人工智慧輔助動脈粥狀硬化病變之定位與分級決策支持系統

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人工智慧輔助動脈粥狀硬化病變之定位與分級決策支持系統

更新時間：2024-10-01 08:14

【技術簡介】
文獻指出，於病變部位都會聚集可大量表現趨化因子C-X-C受體4型(CXCR4)的活化巨噬細胞，國原院為開發小分子CXCR4核醫診斷藥物，以CXCR4拮抗劑TIQ-15為基礎，透過人工智慧電腦模擬技術，設計出全新動脈粥狀硬化造影劑APD (圖一)，藥物化學結構已獲得美國(2024)、日本(2023)及台灣(2022)專利，研發成果除了於2021年台灣核醫學年會口頭論文榮獲基礎組第一名(優異獎)外，亦榮獲2023年國家新創獎年度「十大亮點技術」，並受邀於國內相關大型會議進行演講。經毒性預試驗的結果發現，即使以超過人體1500倍的劑量，也並未發現APD有任何毒性。

圖一、以TIQ-15結構為基礎，透過AI電腦模擬技術，設計出全新動脈粥狀硬化造影劑APD

【計畫規劃/技術應用】
以動脈粥狀硬化模式(ApoE^-/-)小鼠進行PET/CT造影(圖二)，鎵-68-APD可在1小時內於動脈粥狀硬化病變部位產生藥物聚集，並經由腎臟、膀胱快速排泄出體外，病變部位/背景比TBR>10，優於目前國際上執行人體臨床試驗用藥鎵-68-Pentixafor；若與臨床用藥氟-18-FDG相比較，氟-18-FDG僅會在心肌產生大量藥物聚集，對於動脈粥狀硬化病變部位的專一性造影診斷效果並不理想；氟-18-NaF目前對於中、晚期病變部位產生鈣化的造影診斷僅於臨床試驗，故亦無法應用於未鈣化與不穩定斑塊的檢查。

圖二、以動脈粥狀硬化模式(ApoE^-/-)小鼠進行PET/CT造影。

本院目前已成功應用鎵-68-APD來針對糖尿病用藥(sGLT2i)及鳳梨酵素的效果進行非侵入性的診斷，後續並已針對市售常見心血管相關生技食品(納豆、紅麴、蚯蚓激酶)來進行效果評估，經與血液中生化檢查(膽固醇、三酸甘油脂..等)數據進行數據交叉比對後發現，各種生技食品對於改善血脂及血管斑塊(plaque)的效果皆不同，若混合食用，成效會呈現不同加成或抑制的結果，此技術平台將是未來開發保健食品或是臨床治療藥物快速篩選的有效利器。

本研究另與工程所、產、學、醫團隊合作，開發一套人工智慧輔助動脈粥狀硬化病變之定位與分級決策支持系統(Atherosclerosis decision support system，簡稱ADSS)，使用具備國內醫療院所臨床經驗的臺灣開源WEB醫學影像瀏覽器系統(Bluelight)，進行系統核心程式開發，結合心臟科醫療團隊合作，將不同硬化程式之動脈粥狀影像資料，進行專家標記病灶發生區域，同時定義硬化程度分級指標，提供人工智慧學習參考樣本依據，經由AI訓練後將建立準確有效之模型，建置於系統，提供原始影像動脈粥狀硬化病變AI辨識，辨識成果將可準確標示動脈粥狀硬化區域、3D定位及動脈粥狀硬化程度專家建議指標。本系統將設計能與醫院系統關聯之相關模組，提供報表列印功能，結合病人資料將AI辨識後相關圖表資訊列印報表，提供醫療團隊進行評估。本系統採用最新全球化商用3D MR技術，經由頭戴式顯示器將AI訓練辨識結果，透過3D MR顯示平台進行動脈粥狀硬化病變位置3D影像顯示呈現，提供醫療團隊術前溝通、術中輔助、術後追蹤之用途。(圖三)

圖三、Client端VIEWER 3D MR模擬畫面

【未來佈局】
心血管疾病為全球死因之首位，其中脂肪積聚所形成的動脈粥狀硬化不穩定斑塊(Atherosclerotic vulnerable plaques)會造成動脈血管的窄化或阻塞，易引發冠狀動脈疾病、中風等病症。目前非侵入性的電腦斷層、核磁共振、超音波及常用核醫藥物(如鉈-201等)皆僅適用於中、晚期動脈粥狀硬化的造影，且不適用於全身性血管斑塊的偵測。
鎵-68-APD目前正執行GLP毒理試驗，並建立CMC文件與PIC/S GMP製程與分析確效技術，結合藥物動力學之吸收、代謝情形，完成臨床試驗申請所需eCTD的相關文件，預估在115年底申請IRB及執行後續的Phase 0~1人體臨床試驗。經考量國際運送的便利性，動脈粥狀硬化造影劑APD會以經過最終滅菌處理的液體劑型進行開發，後續可由全球各醫院自行以Ge-68發生器掏洗出來的Ga-68標誌後臨床使用，不受放射性同位素半衰期問題所限制。
未來將建立國人專屬動脈粥狀硬化病徵分級知識資料庫，應用於動脈粥狀相關縱向研究，達到智慧診斷與預防示警之功效，並將人工智慧輔助動脈粥狀硬化病變之定位與分級決策支持系統(ADSS)完成商品註冊及技術移轉程序，且完成TFDA人工智慧醫療器材查驗登記申請。期待引進AI輔助決策系統，能提升醫療機構技術水準和服務品質，增加市場的競爭力，吸引優秀醫療人才，提升醫療團隊水平，將此系統應用於各類型之心血管疾病診斷，擴大醫療機構服務範圍，創造更多商業機會。
根據世界衛生組織 (WHO) 的數據，2030年心血管疾病死亡人數將達 2360 萬人，人口老化、生活方式的改變與心血管疾病意識的提高，心血管造影的全球市場以每年6%快速成長。APD可適用於輕度到重度的全身性不穩定斑塊造成血管阻塞的診斷，且人體接受的輻射劑量僅為鉈-201的2.8%；此化學結構已專利佈局，未來將鎖定較具市場的歐、美國家來進行主要推廣，以拓展應用範圍，創造更有效益的商業模式，期待早期發現、早期治療及療效追蹤，達到增進全球人民健康福祉之實質目標。

【連絡資訊】
姓名：夏建忠研究員
電話：03-4711400分機7159
E-mail：hsiacc@nari.org.tw