国卫院开发出海扶刀运算模型 可大幅缩短癌症手术时间

国卫院生医工程与奈米医学研究所马克沁副研究员(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，能对正常组织的破坏减少近10倍，这项数学模型也让治疗时间从数小时的评估，减少至2至3分钟即可完成。

癌症盘据国人十大死因之首已40年，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)，又称「海扶刀」，提供了无法承受麻醉开刀手术风险的病患另一种治疗选择，然而仍有长时间手术造成皮肤、肌肉骨骼乃至臟器烧伤的风险。

海扶刀是一种能从体外操作使体内肿瘤组织凝固性坏死的一种热治疗医学工具，可用于肿瘤病灶的大范围热消融，进而达到根除性治疗，相当于以无创的方式达到外科手术切除效果，在医学应用层面相当广泛。

然而，为避免海扶刀造成健康组织的伤害，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、位置以及大小、以及病灶周边血管以及邻近组织的分布情形等等，对临床医师具有一定程度的挑战，需要医师受过特别训练后才得以施行。

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(Graphics Processing Unit 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画治疗参数进行治疗。

这项研究成果分别于2015年和2018年发表于国际期刊《Communications in Computational Physics》与《Computers ＆ Fluids》，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。

马克沁表示，海扶刀的新式数学运算模型若能正式运用在临床治疗中，除了可让医师更快速即时的了解患者的状况，提供医师术前精准的治疗参数计画，在降低周边组织伤害的同时，也帮助患者更快的復原，未来可能延伸运用在其他实体肿瘤的治疗模拟运算上，造福更多的病患，实现个人化的精准医疗。