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IBM開發醫療診斷分析新技術協助打擊癌症

上網時間: 2013年05月13日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:癌症  醫療診斷分析  惡性腫瘤  IBM  成本 

IBM 研發了一套醫療診斷分析技術,雖然不能真正用來治療癌症,但可望能為摧毀現有惡性腫瘤之有效新療法降低成本。

該新技術利用了高能量粒子加速器(high-energy particle accelerator)──物理學所應用的巨型粒子加速器的房間大小版本──能精確地引導質子束殺掉癌細胞,不會讓鄰近的身體組織受波及;IBM Research期望能藉由此執行於 Power 7叢集超級電腦的軟體分析技術,降低有效癌症新療法的成本。

根據統計,2012年全球有1,200萬名以上的癌症患者正接受各種不同療法,估計到2030年該數字將增加至2,100萬;但遺憾的是,目前只有10家醫療中心可提供質子療法,仍有17家正在建設中,而且每家醫療中心成本超過2億美元。

市場對現有質子加速器的總投資成本超過34億美元,新一代技術旨在縮小加速器的尺寸並降低其價格,好讓這種醫療技術更容易負擔;但仍有一個有待克服的瓶頸是,利用這種質子療法所需的運算技術性能。

今日的質子療法需要很長的相關準備程序,一開始需要藉由核磁共振造影(MRI)或電腦斷層掃描(CT)來辨別腫瘤位置,接著一群醫療與技術人員需要花上一星期時間,安排該如何使用質子束來摧毀腫瘤。不同於傳統放射線療法,質子束不會影響所通過的人體組織,只會在其路徑的最末端釋放能量,因此必須精確地讓質子束末端引入腫瘤內部。

IBM新技術可簡化質子療法所需程序
今日的質子療法需要醫療與技術人員花一個星期時間來安排質子束路徑以摧毀腫瘤,這意味著如果腫瘤在同時間不斷成長,成功率就會降低;而IBM在Power 730叢集電腦所執行的分析軟體,能在15分鐘之內就繪製出同樣的質子束路徑圖

「質子會被加速到光速的一半,但在達到某個閾值之前不會釋放能量,之後則會釋放爆發動能(kinetic energy);」IBM Research科學家Sani Nassif表示:「因此質子束能深入人體──大約6吋深──在該處造成一個非常強大的熱點,但不會觸及皮膚與那個點之間的任何東西。」

就像傳統放射線療法,質子束所釋放的能量會瓦解受影響細胞內的化學物質,損壞其DNA並因此防止它們再度繁殖、甚至阻斷它們的正常代謝功能;癌細胞就是這樣被摧毀,而人體本身的清理機制會將那些死去的組織排出體外。

要繪製出詳盡的質子束路徑是件困難任務,因為需要使用一種噴嘴(nozzle)同時由不同的角度射出具備不同能量的多個質子束。這項工作除了因為耗費大量時間與人力,因此成本高昂,主要的問題還在於當質子束路徑圖繪製同時,惡性腫瘤還會繼續成長,使得治療成功率降低。

IBM的解決方案是利用超級電腦,來快速繪製出所需的質子束路徑,所需時間只要15分鐘;這意味著患者做完MRI或CT程序,就能立即接受質子束治療,如此可確保腫瘤沒有時間繼續長大,並大幅提高治療成功率。

「在為癌症質子療法提供設計自動化技術之餘,我們也改善了預測質子束觸及腫瘤時的狀況模擬模型;」Nassif表示:「新技術能為療法產生上千種不同的執行模式模型,就像是在晶片設計程序中產生數千種能最佳化電路結構的方法。」

目前IBM是與美國德州大學安德森癌症醫療中心(Anderson Medical Cancer Center)合作開發上述技術,該公司期望能將質子療法的成本降低60%,並利用Power7叢集超級電腦進一步加速療法計畫擬定所需時間,讓它能比目前人工方法快上1000倍。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: IBM analytics solving cancer,by R Colin Johnson )





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