下，传统超声波设备体积庞大，需要经过专业培训的技术人员操作，使用场景受限，难以实现频繁筛查或居家监测。

Q2：什么是间期乳腺癌，为什么它更危险？

A：间期乳腺癌是指在两次年度乳腺钼靶筛查之间发展起来的癌症。由于未能在常规检查中被及时发现，这类癌症往往恶性程度更高、侵袭性更强，约占全部乳腺癌病例的20%至30%。正因如此，研究人员希望开发能够更频繁使用的筛查工具，以缩短检查间隔，降低间期癌被漏诊的风险。

Q3：MIT这套便携超声波系统目前是否可以购买使用？

A：目前该系统尚未商业化。研究团队负责人卡南·达德维伦及部分学生正计划成立公司，推动该技术走向市场。现阶段研究仍处于实验验证阶段，首要目标是乳腺癌诊断，未来还计划拓展至卵巢癌、子宫内膜异位症和胎儿监护等软组织成像领域。