对于乳腺癌高风险人群，每年一次的乳腺X光检查可能不足以早期发现肿瘤。为了更容易实现早期诊断，麻省理工学院（MIT）的一个研究团队开发了基于超声波的便携式检测器，可以更频繁地使用。
在一篇新论文中，该团队报告称，他们提高了系统生成图像的分辨率，使潜在肿瘤、囊肿和微钙化灶更容易被发现。研究人员还创建了一个用户界面，使超声探头的使用变得简单，即使是没有超声技术专业知识的人也能轻松操作。
研究人员认为，该系统不仅可以实现早期检测，还可以在乳腺癌治疗后进行长期监测——无论是在医生办公室还是在家中。
"在每次检查时，计算机界面会引导你将设备精确定位在相同的位置，这对于特定组织的纵向监测非常重要。这个系统非常直观，使用起来相当简单。"麻省理工学院媒体艺术与科学副教授、该研究的资深作者卡南·达格德文（Canan Dagdeviren）表示。
麻省理工学院前博士后Md Osman Goni Nayeem以及麻省理工学院研究生Shrihari Viswanath和Hyeokjun Yoon是这篇发表在《自然通讯》（Nature Communications）上的论文的主要作者。
更高品质的成像
虽然许多人每年接受乳腺X光检查来筛查乳腺癌，但在这些年度筛查之间仍可能发生癌症。这类癌症被称为"间隔癌"，往往更具侵袭性，占所有乳腺癌病例的20%至30%。
2015年，达格德文失去了一位因间隔乳腺癌去世的姑姑，这促使她开发一种对致密乳腺组织女性更有效的筛查技术，并且可以比乳腺X光检查更频繁地进行。她选择了超声波技术，该技术利用声波创建组织图像。超声波常用于异常乳腺X光检查后的跟进，但目前的超声技术需要大型设备和经过培训的操作员。
今年早些时候，达格德文的实验室发表了一项研究，展示了一种小型超声探头，该探头连接到一个略大于智能手机的采集和处理模块。这个紧凑型系统只需扫描两到三个位置，就能创建整个乳房的3D图像。
在这项新的《自然通讯》研究中，研究人员报告了几项改进，使成像分辨率更高，使用更加便捷。
一项关键改进是在超声换能器上增加了"背衬层"。这一层有助于包含和聚焦超声波，提高所生成图像的分辨率和质量。它还增加了可吸收声波频率的范围，并减少了声学噪声和电噪声，进一步提升了图像质量。
Nayeem表示："有了背衬层，该设备能产生更准确、更清晰的图像，并具有更宽的频率工作范围。"
为了进一步提高图像质量，研究人员设计了一种自适应执行称为"波束成形"（beamforming）过程的算法。该算法允许系统补偿声波通过不同类型组织（如皮肤和脂肪）时速度的差异。
Viswanath表示："我们试图预测你正在成像的组织的声速特性，然后利用这些特性更准确地重建图像。仅通过应用这种技术，我们就看到了分辨率提高了多达10%。"
研究人员邀请了10名非超声技术专家的志愿者使用该系统，尝试识别嵌入"组织模拟物"（一种模拟人体组织的凝胶状材料）中的微小目标。当使用新系统时，参与者定位球体的成功率明显高于使用传统超声探头时。
用户友好的系统
对于这个系统的新版本，研究人员还创建了一个显示在计算机屏幕上的用户界面，指导用户将探头放置在正确的位置。这对于跟踪新辅助治疗的进展，或对已知异常（如纤维腺瘤或微钙化灶）进行长期监测尤为重要。
在对七人的试验中，研究人员发现用户每次扫描时都能准确地将探头放置在正确位置。
Yoon表示："传统上，你需要操作员在乳房周围移动探头，但我们创建了一个计算机视觉界面，让用户可以自己操作。这个系统非常用户友好，可以在屏幕上显示实时图像。"
对于该技术的未来版本，研究人员希望创建一个可以与手机或平板电脑一起使用的界面，使系统更容易携带。研究人员表示，除了实现早期诊断外，这种系统还可以使超声技术更容易被那些没有足够训练有素的超声技师的地区的患者使用。
达格德文和她的部分学生现在希望成立一家公司，致力于将该技术商业化。虽然乳腺癌诊断是他们的首要目标应用，但他们希望将其扩展到更多领域。
达格德文表示："该技术非常通用，可用于任何软组织成像，从卵巢癌到测量子宫内膜异位症的进展，再到胎儿监测。"
该研究由美国国家科学基金会、3M非终身教职教师奖、Lyda Hill基金会、麻省理工学院媒体实验室联盟和塔塔中心技术与设计奖学金资助。
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