麻省理工研发出3D 打印可穿戴超声设备，使得早期乳腺癌的筛查更便捷

2023年8月7日，南极熊获悉，麻省理工学院的研究人员利用 3D 打印开创了一种突破性的可穿戴超声设备，专门用于乳腺癌的早期检测。这项具有里程碑意义的发明强调了 3D 打印应用的巨大潜力，旨在通过促进早期肿瘤检测来改善乳腺癌患者的存活率。

乳腺癌检测领域的一个重要问题是间隔癌的发生，即在定期乳房X光检查之间形成的肿瘤。这些肿瘤占乳腺癌病例的 20% 至 30%，并且通常比常规扫描中检测到的肿瘤更具侵袭性。这一紧迫问题启发了麻省理工学院媒体实验室副教授、该研究的资深作者 Canan Dagdeviren 设想一种可以无缝集成到胸罩中的诊断设备，从而能够对高风险人群进行更频繁的筛查。

这项研究成果以题为“Conformable ultrasound breastpatch for deep tissue scanning and imaging/用于深层组织扫描和成像的适形超声乳腺贴片”的论文被发表在《Science Advances》期刊上。这项研究的目的是使乳腺癌诊断更容易，从而消除患者频繁到访医疗成像中心的必要。

相关论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh5325

让癌症筛查触手可及

麻省理工学院开发的可穿戴诊断设备被称为cUSBr-Patch，由一个灵活的3D 打印贴片组成，带有“蜂窝状开口”，可提供全面的深度扫描和多角度乳腺成像。该贴片可通过磁性吸附在胸罩上，并装有超声波扫描仪，使用户可以随时进行成像。虽然这款小型扫描仪基于传统超声波技术，但它开创性地采用了压电材料，为其紧凑型设计铺平了道路。

它的独特之处在于它的实时监控功能、易于操作以及无缝集成到胸罩等日常穿着中。3D 打印在制作补丁过程中发挥了关键作用。这款受自然启发的设备是使用Prusa i3 MK3S+ 3D 打印机和白色 TPU（热塑性聚氨酯）和大理石色 PLA（聚乳酸）材料制造的。

△麻省理工学院的 3D 打印可穿戴诊断贴片。图片由 Canan Dagdeviren/麻省理工学院提供。

根据研究人员发表的论文，这个过程涉及复杂的分层、中途切换材料以及用强力胶加强连接。专为压接而设计的专用圆形磁铁被放置在贴片内，所有磁铁都沿统一方向定向。该贴片专为适应不同的乳房尺寸而设计，特别适合在怀孕期间从 B 罩杯过渡到 D 罩杯的参与者。各种磁铁（圆形和矩形）被策略性地放置在贴片上，以方便连接胸罩和随附的跟踪器，这是成像阵列的关键。

△cUSBr-Patch的设计概述。来自《Science Advances》

追踪器本身是使用Elegoo Mars 2树脂打印机和丙烯腈丁二烯苯乙烯类光敏聚合物树脂材料打印的，并通过紫外线固化进行了后处理，以提高耐用性。它设计有多个插脚以确保稳定性，并且包含与贴片上的磁铁完美对齐的磁铁。这些磁铁与其他缝在胸罩织物中的磁铁一起，确保贴片正确定位在乳房上。然后，跟踪器通过磁性附着在贴片上，使其能够正确引导成像阵列。

贴片上的扫描仪能够从六个不同的位置和角度对整个乳房进行成像，用户友好，不需要任何专门的培训。麻省理工学院工程学院院长、Vannevar Bush 电气工程和计算机科学教授、该研究的作者之一 AnanthaChandrakasan 强调：“这项技术为乳腺癌的检测和早期诊断提供了基本能力，取得积极成果的关键。这项工作将利用材料、低功耗电路、人工智能算法和生物医学系统的进步，显著推进超声研究和医疗设备设计。”

概念证明

研究团队与麻省理工学院临床和转化研究中心合作，成功在有乳腺囊肿病史的受试者身上测试了该设备。令人印象深刻的是，这款可穿戴贴片能够检测到直径小至 0.3 厘米的囊肿，这是早期肿瘤的典型尺寸。这不仅证明了该设备在早期检测方面的潜力，而且还重申了其实现与传统超声波机器类似的分辨率的能力。

麻省理工学院中心的护士主任、该研究的作者之一凯瑟琳·里恰尔迪 (CatherineRicciardi) 表示：“获得优质且负担得起的医疗保健对于早期发现和诊断至关重要。作为一名护士，我亲眼目睹了延迟诊断的负面后果。这项技术有望通过提供更可靠、舒适且不那么令人生畏的诊断来打破早期乳腺癌检测的许多障碍。”

△麻省理工学院创造了一种可以附着在胸罩上的柔性贴片，允许佩戴者沿着贴片移动超声波跟踪器，并从不同角度对乳房组织进行成像。图片由 Canan Dagdeviren/麻省理工学院提供

未来前景

虽然当前的原型需要连接到标准超声波机器才能查看图像，但麻省理工学院团队正在努力开发一种更紧凑的成像系统，其大小与智能手机差不多。他们的愿景是一种可以在家中重复使用的工具，特别有利于那些乳腺癌风险较高或定期筛查机会有限的人。

在未来的迭代中，研究人员的目标是引入“具有多个一维阵列的尺寸可定制补丁”，从而消除手动扫描的需要。长期目标是让个人（尤其是高风险人群）能够进行日常自我筛查，并更轻松地将这些数据（包括人工智能分析的结果）发送给医疗专业人员进行快速审查。此外，他们预计这些系统将与无线通信集成，以促进持续的临床监测和快速检测是否存在任何异常情况。

△麻省理工学院的博士后卡南·达格德维伦 (Canan Dagdeviren) 在其家人的床边绘制了一个诊断设备的粗略示意图，该设备可以集成到胸罩中，从而可以对乳腺癌高危女性进行更频繁的筛查。图片由 Canan Dagdeviren/麻省理工学院提供

马萨诸塞州总医院的乳腺癌外科医生Tolga Ozmen 强调了这款可穿戴式超声波扫描仪如何帮助女性摆脱前往影像中心的不便：“乳腺癌是女性中最常见的癌症，如果及早发现，是可以治疗的。成像和早期检测的主要障碍之一是女性必须往返于成像中心。这种舒适的超声贴片是一项非常有前途的技术，因为它消除了女性前往成像中心的需要。”

此外，研究团队正在研究使用人工智能来分析和比较一段时间内的超声图像，这可以提供比放射科医生检查相隔数年的图像更准确的诊断。当然，乳腺癌的潜力并不止于此。该团队计划采用这项技术来扫描身体的其他部位，未来有可能引发早期癌症检测的革命。