Mit 100 Millionen US-Dollar sieht ein Unternehmer den Weg, die medizinische Bildgebung zu revolutionieren

Ein Scanner in der Größe eines iPhones, den Sie an die Brust einer Person halten und ein lebendiges, bewegendes 3D-Bild dessen sehen können, was sich darin befindet, wird vom Unternehmer Jonathan Rothberg entwickelt.

Jonathan Rothberg

Rothberg sagt, er habe 100 Millionen Dollar gesammelt, um ein medizinisches Bildgebungsgerät zu entwickeln, das fast so billig wie ein Stethoskop ist und Ärzte 100-mal effektiver machen wird. Die Technologie, die Patentdokumenten zufolge auf einem neuartigen Ultraschallchip basiert, könnte schließlich zu neuen Wegen führen, Krebszellen durch Hitze zu zerstören oder Informationen an Gehirnzellen zu liefern.

Rothberg hat ein Händchen dafür, Halbleitertechnologie mit Problemen der Biologie zu verbinden. Er gründete und verkaufte zwei DNA-Sequenzierungsunternehmen, 454 und Ion Torrent Systems (siehe The $2 Million Genome and A Semiconductor DNA Sequencer), für mehr als 500 Millionen Dollar. Die Gewinne haben es Rothberg, der in abgenutzten Chinos und einem zerfetzten Matrosengürtel zu einem Interview erschien, ermöglicht, auf einer 130-Fuß-Yacht mit dem Namen den Ozean zu befahren Genmaschine und High-Concept-Hobbys wie zu frönen Sequenzierung der DNA mathematischer Genies .

Das Bildgebungssystem wird von entwickelt Schmetterlingsnetzwerk , ein drei Jahre altes Unternehmen, das das am weitesten fortgeschrittene von mehreren Unternehmungen ist, von denen Rothberg sagt, dass sie aus 4Combinator hervorgehen werden, einem Inkubator, den er geschaffen hat, um Unternehmen zu gründen und zu finanzieren, die medizinische Sensoren mit einem Zweig der künstlichen Intelligenz namens Deep Learning kombinieren .

Rothberg wird nicht genau sagen, wie das Gerät von Butterfly funktionieren oder wie es aussehen wird. Die Details werden bekannt gegeben, wenn wir auf der Verkaufsbühne sind. Das ist in den nächsten 18 Monaten, sagt er. Aber Rothberg garantiert, dass es klein sein wird, ein paar hundert Dollar kosten wird, mit einem Telefon verbunden sein wird und in der Lage sein wird, Dinge wie die Diagnose von Brustkrebs oder die Visualisierung eines Fötus zu tun.

In den Patentanmeldungen von Butterfly wird das Ziel beschrieben, kompakte, vielseitige neue Ultraschallscanner zu bauen, die 3-D-Bilder in Echtzeit erstellen können. Halten Sie es an die Brust einer Person, und Sie würden laut den Dokumenten durch ein Fenster in den Körper schauen.

Konzeptzeichnungen, die von Butterfly Network beim Patentamt eingereicht wurden, zeigen Ideen für ein kleines 3-D-Ultraschallbildgerät.

Mit den von Rothberg und Investoren, zu denen die Stanford University und Deutschlands Aeris Capital gehören, bereitgestellten 100 Millionen US-Dollar scheint Butterfly die bisher größte Wette aller Unternehmen auf eine aufkommende Technologie zu platzieren, bei der Ultraschallsender neben Schaltkreisen direkt auf einen Halbleiterwafer geätzt werden Prozessoren. Die Geräte sind als kapazitive mikrobearbeitete Ultraschallwandler oder CMUTs bekannt.

Die meisten Ultraschallgeräte verwenden kleine piezoelektrische Kristalle oder Keramiken, um Schallwellen zu erzeugen und zu empfangen. Diese müssen jedoch sorgfältig miteinander verdrahtet und dann über Kabel an eine separate Box angeschlossen werden, um die Signale zu verarbeiten. Wer Ultraschallelemente direkt in einen Computerchip integrieren kann, könnte sie kostengünstig in großen Stückzahlen herstellen und einfacher die Art von Arrays erstellen, die zur Erzeugung von 3D-Bildern benötigt werden.

Die Vision für dieses Produkt gibt es schon seit vielen Jahren. Es bleibt abzuwarten, ob jemand es in eine marktvalidierte Realität schaffen kann.

Ultraschall wird von Ärzten häufiger eingesetzt als jede andere Art von bildgebendem Verfahren, unter anderem um ein Baby während der Schwangerschaft zu untersuchen, um Tumore in Weichteilen wie der Leber zu finden, und in jüngerer Zeit zur Behandlung von Prostatakrebs durch Erhitzen von Zellen mit Schallwellen.

Die Idee für mikrobearbeitete Ultraschallchips stammt aus dem Jahr 1994, als Butrus Khuri-Yakub, ein Stanford-Professor, der Rothbergs Unternehmen berät, den ersten baute. Aber keiner war ein kommerzieller Erfolg, trotz eines Jahrzehnts des Interesses von Unternehmen wie General Electric und Philips. Dies liegt daran, dass sie nicht zuverlässig funktionierten und sich als schwierig in der Herstellung erwiesen haben.

Die Vision für dieses Produkt gibt es schon seit vielen Jahren. Es bleibt abzuwarten, ob jemand es in eine marktvalidierte Realität schaffen kann, sagt Richard Przybyla, Leiter des Schaltungsdesigns bei Chirp Microsystems, einem Startup in Berkeley, Kalifornien, das Ultraschallsysteme entwickelt, mit denen Computer menschliche Gesten erkennen können. Was vielleicht die ganze Zeit über benötigt wurde, war eine große Investition und ein engagiertes Team.

Rothberg sagt, er habe sich für die Ultraschalltechnologie interessiert, weil seine älteste Tochter, die jetzt eine College-Studentin ist, an tuberkulöser Sklerose leidet. Es ist eine Krankheit, die Anfälle und gefährliche Zysten verursacht, die in den Nieren wachsen. 2011 unterschrieb er in Cincinnati einen Versuch, zu testen, ob hochintensive Ultraschallimpulse die Nierentumore durch Erhitzen zerstören könnten.

Was er sah, führte Rothberg zu dem Schluss, dass es Raum für Verbesserungen gab. Das Setup – ein MRT-Gerät, um die Tumore zu sehen, und eine Ultraschallsonde, um sie zu erhitzen – kostete Millionen von Dollar, war aber nicht besonders schnell, eher wie ein Laserdrucker, der acht Tage zum Drucken braucht und aussieht, als hätten meine Kinder ihn gezeichnet Kreide, sagt er. Ich wollte eine supergünstige Version dieser 6-Millionen-Dollar-Maschine bauen, um sie 1.000-mal billiger, 1.000-mal schneller und hundertmal präziser zu machen.

Rothberg behauptet, dass die Technologie von Butterfly eine geheime Zutat hat, aber er wird sie nicht verraten. Aber es kann genauso viel mit cleverem Geräte- und Schaltungsdesign zu tun haben wie mit der Überwindung der physikalischen Grenzen und Herstellungsprobleme, mit denen die CMUT-Technologie bisher konfrontiert war.

Ein Grund dafür ist, dass der Mitbegründer des Unternehmens, Nevada Sánchez, zuvor Kosmologen dabei geholfen hat, ein viel billigeres Radioteleskop mit einem Signalverarbeitungstrick namens Schmetterlingsnetzwerk zu entwerfen, der auch der Ursprung des Namens des Startups ist. Ebenfalls für das Unternehmen arbeitet Greg Charvat, der vom Lincoln Laboratory des MIT zu ihm kam, wo er das Radar entwickelte menschliche Körper sehen kann sogar durch dicke Steinmauern (siehe Seeing like Superman).

Während eines Besuchs im Hauptquartier von 4Combinator, das sich in einem Jachthafen in Guilford, Connecticut, befindet, zeigten Charvat und Sanchez ein Bild eines Pennys, das so detailliert war, dass man die Buchstaben und Zahlen darauf lesen konnte. Sie hatten das Bild in diesem Frühjahr mit einem Prototyp-Chip aufgenommen. Die Ultraschallindustrie ist im Grunde zurück in den 1970er Jahren. GE und Siemens bauen auf alten Konzepten auf, sagt Charvat. Mit der Chipherstellung und ein paar neuen Radar-Ideen, sagt er, können wir schneller Bilder mit einem breiteren Sichtfeld erstellen und von einer Millimeter- zu einer Mikrometer-Auflösung übergehen.

Ultraschall funktioniert, indem er Schall herausschießt und dann das Echo einfängt. Es kann auch Strahlen fokussierter Energie erzeugen – und chipbasierte Geräte könnten schließlich zu neuen Systemen zum Abtöten von Tumorzellen führen. Kleine Geräte könnten auch verwendet werden, um das Gehirn mit Informationen zu versorgen (vor kurzem wurde entdeckt, dass Neuronen mit Ultraschallwellen aktiviert werden können).

Ich denke, es wird besser sein als ein Mensch zu sagen: „Hat dieses Kind das Down-Syndrom oder eine Lippenspalte?“ Und wenn die Leute unter Zeitdruck stehen, wird es übermenschlich sein.

Rothberg sagt, sein erstes Ziel sei es, ein Bildgebungssystem auf den Markt zu bringen, das billig genug ist, um selbst in den ärmsten Ecken der Welt eingesetzt zu werden. Er sagt, dass das System stark von Software abhängen wird, einschließlich Techniken, die von Forschern der künstlichen Intelligenz entwickelt wurden, um Bildbänke zu durchsuchen und Schlüsselmerkmale zu extrahieren, die Diagnosen automatisieren.

Wir möchten, dass es wie „Panorama“ auf einem iPhone funktioniert, sagt er und bezieht sich auf eine Smartphone-Funktion, die einen Fotografen anleitet, über eine Aussicht zu schwenken, und automatisch ein zusammengesetztes Bild zusammensetzt. Aber neben der Erkennung von Objekten – Körperteilen im Falle einer fetalen Untersuchung – und der Unterstützung des Benutzers bei der Lokalisierung würde das System laut Rothberg auch vorläufige diagnostische Schlussfolgerungen auf der Grundlage einer Musterfindungssoftware ziehen.

Wenn ich Tausende dieser Bilder habe, denke ich, dass es besser als ein Mensch sein wird zu sagen: „Hat dieses Kind das Down-Syndrom oder eine Lippenspalte?“ Und wenn die Leute unter Zeitdruck stehen, wird es übermenschlich sein, sagt Rothberg. Ich werde einen Techniker befähigen, diese Arbeit zu erledigen.

Rothberg sagt, sein Inkubator habe neben Butterfly drei weitere Unternehmen gegründet, und er habe jedem von ihnen zwischen 5 und 20 Millionen US-Dollar an Startkapital gegeben. Dazu gehören ein Biotechnologieunternehmen, Lam-Therapeutika , arbeitet an Behandlungen im Zusammenhang mit tuberkulöser Sklerose; Hyperfeinforschung, ein Startup im Stealth-Modus, das nicht gesagt hat, welche Art von Technologie es entwickelt; und ein anderes Unternehmen, das unbenannt ist.

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