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HPC模擬工具加持 國衛院推動個人化肝癌精準醫療
 

【CTIMES/SmartAuto 陳復霞 報導】   2022年06月20日 星期一

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國衛院生醫工程與奈米醫學研究所副研究員馬克沁(Dr. Solovchuk)研究團隊,開發HIFU肝腫瘤熱消融治療的術前評估數學運算模型,透過運算後提供的治療參數進行治療,可提高HIFU熱消融的精準度,並減少破壞正常組織的機率,達到個人化精準醫療的結果。研究成果分別於2015年和2018年發表於國際期刊《Communications in Computational Physics》與《Computers & Fluids》。

國衛院馬克沁博士研究團隊開發開發HIFU肝腫瘤熱消融治療的術前評估數學運算模型,以達到精準醫療成效。
國衛院馬克沁博士研究團隊開發開發HIFU肝腫瘤熱消融治療的術前評估數學運算模型,以達到精準醫療成效。

由於人體的肝臟沒有神經示警而難以察覺病況,一旦等到患者出現了黃疸、腹水症狀時,其實病患大多已進入中晚期,錯失黃金治療時間。在癌症治療中,各類實體腫瘤常見的治療方法為外科切除手術,輔以放射線治療或化學藥物治療。近年來,非侵入高能聚焦超音波消融術(high-intensity focused ultrasound ablation;HIFU ablation),亦稱「海扶刀」,為無法承受麻醉開刀手術風險的病患提供另一種治療選擇。

在醫學應用層面廣泛的「海扶刀」,是從體外操作使體內腫瘤組織凝固性壞死的熱治療醫學工具之一,可針對腫瘤病灶精確控制熱消融範圍,能縮短手術流程時間並達到根除性治療,相當於以無創方式達到外科手術的切除效果。

然而,這種手術仍存在著長時間手術造成皮膚、肌肉骨骼,乃至臟器燒傷的風險;為避免海扶刀造成健康組織的傷害,並且在HIFU肝腫瘤消融手術過程中影響治療結果的因素相當多,例如患者皮下脂肪厚度、病灶深度、位置及大小、病灶週邊血管以及鄰近組織的分佈情形等,在臨床執行上有一定程度的挑戰。

國衛院馬克沁博士研究團隊耦合聲學、熱學、流體動力學三個場域和空化現象,開發新的數學運算模型可精準模擬患者患部,並結合多圖形處理器(GPU)高效能運算加速分析速度,可以快速提供包含輸出能量、治療時間、治療路徑等臨床處置建議,幫助醫師訂定手術計畫治療參數進行治療。在離體和活體動物實驗結果進行驗證比較,模擬實驗與活體動物實驗結果高度相似,而借助高效能運算,腫瘤消融手術時間可從數小時縮短成數分鐘。

海扶刀的新式數學運算模型若能正式運用在臨床治療中,除了可讓醫師即時快速的了解患者狀況,提供醫師在術前精準的治療參數計畫,在降低周邊組織傷害的同時,也幫助患者術後更快的復原,未來或可能延伸運用在其他實體腫瘤的治療模擬運算上,進一步實現個人化的精準醫療。

關於研究論文全文,請瀏覽:https://doi.org/10.4208/cicp.171214.200715s

https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2018.03.008

關鍵字: 運算模型  精準醫療  HIFU  肝腫瘤  熱消融治療  國衛院 
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