高效能运算模拟工具加持 国卫院推动个人化肝癌精准医疗

国卫院生医工程与奈米医学研究所副研究员马克沁（Dr. Solovchuk）研究团队，开发HIFU肝肿瘤热消融治疗的术前评估数学运算模型，透过运算后提供的治疗参数进行治疗，可提高HIFU热消融的精准度，并减少破坏正常组织的机率，达到个人化精准医疗的结果。研究成果分别于2015年和2018年发表于国际期刊《Communications in Computational Physics》与《Computers & Fluids》。

国卫院马克沁博士研究团队开发开发HIFU肝肿瘤热消融治疗的术前评估数学运算模型，以达到精准医疗成效。图左起为国卫院林?辉所长、马克沁及梁赓义院长合影

由于人体的肝脏没有神经示警而难以察觉病况，一旦等到患者出现了黄疸、腹水症状时，其实病患大多已进入中晚期，错失黄金治疗时间。在癌症治疗中，各类实体肿瘤常见的治疗方法为外科切除手术，辅以放射线治疗或化学药物治疗。近年来，非侵入高能聚焦超音波消融术（high-intensity focused ultrasound ablation；HIFU ablation），亦称「海扶刀」，为无法承受麻醉开刀手术风险的病患提供另一种治疗选择。

在医学应用层面广泛的「海扶刀」，是从体外操作使体内肿瘤组织凝固性坏死的热治疗医学工具之一，可针对肿瘤病灶精确控制热消融范围，能缩短手术流程时间并达到根除性治疗，相当于以无创方式达到外科手术的切除效果。

然而，这种手术仍存在着长时间手术造成皮肤、肌肉骨骼，乃至脏器烧伤的风险；为避免海扶刀造成健康组织的伤害，并且在HIFU肝肿瘤消融手术过程中影响治疗结果的因素相当多，例如患者皮下脂肪厚度、病灶深度、位置及大小、病灶周边血管以及邻近组织的分布情形等，在临床执行上有一定程度的挑战。

国卫院马克沁博士研究团队耦合声学、热学、流体动力学三个场域和空化现象，开发新的数学运算模型可精准模拟患者患部，并结合多图形处理器（GPU）高效能运算加速分析速度，可以快速提供包含输出能量、治疗时间、治疗路径等临床处置建议，帮助医师订定手术计划治疗参数进行治疗。在离体和活体动物实验结果进行验证比较，模拟实验与活体动物实验结果高度相似，而借助高效能运算，肿瘤消融手术时间可从数小时缩短成数分钟。

海扶刀的新式数学运算模型若能正式运用在临床治疗中，除了可让医师即时快速的了解患者状况，提供医师在术前精准的治疗参数计划，在降低周边组织伤害的同时，也帮助患者术后更快的复原，未来或可能延伸运用在其他实体肿瘤的治疗模拟运算上，进一步实现个人化的精准医疗。

关于研究论文全文，请浏览：https://doi.org/10.4208/cicp.171214.200715s

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