掌上超声在医学健康领域的应用与发展
2018-12-05
摘要:随着微电子技术的迅速发展,掌上超声仪应运而生，其在医学健康领域应用前景广阔。本文将从掌上超声的”过去”、”现在”以及”未来”的发展愿景来论述掌上超声如何在”临床可视化”、”分级诊疗”乃至”健康中国”中的地位和作用。
1,回顾
1.1国外代表性产品:
上世纪90年代初，美国率先展开手持超声仪的研制。位于华盛顿州西雅图的索诺声（SonoSite）公司，它的前身即著名的美国专业超声厂家ATL公司手提彩超事业部。1994 年，ATL进行手提彩超研发计划，提出运用高科技将传统超声需要的15至20块电路板整合为3块晶片。这样既保持了原有功能和品质，又明显减小了体积和重量，使超声设备小巧、稳定，能更广泛地使用。1996年，ATL获美国国防部(DARPA)专项拨款6.3亿美金，打造军用手执彩超仪。1998年4月，ATL将手提彩超事业部分离出来成立SonoSit e公司。1999年9月，全球第一台手提彩超SonoSite 180上市。它体积较小，配备宽频心腹两用探头、具备彩色能量多普勒功能，深受临床医生青睐。2004年开发出手提彩超Titan, 应用更加广泛，图像更加清晰。2005年公司成功研发出新一代手提彩超MicroMaxx，可配十几种探头，功能更全面更强大，并获得Frost&Sullivan年度医学影像最快进步奖。2007年10月推出M-Turbo重量不到8磅，系统在处理性能上的有了大幅度的提升。S系列的SonoAdapt 图像优化技术与影像优化技术的自动处理、大大减少图像优化的手工操作。
1.2国内代表性产品
2001年初，深圳市威尔德公司根据我国基层卫生计生工作走村入户上门服务的工作需求，率先开始研制手持机械扇扫超声仪。2002年10月全国医疗器械（秋季）博览会，国内首创的WED-2000型机械扇扫手持超声仪亮相，该机体积仅为书本大小、重量仅为800克，电池可连续工作时间3小时以上在展会上引发轰动。威尔德以此为契机陆续推出WED-2000A、WED-3000、WED-3100、WED-2018等手持超声仪，可配置凸阵、线阵、腔内等近10种探头都可配置，形成了应用范围较广，型号齐全的超声仪产品系列。2007年，威尔德全系列全数字超声技术全面技术升级，图像质量进一步提高，操作进一步优化，产品占据了当年国内手持超声70%以上市场份额，也使威尔德多年保持国内黑白超出口前三名的市场地位。在四川汶川地震时，WED-2000型手持超声发挥重要作用,受到前线医生们的欢迎。
2 现状
2.1国外代表性产品:
美国GE公司 Vscan掌上彩超自2011年进入中国。其第一代Vscan 1.0。Vscan 1.0 2008年在美国上市引起轰动，被美国《时代周刊》和《科技新时代》杂志评为“2009年50项最佳发明”和“2010年100项最佳科技成果”。Vscan的尺寸为135mm×73mm×28mm，外观接近于翻盖手机，重量为390克，电池可连续工作一小时，采用彩色编码血流成像技术，探头内置声束形成器，确保了图像质量。Vscan视诊仪临床应用广泛，适用于腹部、心脏、泌尿系统、妇产、儿科等临床病症的测量和分析，以及胸廓/胸膜运动及积液的检测，特殊护理领域的检查。Vscan 在日本投放医疗市场后，就在日本东北部地震和海啸灾难现场中发挥了救急作用。2015年4月，GE则推出了全新一代具有创新性“二合一”探头的Vscan 2.0 Dual Probe，将移动便携的超声设备应用范围扩展到极致，从心脏、急诊、ICU到全科，新一代Vscan将发挥更为全面的诊断价值。
2015年作为飞利浦公司的首台迷你型掌上彩超面世，Lumify外形如苹果手机（本身集成了超声传感器和特殊的数据转换电路）大小，彩色声像图可以通过微型USB接口插入智能手机或其它终端设备中，并通过终端设备上的一个图像管理的应用程序（APP）进行超声信息采集，App可从Google Play上下载，这种APP更可以连接到云端，易于分享图像、添加标记以及发送邮件，使数据和成像结果都可以通过飞利浦的HealthSuite数字平台而获取。使用者还可通过飞利浦的定向平台更新，以及时获得新功能应用而完善自身使用体验。Lumify可以在多个互连环境中提供一种随需应变的即时诊断。
2.2国内代表性产品
2016年8月，国内首款智能掌上黑白超声——“掌声·mSonics MU1”诞生。这款由成都郎昇公司研发的仅有6英吋智能手机大小、全触屏操作、图像智能优化的产品实现了B超与手机功能整合，不仅使病人的超声诊断更为便捷，也使远程医疗成为可能。可广泛应用于交通不便的地区以及战场、突发灾难等特殊场合中。其售价仅国外同类产品一半，更显现出强大的竞争优势。在国家卫计委组织的超声医师进藏工作中、在为当地百姓筛查包虫病的活动中，复旦大学附属肿瘤医院超声诊断科派出的团队带上了“掌声”筛查出的病患已有多例。掌上超声让以前“动员牧民到临时医疗点来”变为了“医生到牧民家里去”，大大地方便了当地群众病情检查。
无独有偶，半年后,国内首款无线探头式B超获得注册证书。这款由广州索诺星公司推出的无线掌上超声也颠覆了传统的”主机+探头”的模式，把主机缩小到只是一个300克的手机大小的体积，一个“探头”就相当于一台B超仪，超声图像信号通过wifi无线传输到安装了超声APP软件的手机或平板电脑进行显示。该仪体积小重量轻、功耗低等方面在国际上处于领先地位。特别适合用于基层临床科室应急检查、初步筛查、可视引导、远程会诊用。椐悉国内不少于5家企业正在研发不同形式不同用途的掌上超声，受到医患普遍关注，预计今年下半年会有多家产品获得注册,从而为掌上超声的推广普及打下坚实的物质基础。
3.发展
3.1应用广泛
由于掌上超声能够实现对人体内部，如心脏、肝脏、胆囊、肾脏、膀胱以及子宫等脏器的显像，包括对浅表组织、小器官、肌肉骨骼和外周血管等在内的各种检查。广泛适于：1. 基层家庭医生、社区医、/全科医生、乡村医生检查；2.内、外、妇、儿科临床医生门诊检查；；3. 住院医生查房时的即时检查；4.急诊室、重症监护室等专科医生床旁检查；5麻醉科早期判断与介入引导；6、外科医生术中探查；7、急救医疗队地震救援或战场抢救等现场使用;8、用于边检对人体藏毒的扫查；9、家庭用于正常或异常生理状态的监测；10、其它用途如动物检查。
掌上超声优势在于便携和即时检查，十分便于普及推广超声可视化在临床各科及基层的应用,从而打造出具有中国特色的”超声诊疗网络”,节约患者等待或者转诊时间和成本，提高医生工作效率，扩大超声使用和覆盖范围，非常契合当前分级诊疗的趋势。这对于提高中国医疗卫生运行效率、服务水平和质量，满足群众多层次、多样化、低成本的医疗卫生需求具有重要意义。
3.2 临床验证
听诊器是临床医生必备的诊断工具，通过对声音的放大功能，帮助医生判断心脏肺脏等器官的异常。今天，具有声音放大及图像显示并可进行远程传输掌上超声的问世，逐步成为各科医生手中常规的诊断工具。人们常说的“看”病”，将通过医生手中的掌上超声成为真正意义上的看病。为了有别于医生使用的“听诊器”，掌上超声又被称为“超声视诊器”( Sonovuscope)。美国专家对掌上超声做出如下的评价：”在外科医生眼里，时间就是生命。医生越快确诊伤情和疾病，病人存活的几率就越大。掌上超声的便携性可以大大提高诊断效率，并能让医生能在任何地方使用，无论是拥有先进设备的大型医院还是偏远乡村的小诊所。” 北京大学人民医院心脏中心主任胡大一教授预言：”医生的口袋里将会有两样东西，除了听诊器外，他们将携带一个小巧超声设备走近患者”。现在，价优物美的国产掌上超声出现，让胡大一教授的预言成为现实。目前我国医疗体系医疗资源高度集中，但医疗服务的方向是面向基层，尤其需要走向边远地区。推动医疗发展只能依靠医疗科学技术和医疗服务的进步，超声技术的提高会更多地体现在对临床医生的诊断帮助上。随着掌上超声产品不断推出，国家卫计委己逐步展开了包括掌上超声在内的临床超声应用方面的教育培训，以期提高临床医生专业技能，增强在健康检测、诊断方面的“软实力”。缓解当下医疗资源分布不均衡、边远地区医疗设备不足的问题，推进医疗服务的公平与普遍可及。
国外有学者研究应用掌上彩超对心血管内科患者进行常规检查,探讨其卫生经济学价值。方法:对385例心内科新入院患者分别用掌上彩超和普通彩超进行常规检查。观察两者时间成本和经济成本的差异,评估不同成本与效果之间的关系。结果:掌上彩超与普通彩超结果较为一致。患者入院时间距掌上彩超检查时间平均为2h14min,距普通彩超检查时间平均43h28min。结论:掌上彩超结果与普通彩超基本一致,如果应用到门诊和急诊筛查,可节省时间和费用。 解放军总医院在一项比较性研究中,对同时接受掌上超声和常规超声检查的危重患者,检查指标包括心脏收缩功能、心腔大小、瓣膜结构与功能、心包积液、下腔静脉直径等。每次检查均由固定的ICU医师和有经验的超声科医师完成,检查者事先对彼此设备的检查结果不知晓。记录完成检查所需时间。结果共入选128例患者,掌上超声对室壁异常运动、心肌收缩功能、心包积液及下腔静脉宽度的评估与TTE高度一致。结论：掌上超声能够提供快速、可靠的心脏检查,可作为ICU医师对危重症患者进行心功能评估的有效手段。
3.3分级诊疗
掌上超声可以应用到任何级别的医疗单位。尤其适合基层医疗单位的社区医院、乡镇医院甚至村级卫生室的全科医生、社区医生和家庭医生使用。特别在老龄化社会来临，大量行动不便的老年慢性病患者需要经常进行超声检查，“视诊器”将成为每位医生诊疗的得力助手，甚至会在某一天如电子血压计、电子血糖仪那样进入家庭，成为人们预防保健的常规检查工具。家庭医生可在第一时间可对病人在家中进行超声筛查，如胆结石、肾积水、脂肪肝等常见病、多发病的初步诊断，避免大量病人集中在超声室候诊排队。在农村偏远地区及城市社区，医生可携带视诊器上门巡诊，对于疑难图像可即时通过网络上传到上级医院进行远程会诊。基层超声检查最大的问题不在于硬件，而在于超声科医生严重不足。部分基层医疗机构由于长期招不到超声科医生。通过寻求与远程诊断平台的合作，让基层医疗机构能完成更多的医疗服务，为基础医疗生态注入更多活
3.4鼓励研制
在2015年国家 科技部发布”十三.五期间国家重点研发计划试点专项2016年度第一批项目申报指南”中，掌上超声成像系统被明确纳入2016-2020年国家重点研发项目之列。这意味着从国家层面上已经开始重视掌上超声，这一具有前瞻性的战略布局将为我国临床医疗和基层应用超声小型化普及发展带来深远的影响与变革。它将打破进口超声设备垄断中国市场的局面，使价廉物美的国产掌上超声成为基层医生手的”可视化工具”。虽然国家十三五计划期间只有飞依诺(苏州)公司和广州之索诺星公司从众多申报单位中脱颖而出受到国家科技部经费资助 ，但国家层面下的研发引导和放大效应十分巨大。随之而来具有中国特色的掌上超声创新令世人舏目相看，多种型号的高性能高品质掌上彩超将陆续问世。:掌上超声核心技术是低功耗高性能图像处理芯片（FPGA/ASIC）和算法，简洁的智能操作界面以及便捷伪远程传输功能，配备体积小容量大的电池可供不少于3小时的检查使用。清晰的二维图像和血流显示也是医生们的基本要求。当然，适宜的价格也是掌上超声普及应用的重要因素。
4、愿景
4.1智能掌超
掌上人工智能彩超(筒称智能彩超)是指搭载了人工智能功能的掌上超声。智能掌超的问世弥补了超声执机人员，尤其是基层执机人员临床经验的不足。通过标准超声图像采集推送到云平台进行计算，同时综合病史和查体给出了一个辅助诊断意见或建议。这种检查方式十分适宜边远基层地区的全科医生、家庭医生、乡村医生走村入户上门服务。201 6年浙江大学孔德兴教授团队研发出我国第一个用于甲状腺肿瘤良恶性鉴别的人工智能系统，通过临床比较其对常见的甲状腺肿瘤判读准确率高于初级超声执机者。目前该系统正在国产掌上彩超仪上进行试用，最新反馈的信息是完全可以应用在掌上彩超进行检查使用。
4.2远程掌超
互联网+掌上超声将缓解边远贫困地区缺少有经验超声医生的局面。尤其目前移动互联网以及5G技术的逐步普及推广，动态实时的超声图像传输指日可待。掌上超声与智能手机的结合使超声远程检查和远程诊断成为可能，并能轻而易举的进行POCT(床旁检查)，对老、弱、病、残、孕超声受检者无疑是个福音。
4.3超声机器人
超声机器人在我国尚属空白。相信在无线传输的智能彩超平台上开发出中国的超声机器人为时不远。人工智能的掌超机器人将大大减轻超声医生的体力劳动负担和部分脑力劳动，大辐度提高检查效率和诊断符合率。同时可开展在无超声专家在现场的超声检查，如空间站、潜水器等特殊场所。此外科研人员正在研发置入人体管腔内进行检查的微型超声机器人。