科学研究 - 神户大学开发成功新型微波乳腺癌诊断仪

日本国立大学法人神户大学和Integral Geometry Science株式会社（IGS）于2019年10月13日宣布，由神户大学数理数据科学中心理学研究科木村建次郎教授带领的研究团队成功开发出非侵入性无痛无辐射乳腺癌微波3D成像仪（图1），正式通过日本医疗研究开发机构（AMED）“医工连携事业化推进项目”的结题评估[1]。

图1 乳腺癌微波3D成像仪

每年全球约167万人被新诊断为乳腺癌，约有52万人（全球）、1万4千人（日本）死于乳腺癌。乳腺癌作为女性最常见的恶性肿瘤，发病率从三十多岁开始明显增加，四十五到五十五岁之间达到峰值。乳腺癌一般认为与女性荷尔蒙相关，男性也偶发乳腺癌。如果能早期诊断并及时接受治疗，十年生存率可达到90%以上，五年生存率达97.8% [2]。

目前主流的乳腺癌检查手段包括X线摄影术和超声波回声检查。X线因为属于高频短波长的电磁波，存在辐射暴露累积的风险；多数被检查者由于检查时因乳房受到强力挤压而会产生疼痛感；另外，年轻女性由于乳房紧致密度高，X线摄影时会存在和肿块白色影像难以区分导致早期诊断准确率低下的问题。所以X线摄影不适用于80%亚洲、60%欧美50岁以下的女性检查（图2）。超声波检查虽然无痛也不存在辐射风险，但对检查技术熟练程度依赖性强，不同检查人员得到的结果可能有较大差异。此外，磁共振成像（MRI）涉及造影剂副作用，正电子发射断层成像（PET）因伽马射线辐射不适于备孕和孕期妇女等。

图2 年轻女性（左）和高龄女性（右）乳房X线摄影图像对比

新型乳房成像仪的技术关键是数学建模。木村建次郎教授和木村宪明博士历时十年，世界上首次攻克了波动反向散射问题，建立了多径散射场逆解析理论（图3）。利用癌组织与正常组织反射微波特性的不同，开发出了微波散射场断层成像系统（乳房微波成像技术）。

图3 多径散射场逆解析方程和木村建次郎教授

2012年4月，神户大学成立初创企业IGS株式会社（总部：兵库县神户市），木村宪明博士任CEO，木村建次郎教授任CSO（Chief Strategic Officer）（图4）。2013年完成微波3D成像仪的初步模型；2015年获得日本医疗研究开发机构（AMED）的支持并成功完成原型机；2017年获得第一回日本医疗研究开发大奖（AMED理事长奖）。目前该公司已经在日本、中国、美国、欧洲共9个国家注册了基本专利。

图4木村建次郎教授（右）接受著名主持人膳場貴子（左）采访

2019年9月13日，日本凸版印刷株式会社（总部：东京都千代田区；CEO：麿秀晴）与IGS达成合作协议，由凸版印刷向IGS注资，共同开发乳腺癌检查用的微波成像仪（图5）。同时，凸版印刷负责检查时用乳房表面坐标贴片的开发生产。坐标贴片作为微波收发信号的传感器，使得通过测量数据建立的两侧乳房三维影像能和实际身体部位表面位置一一对应。

图5 凸版印刷株式会社与IGS达成合作（图片/凸版印刷官网）

此前，研究团队与神钢纪念医院、兵库县立癌症中心、神户大学附属医院、神户大学医学部附属国际癌症医疗研究中心等合作，招募了约300名已经通过乳房X线摄影和超声波检查确诊的乳腺癌患者和50名健康志愿者进行试用。采用微波成像仪对所有入组患者进行检查，全部确认肿块的存在，并且明确适用于高密度紧致乳房的检查（图6）。