利用超声波创新改变骨骼健康评估

创业之旅通常始于一个伟大的想法和一个尚未满足的关键需求。对于 POROUS 来说，其使命很明确：创造一种创新的解决方案，用于早期骨质疏松症检测，以改善患者的治疗效果。POROUS 技术由柏林夏里特大学医学院 Kay Raum 教授的成像、仿真和刺激工作组开发。多年来，该项目已发展成为一个衍生项目，并得到了一群国际专家的支持。骨质疏松症影响着全世界数百万人，但大多数诊断工具只有在骨折发生后才能识别。POROUS 旨在利用创新的超声波技术，尽早发现与骨折风险增加相关的骨质恶化。

弥补早期骨质疏松症检测的差距

目前，骨骼健康诊断主要依赖于 DXA(双能 X 射线吸收仪)，该技术可以测量骨矿物质密度，但通常在骨折发生后使用。这就形成了一种无法真正阻止疾病进展的晚期治疗方法。POROUS 首席技术官 Jonas Massmann 解释说：“50 岁以上的女性中，有三分之一会遭受骨质疏松性骨折，男性中，有五分之一会遭受骨质疏松性骨折。DXA 是高度标准化的，但通常发现骨质疏松症为时已晚，无法防止骨折。”POROUS 的 Maren Glüer 博士(市场开发)补充道“DXA 也涉及辐射，因此基于超声波的方法不仅更安全，而且更容易应用，可以更早地识别有风险的患者并在发现骨骼问题时进行干预。”

为了实现这一目标，POROUS 专注于开发一种能够测量皮质骨特性(如厚度、孔径分布和粘弹性)的诊断工具——这些都是骨骼健康的关键指标。与传统的成像方法不同，他们的解决方案利用定量超声结合皮质骨的频率分析。这项技术无需依赖辐射即可产生有价值的数据。乔纳斯强调说：“每块骨头都有一个独特的指纹，我们用它来评估骨头的宏观结构和微观结构特性。”

Maren 补充道：“总而言之，我们评估定量数据来评估风险，而不仅仅是解释图像。我们希望在骨折发生之前识别出有风险的患者，让他们有机会接受预防性治疗。”

空间配准的 6 MHz 超声背向散射(绿色)和 100 MHz 扫描声学显微镜(红色)图像。(图片来自 G. Iori, J. Du, J. Hackenbeck, V. Kilappa, and K. Raum, “Estimation of Cortical Bone Microstructure From Ultrasound Backscatter,” in IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, vol. 68, no. 4, pp. 1081-1095, April 2021)

优化信号处理和原型设计的工作流程

对于 POROUS 团队来说，高效、无缝的工作流程对于管理复杂的信号处理、快速原型设计和简化的产品开发至关重要。从一开始，MATLAB 就在他们的流程中发挥了重要作用，实现了计算机模拟、高级信号处理、并行计算、GPU加速、数据库管理和自动化测试。Jonas 解释说：“尤其是骨骼中的超声信号信噪比较低，需要进行高级分析，因此我们依靠 MATLAB 的信号处理工具箱进行复杂的分析过程。MATLAB 的界面还支持我们执行高速数据采集和快速处理。”

作为一家医疗器械公司，POROUS 遵守 IEC 62304 等严格的软件标准。事实证明，MATLAB 在满足合规性要求方面非常有价值。此外，MATLAB 还促进了与使用相同工具的柏林夏里特大学医学院的研究人员的无缝协作。

MATLAB 在日常任务中支持 POROUS，从而加速产品开发，尤其是原型设计。

计算机模拟背向散射动画显示背向散射信号撞击骨质疏松皮质骨结构。(图片由柏林医学院 Kay Raum 提供)

MathWorks 初创企业计划使 POROUS 团队能够评估各种工具和功能，例如，GPU Coder 和 MATLAB Compiler。这让团队了解哪些功能对 POROUS 最有益。

展望：扩大影响力

今年，POROUS 的目标是获得 MDR CE 认证，并在明年初推出用于科学领域的测量设备。该团队还开始进行一项涉及 1,600 名患者的多中心研究，以验证该设备在预防骨折方面的有效性，并与世界各地渴望采用该技术的研究中心进行讨论。凭借这些里程碑，POROUS 准备为医学和科学研究做出宝贵贡献，并通过创新技术丰富诊断市场，帮助有需要的人尽早进行干预，从而显著减少全球骨折及其负担。