Представьте ситуацию, когда вы сможете наблюдать, что происходит в вашем организме в режиме реального времени. Или ощутить радость будущего отцовства с помощью экрана вашего телефона и лэптопа, не выходя из дома. 100 миллионов долларов американского предпринимателя Джонатана Ротберга могут изменить все известные методы медицинской визуализации. В его команде заняты разработчики космических радиотелескопов и системы распознавания тела сквозь стены. Ожидается, что их детище будет ставить диагнозы лучше человека, основываясь на принципе создания панорамных фотографий. Как Ротберг собирается это сделать и почему, — в недавнем материале Technology Review, мимо которого мы не могли пройти.

Джонатан Ротберг

американский ученый и предприниматель. Основатель компаний по секвенированию ДНК, а также инкубатора 4Combinator, открытого для создания и финансирования компаний, которые сочетают научные разработки в медицине и изобретение искусственного интеллекта. В их числе — Lam Therapeutics, которая занимается биотехнологиями и лечением туберозного склероза. Увлечен поиском генетических предпосылок математической гениальности.

Самая дорогая технология в истории

Разработкой системы медицинской визуализации занимается компания Butterfly Network — наиболее прогрессивное начинание Ротберга из всех его стартапов, вышедших из инкубатора 4Combinator. С учетом ста миллионов самого Ротберга и денег инвесторов, в число которых входит университет Стенфорда и немецкая компания Aeris Capital, это самая крупная сделка, связанная с подобными технологиями, за всю историю. При этом сам прибор, который сможет увеличить эффективность медицинского лечения в сотни раз, будет стоить как обычный стетоскоп (в среднем 6–9 тысяч рублей. — Прим.ред.).

Принцип работы ультразвука — издавать звук, а затем ловить его эхо. Он также может создавать лучи сфокусированной энергии. Ультразвук применяется во врачебной практике чаще, чем любой другой тип медицинской визуализации, в том числе при осмотре во время беременности, диагностике опухолей мягких тканей, например, печени.

Речь идет об ультразвуковом сканере размером с iPhone, с помощью которого можно получить яркое и четкое 3D-изображение организма, просто поднеся его к груди человека. В патентной документации сказано, что технология заключается в специальном виде ультразвукового чипа. Он даст новые способы лечения рака путем нагревания, создавая лучи сфокусированной энергии, или позволит передавать информацию прямо в клетки головного мозга (недавно ученые обнаружили, что нейроны можно активировать с помощью ультразвуковых волн).

Окно в организм

Ротберг не рассказывает, как именно будет работать устройство Butterfly и как оно будет выглядеть. «Подробности последуют, когда мы начнем его продавать, то есть в ближайшие полтора года», — говорит он. Однако уже известно, что устройство будет маленьким и недорогим (несколько сотен долларов), с функцией подключения к телефону и способностью диагностировать рак груди или показывать беременность. В приложениях к патентной документации Butterfly описан как компактный универсальный ультразвуковой сканер, который может строить 3D-изображения в режиме реального времени. Судя по документам, достаточно будет поднести его к груди человека, и вам откроется «окно в его внутренний мир», то есть в организм.

Такие устройства известны как емкостные ультразвуковые микропреобразователи (CMUT): в них ультразвуковые генераторы внедряются непосредственно в полупроводниковую пластину вместе с микросхемами и процессорами. Большинство УЗИ-устройств используют маленькие пьезоэлектрические кристаллы или керамику, чтобы генерировать и принимать звуковые волны. Это сложно, так как их нужно очень аккуратно сначала соединить между собой, а затем прикрутить к отдельной коробочке с помощью кабелей, чтобы обрабатывать сигналы. Если же интегрировать ультразвуковые элементы непосредственно в компьютерный чип, это создаст необходимую матрицу для построения 3D-изображений, существенно снизит их стоимость и позволит увеличить размеры самого производства.

Космические технологии в помощь медицине

Ротберг заинтересовался ультразвуковыми технологиями, потому что его старшая дочь, ныне студентка колледжа, страдает от туберозного склероза. При этом заболевании человека мучают припадки, а в почках образуются доброкачественные, но опасные опухоли. В 2011 году в Цинциннати он попробовал протестировать, можно ли с помощью интенсивных ультразвуковых импульсов нагреть клетки и вылечить опухоль в почках. Результат убедил Ротберга, что это направление нужно развивать. Установка, в которую входит томограф, который показывает опухоли, и ультразвуковой зонд, который нагревает их, стоит миллионы долларов, но при этом работает очень медленно. Ротберг сравнивает ее с лазерным принтером, который печатает 8 дней, а изображение в итоге выглядит, как детский рисунок. «Я задался целью создать супербюджетную версию этой шестимиллионной машины, сделать ее в тысячу раз дешевле, быстрее и точнее», — говорит он.

У технологии Butterfly есть свой секрет, который Ротберг не хочет раскрывать. Этот секрет может быть связан с умными устройствами и способом проектирования микросхем, а не только с решением производственных проблем, с которыми до этого сталкивались технологии CMUT. Думать так позволяет то, что сооснователь Butterfly Невада Санчез до этого помогал космологам конструировать более бюджетный радиотелескоп с технологией обработки сигналов, которая называлась butterfly network («сеть бабочки» — англ.), что могло стать прототипом названия стартапа. В компании также работает Грег Чарват, который раньше работал в лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института. Там он занимался разработкой датчика, способного распознавать человеческое тело даже через толстые каменные стены.

Во время посещения штаб-квартиры 4Combinator в порту Гилфорда штата Коннектикут Чарват и Санчез продемонстрировали изображение монеты, полученное с помощью прототипа чипа этой весной. Оно было такое точное, что можно было прочитать буквы и цифры. Чарват считает, что технология чипа и датчика из лаборатории Линкольна позволят быстрее создавать изображения с большим спектром обзора и обеспечат переход от миллиметрового к микрометровому разрешению.

Диагностика по методу панорамных фотографий

По словам Ротберга, его первая цель — выпустить систему визуализации на рынок по такой низкой цене, чтобы она была доступна даже в самых бедных уголках мира. Он говорит, что система во многом будет зависеть от программного обеспечения, в том числе от разработок искусственного интеллекта. Система будет сканировать существующий банк изображений и по основным признакам автоматически ставить диагноз.

В основе работы лежит принцип панорамы в iPhone — автоматического создания изображения из множества отдельных фотографий, которые захватывает объектив при медленном перемещении смартфона. Но помимо распознавания объектов (например, частей человеческого тела в случае обследования беременных) и определения их местоположения, система сможет также поставить предварительный диагноз благодаря программе поиска изображений.

«Думаю, что, когда наберутся тысячи таких изображений, аппарат будет ставить диагноз лучше, чем человек, и сможет определить, есть ли у малыша синдром Дауна или заячья губа. В условиях ограниченного времени — это сверхчеловеческие способности, и я найду инженера, который сможет сделать такую работу», — обещает Ротберг.

«Идея этого продукта витает в воздухе уже много лет. Остается посмотреть, сможет ли кто-нибудь вывести его на рынок», — говорит Ричард Прзыбыла, руководитель проектирования интегральных микросхем в компании Chirp Microsystems. Этот стартап базируется в Беркли и занимается разработкой ультразвуковых систем, которые позволяют компьютерам распознавать человеческие жесты. «Возможно, все, что для этого нужно, — это большие инвестиции и целеустремленная команда».