科學研究 - 神戶大學開發成功新型微波乳房癌診斷儀

日本國立大學法人神戶大學和Integral Geometry Science株式會社（IGS）於2019年10月13日宣佈，由神戶大學數理資料科學中心理學研究科木村建次郎教授帶領的研究團隊成功開發出非侵入性無痛無輻射乳房癌微波3D成像儀（圖1），正式透過日本醫療研究開發機構（AMED）「醫工連攜事業化推進項目」的結題評估[1]。

圖1 乳房癌微波3D成像儀

每年全球約167萬人被新診斷爲乳房癌，約有52萬人（全球）、1萬4千人（日本）死於乳房癌。乳房癌作爲女性最常見的惡性腫瘤，發病率從三十多歲開始明顯增加，四十五到五十五歲之間達到峰值。乳房癌一般認爲與女性荷爾蒙相關，男性也偶發乳房癌。如果能早期診斷並及時接受冶癒，十年生存率可達到90%以上，五年生存率達97.8% [2]。

目前主流的乳房癌檢查手段包括X線攝影術和超音波回聲檢查。X線因爲屬於高頻短波長的電磁波，存在輻射暴露累積的風險；多數被檢查者由於檢查時因乳房受到蠻力擠製而會產生疼痛感；另外，年輕女性由於乳房緊空間填充效率高，X線攝影時會存在和腫塊白色影像難以區分導致早期診斷準確率低下的問題。所以X線攝影不適用於80%亞洲、60%歐美50歲以下的女性檢查（圖2）。超音波檢查雖然無痛也不存在輻射風險，但對檢查技術熟練程度依賴性強，不同檢查人員得到的結果可能有較大差異。此外，磁共振造影（MRI）涉及造影劑副作用，正電子發射斷層成像（PET）因伽馬射線輻射不適於備孕和孕期婦女等。

圖2 年輕女性（左）和高齡女性（右）乳房X線攝影影像對比

新型乳房成像儀的技術關鍵是數學建模。木村建次郎教授和木村憲明博士歷時十年，世界上首次攻克了波動反向散射問題，建立了多徑散射場逆解析理論（圖3）。利用癌組織與正常組織反射微波特性的不同，開發出了微波散射場斷層成像系統（乳房微波成像技術）。

圖3 多徑散射場逆解析方程和木村建次郎教授

2012年4月，神戶大學成立初創企業IGS株式會社（總部：兵庫縣神戶市），木村憲明博士任CEO，木村建次郎教授任CSO（Chief Strategic Officer）（圖4）。2013年完成微波3D成像儀的初步模式；2015年獲得日本醫療研究開發機構（AMED）的支援併成功完成原型機；2017年獲得第一回日本醫療研究開發大獎（AMED理事長獎）。目前該公司已經在日本、中國、美國、歐洲共9個國家註冊了基本專利。

圖4木村建次郎教授（右）接受著名主持人膳場貴子（左）採訪

2019年9月13日，日本凸版印刷株式會社（總部：東京都千代田區；CEO：麿秀晴）與IGS達成合作協議，由凸版印刷向IGS注資，共同開發乳房癌檢查用的微波成像儀（圖5）。同時，凸版印刷負責檢查時用乳房表面坐標貼片的開發生產。坐標貼片作爲微波收發訊號的感測器，使得透過測量資料建立的兩側乳房三維影像能和實際身體部位表面位置一對一對應。

圖5 凸版印刷株式會社與IGS達成合作（圖片/凸版印刷官網）

此前，研究團隊與神鋼紀念醫院、兵庫縣立癌症中心、神戶大學附屬醫院、神戶大學醫學部附屬國際癌症醫療研究中心等合作，招募了約300名已經透過乳房X線攝影和超音波檢查確診的乳房癌患者和50名健康義工進行試用。採用微波成像儀對所有入組患者進行檢查，全部應答腫塊的存在，並且明確適用於高密度緊緻乳房的檢查（圖6）。