Rivoluzione nell’imaging medicale con ultrasuoni e intelligenza artificiale

iQ è uno strumento palmare che abbina ultrasuoni a intelligenza artificiale e che ha la capacità di rivoluzionare l'imaging medicale negli ospedali e nelle cliniche, diventando un prodotto di consumo ubiquitario come il termometro.

Lo produce la Butterfly Network di Jonathan Rothberg, che ha ricevuto l'autorizzazione all'utiilizzo da parte della della FDA per 13 applicazioni cliniche, tra cui scansioni cardiache, esami fetali e ostetrici e controlli muscoloscheletrici.

Anziché utilizzare un hardware dedicato per i comandi e la visualizzazione delle immagini, iQ funziona con l'iPhone dell'utente.

L'azienda inizierà la spedizione delle prime unità del prodotto nel corso dell'anno a un prezzo iniziale di circa 2.000 dollari.

Butterfly Network, ha rivelato Rothberg alla stampa americana, punta ad abbassare il prezzo del dispositivo portatile, e sta già guardando ad altri prodotti radicalmente nuovi, come un cerotto che utilizza gli ultrasuoni per monitorare i pazienti, e una pillola che inghiottita consente di guardare il cancro dall'interno del corpo.

Ultrasuoni on a chip

Tutti questi form factor sono possibili perché Butterfly utilizza una tecnologia molto diversa rispetto agli ultrasuoni convenzionali.

Il suo metodo di "ultrasuoni on a chip" sfrutta le tecniche di fabbricazione di massa messe a punto per i chip dei computer. Come dice Rothberg, sono stai messi tutti gli elementi su un wafer per semiconduttori, da cui si segmentano 48 macchine a ultrasuoni a basso costo.

Gli attuali sistemi a ultrasuoni utilizzano cristalli piezoelettrici che convertono l'energia elettrica in vibrazioni sotto forma di onde ultrasoniche. Un sistema tipico è dotato di uno schermo su un carrello con diverse bacchette per l'imaging a diverse profondità all'interno del corpo.

Queste sono macchine possono costare fino a 100mila euro. Sebbene esistano alcuni dispositivi più piccoli e meno costosi, come i Vscan portatili di GE, utilizzano ancora la tecnologia piezoelettrica e richiedono sonde multiple, portando il prezzo fra 8 e 20mila euro.

Come è stato sviluppato iQ

Lo sviluppo della tecnologia di iQ è avvenuto in due fasi.

In primo luogo, gli ingegneri di Butterfly Network hanno sostituito i dispositivi piezoelettrici con una micromacchina che agisce come un piccolo tamburo per generare vibrazioni. All'interno di questo trasduttore capacitivo microlavorato a ultrasuoni, una tensione applicata muove una membrana per inviare onde ultrasoniche nel corpo.

Le onde che rimbalzano dai vari tessuti corporei muovono la membrana e vengono registrate come un segnale elettrico che crea l'immagine.

Butterfly Network ha basato la sua tecnologia sulla ricerca del professor Pierre Khuri-Yakub di Stanford, che fa parte del comitato di consulenza scientifica di Butterfly.

Rothberg spiega che i tipici sistemi a ultrasuoni richiedono sonde separate per diverse applicazioni cliniche perché i cristalli devono essere sintonizzati al momento della produzione per produrre il giusto tipo di onda a ultrasuoni per l'imaging a una profondità particolare.

Ma il Butterfly iQ può essere sintonizzato al volo a 1 come a 5 megaHertz a seconda della profondità.

La seconda innovazione è stata quella di eliminare il cablaggio che collega una tipica sonda piezoelettrica ai comandi e ai display elettronici.

Le micromacchine di Butterfly Network sono collegate direttamente ad uno strato di semiconduttore che contiene tutti gli amplificatori necessari, processori di segnale, e così via.

Integrazione dell'intelligenza artificiale

Oltre al prezzo e alla portabilità, l'altro grande punto di forza della Butterfly iQ è l'integrazione dell'intelligenza artificiale per l'acquisizione e l'analisi delle immagini.

Gli ingegneri di Butterfly Network hanno addestrato il software su vasti set di dati di immagini ad ultrasuoni, insegnandogli la differenza tra un'immagine di qualità elevata e scarsa per parti del corpo come il cuore.

Quando l'utente porta la sonda sul petto del paziente per un esame cardiaco, il display dell'iPhone aiuta a trovare il punto giusto. Fa anche alcune semplici analisi dell'immagine risultante ad ultrasuoni.

La componente di Intelligena artificiale è ciò che rende l'iQ un potenziale game changer per l'assistenza sanitaria sia nei paesi in via di sviluppo sia in quelli cosiddetti benestanti.

Butterfly Network prevede che lo strumento possa essere utilizzato anche nelle cliniche dove lo staff non ha esperienza di ultrasuoni: con il sistema di guida di iQ, tuttavia, potrebbe acquisire un'immagine adeguata e inviarla a un esperto o utilizzare la guida del sistema per capire il passo successivo.

Autodiagnosi sul campo

Negli Stati Uniti e in altre parti del mondo ricche lo strumento potrebbe responsabilizzare i consumatori, alleviare l'ansia e ridurre i costi sanitari eliminando molte visite mediche. Ad esempio, se un bambino e si lamenta di un dolore al braccio, i genitori potrebbero fare un ultrasuono veloce per controllare, anche inviando quell'immagine al loro pediatra, piuttosto che recarsi immediatamente in un pronto soccorso.

La FDA non ha ancora approvato lo strumento per l'uso domestico, ma il percorso per tè ben avviato. Per Butterfly Network è destinato a ripercorrere la strada dei termometri, dei bracciali per la misurazione della pressione sanguigna e dei defibrillatori, che un tempo erano solo negli ospedali, e ora sono diffusi.

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