Med $100 miljoner ser entreprenören vägen för att störa medicinsk bildbehandling

En skanner lika stor som en iPhone som du kan hålla upp till en persons bröst och se en levande, rörlig 3D-bild av vad som finns inuti utvecklas av entreprenören Jonathan Rothberg.

Jonathan Rothberg

Rothberg säger att han har samlat in 100 miljoner dollar för att skapa en medicinsk bildapparat som är nästan lika billig som ett stetoskop och kommer att göra läkare 100 gånger så effektiv. Tekniken, som enligt patentdokument bygger på en ny sorts ultraljudschip, kan så småningom leda till nya sätt att förstöra cancerceller med värme, eller leverera information till hjärnceller.

Rothberg har en förmåga att förena halvledarteknik med problem inom biologi. Han startade och sålde två DNA-sekvenseringsföretag, 454 och Ion Torrent Systems (se The $2 Million Genome and A Semiconductor DNA Sequencer ), för mer än 500 miljoner dollar. Vinsten har gjort det möjligt för Rothberg, som dök upp för en intervju iklädd slitna chinos och ett trasigt sjömansbälte, att segla på havet på en 130 fot lång yacht med namnet Genmaskin och att ägna sig åt högkoncepthobbyer som sekvensering av DNA från matematiska genier .

Bildsystemet utvecklas av Butterfly Network , ett tre år gammalt företag som är det längst framskridna av flera satsningar som Rothberg säger kommer att komma ur 4Combinator, en inkubator han har skapat för att starta och finansiera företag som kombinerar medicinska sensorer med en gren av artificiell intelligens som kallas djupinlärning .

Rothberg kommer inte att säga exakt hur Butterflys enhet kommer att fungera, eller hur den kommer att se ut. Detaljerna kommer ut när vi står på scen och säljer den. Det är under de kommande 18 månaderna, säger han. Men Rothberg garanterar att den kommer att vara liten, kosta några hundra dollar, ansluta till en telefon och kunna göra saker som att diagnostisera bröstcancer eller visualisera ett foster.

Butterflys patentansökningar beskriver dess mål som att bygga kompakta, mångsidiga nya ultraljudsskannrar som kan skapa 3D-bilder i realtid. Håll den upp mot en persons bröst, och du skulle titta genom vad som verkar vara ett fönster in i kroppen, enligt dokumenten.

Konceptritningar som har lämnats in till patentverket av Butterfly Network visar idéer för en liten 3D-ultraljudsapparat.

Med de 100 miljoner dollar som tillhandahållits av Rothberg och investerare, som inkluderar Stanford University och Tysklands Aeris Capital, verkar Butterfly lägga den största satsningen hittills av något företag på en framväxande teknologi där ultraljudsstrålare etsas direkt på en halvledarskiva, tillsammans med kretsar och processorer. Enheterna är kända som kapacitiva mikrobearbetade ultraljudsgivare, eller CMUTs.

De flesta ultraljudsmaskiner använder små piezoelektriska kristaller eller keramik för att generera och ta emot ljudvågor. Men dessa måste noggrant kopplas ihop och sedan anslutas via kablar till en separat box för att bearbeta signalerna. Den som kan integrera ultraljudselement direkt på ett datorchip kan tillverka dem billigt i stora partier och enklare skapa den typ av arrayer som behövs för att producera 3D-bilder.

Visionen för denna produkt har funnits i många år. Det återstår att se om någon kan göra det till en marknadsvaliderad verklighet.

Ultraljud används oftare av läkare än någon annan typ av avbildningstest, inklusive för att se en bebis under graviditeten, för att hitta tumörer i mjuka vävnader som levern och på senare tid för att behandla prostatacancer genom att värma upp celler med ljudvågor.

Idén till mikrobearbetade ultraljudschips dateras till 1994, när Butrus Khuri-Yakub, en Stanford-professor som ger råd till Rothbergs företag, byggde den första. Men ingen har varit en kommersiell framgång, trots ett decennium av intresse från företag som General Electric och Philips. Detta beror på att de inte har fungerat tillförlitligt och har visat sig vara svåra att tillverka.

Visionen för denna produkt har funnits i många år. Det återstår att se om någon kan göra det till en marknadsvaliderad verklighet, säger Richard Przybyla, chef för kretsdesign på Chirp Microsystems, en startup i Berkeley, Kalifornien, som utvecklar ultraljudssystem som låter datorer känna igen mänskliga gester. Det som kanske behövdes hela tiden är en stor investering och ett dedikerat team.

Rothberg säger att han blev intresserad av ultraljudsteknik eftersom hans äldsta dotter, nu universitetsstudent, har tuberös skleros. Det är en sjukdom som gör att anfall och farliga cystor växer i njurarna. 2011 underskrev han ett försök i Cincinnati för att testa om högintensiva ultraljudspulser kunde förstöra njurtumörerna genom att värma dem.

Det han såg fick Rothberg att dra slutsatsen att det fanns utrymme för förbättringar. Installationen – en MRI-maskin för att se tumörerna och en ultraljudssond för att värma dem – kostade miljontals dollar, men var inte särskilt snabb, mer som en laserskrivare som tar åtta dagar att skriva ut och ser ut som att mina barn ritade in den krita, säger han. Jag bestämde mig för att göra en superlågkostnadsversion av denna maskin på 6 miljoner dollar, för att göra den 1 000 gånger billigare, 1 000 gånger snabbare och hundra gånger mer exakt.

Rothberg hävdar att det finns en hemlig sås till Butterflys teknologi, men han kommer inte att avslöja det. Men det kan ha lika mycket att göra med smart enhets- och kretsdesign som att övervinna de fysiska gränserna och tillverkningsproblemen som CMUT-tekniken har mött hittills.

En anledning att tro det är att företagets medgrundare, Nevada Sánchez, tidigare hjälpte kosmologer att designa ett mycket billigare radioteleskop med ett signalbehandlingsknep som kallas ett fjärilsnätverk, också ursprunget till startupens namn. Greg Charvat arbetar också med företaget, som kom till det från MIT:s Lincoln Laboratory, där han utvecklade radar som kan se människokroppar även genom tjocka stenmurar (se Seeing like Superman ).

Under ett besök på 4Combinators huvudkontor, som ligger inne i en småbåtshamn i Guilford, Connecticut, visade Charvat och Sanchez upp en bild på en slant så detaljerad att du kunde läsa bokstäverna och siffrorna på den. De tog bilden i våras med ett prototypchip. Ultraljudsindustrin är i princip tillbaka på 1970-talet. GE och Siemens bygger på gamla koncept, säger Charvat. Med chiptillverkning och några nya idéer från radar, säger han, kan vi ta bilder snabbare, med ett bredare synfält och gå från millimeter- till mikrometerupplösning.

Ultraljud fungerar genom att skjuta ut ljud och sedan fånga ekot. Det kan också skapa strålar av fokuserad energi - och chipbaserade enheter kan så småningom leda till nya system för att döda tumörceller. Små enheter kan också användas som ett sätt att mata information till hjärnan (det upptäcktes nyligen att neuroner kan aktiveras med ultraljudsvågor).

Jag tror att det kommer att bli bättre än en människa att säga 'Har den här ungen Downs syndrom eller en läppspalt?' Och när människor är tidspressade blir det övermänskligt.

Rothberg säger att hans första mål kommer att vara att marknadsföra ett bildsystem som är tillräckligt billigt för att användas även i världens fattigaste hörn. Han säger att systemet kommer att vara starkt beroende av mjukvara, inklusive tekniker utvecklade av artificiell intelligens forskare, för att kamma igenom banker av bilder och extrahera nyckelfunktioner som kommer att automatisera diagnoser.

Vi vill att det ska fungera som 'panorama' på en iPhone, säger han och syftar på en smartphone-funktion som styr en bildtagare att panorera över en vy och automatiskt sätter ihop en sammansatt bild. Men förutom att känna igen objekt – kroppsdelar i fallet med en fosterundersökning – och hjälpa användaren att lokalisera dem, säger Rothberg att systemet också kommer att nå preliminära diagnostiska slutsatser baserade på mjukvara för att hitta mönster.

När jag har tusentals av dessa bilder tror jag att det kommer att bli bättre än en människa att säga ’Har den här ungen Downs syndrom, eller en läppspalt?’ Och när folk är tidspressade blir det övermänskligt, säger Rothberg. Jag kommer att göra en tekniker kapabel att utföra detta arbete.

Rothberg säger att hans inkubator har startat tre andra företag utöver Butterfly, och han har gett vart och ett av dem mellan 5 miljoner och 20 miljoner dollar i startkapital. De inkluderar ett bioteknikföretag, Lam Therapeutics , arbetar med behandlingar kopplade till tuberös skleros; hyperfin forskning, en start i stealth-läge som inte har sagt vilken typ av teknik den utvecklar; och ett annat företag som är namnlöst.

Dölj