國衛院研發肝腫瘤熱消融高效能運算模擬 客製化肝癌精準醫療

日期2022-06-20
國衛院研發肝腫瘤熱消融高效能運算模擬 客製化肝癌精準醫療。(圖:國衛院提供)
今(20)日,國衛院表示,生醫工程與奈米醫學研究所馬克沁副研究員(Dr. Solovchuk)研究團隊,開發了非侵入高能聚焦超音波消融術(high-intensity focused ultrasound ablation, HIFU ablation)用於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 PhysicsComputers & Fluids
 
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。近年興起的HIFU又稱「海扶刀」,提供了無法承受麻醉開刀手術風險的病患另一種治療選擇,然而仍有長時間手術造成皮膚、肌肉骨骼乃至臟器燒傷的風險。
 
國衛院表示,海扶刀是一種能從體外操作,使體內腫瘤組織凝固性壞死的一種熱治療醫學工具,可用於腫瘤病灶的大範圍熱消融,進而達到根除性治療,相當於以無創的方式達到外科手術切除效果,在醫學應用層面相當廣泛。
 
然而,為避免海扶刀造成健康組織的傷害,且在HIFU肝腫瘤消融手術過程中,有相當多的因素會影響治療結果,例如患者皮下脂肪厚度、病灶深度、位置以及大小、以及病灶週邊血管以及鄰近組織的分佈情形等等,對臨床醫師具有一定程度的挑戰,需要醫師受過特別訓練後才得以施行。
 
國衛院馬克沁研究團隊耦合聲學、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精準模擬患者患部,並結合多圖形處理器(Graphics Processing Unit, 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。
 
馬克沁研究團隊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。
 
國衛院表示,海扶刀的新式數學運算模型若能正式運用在臨床治療中,除了可讓醫師更快速即時的了解患者狀況,提供醫師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,造福更多的病患,實現個人化的精準醫療。
 
研究論文全文:https://doi.org/10.4208/cicp.171214.200715s
https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2018.03.008