心血管疾病是國人十大死因前三名，血液循環系統極為複雜，一點點異常都可能影響到全身健康。美國杜克大學（Duke University）近日發表研究，成功使用超級電腦模擬人類全身的動脈血液流動，精細程度涵蓋了所有直徑1公釐以上的動脈，未來可望繼續擴展，建立包含微血管在內的全身循環系統，有助於預測心血管手術的效果及後續症狀。
模擬系統「哈維」 成功計算血液流向
由蘭道斯（Amanda Randles）博士領導的杜克大學研究團隊，3月的美國物理學會（American Physical Society）年會上發表全身動脈血管3D模型，他們利用電腦斷層（CT）和核磁共振造影（MRI），掃描一位病患全身所有直徑不超過1公釐的動脈，用來模擬血液在身體內流動的速度、方向等。
蘭道斯團隊將模擬系統命名為「哈維」（Harvey），紀念17世紀第一個透過實驗證實血液循環現象的科學家威廉哈維（William Harvey）。
為了比對模擬效果，蘭道斯團隊和亞利桑那州立大學的工程師費克斯（David Frakes）合作，依照超級電腦內的模擬血管架構，列印出實體3D模型，再灌入含發光粒子的液體以利追蹤液體流向，目前為止，實體模型和電腦模擬的結果非常相近。
史上最大血液模擬系統 超級電腦功不可沒
蘭道斯表示，他們必須先畫出各條血管，再決定哪裡是血液通過的交叉點，哪些節點又會堵住血流。因為資料量龐大，一般電腦無法負荷，團隊使用的超級電腦由加州的勞倫斯利福摩爾國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory）出借，是全球最高級的10台超級電腦之一，擁有超過160萬個處理器。
蘭道斯說，單純模擬血液如何在一根管子內流動很簡單，可是放到密密麻麻的循環系統裡就非常困難。她說，先前的類似實驗，大多數都只能模擬人體某個部位的循環系統，「我印象中在我之前最大的模擬實驗，也只有從大腿到膝蓋這一段而已。」
蘭道斯難掩興奮地說，他們的實驗結果「成果豐碩」。
最終目標 追蹤體內流動的癌症細胞
這項模擬血管計劃的目標之一，是用來分析治療心血管疾病的醫療選項，如血管支架或各種手術，來預測會如何影響整個血液循環系統。蘭道斯說，「現在我們能排列出網狀血管、重現血管組織，還能展示各種醫療手術的模型，就能看出醫療手術如何影響到全身的血液循環。」
為了使模擬結果盡可能接近真實的血流，研究團隊刻意選擇動脈來模擬，並且以主動脈為測試目標，因為主動脈最粗，是最有可能碰上血流紊亂的地方。
接下來蘭道斯團隊預計要模擬靜脈血流，再來是微血管內紅血球列隊輸送氧氣的流動狀態，最終希望能預測每一個血液細胞在身體裡的動向。蘭道斯表示，如果都能成功，那模擬癌症細胞在血液中的動向也不是不可能。
「不過，那會需要更強的超級電腦，至少要比現在的強過千倍。」，蘭道斯說，當前的目標是盡快建立出全身血流的動力參數，如此一來，醫生不需要超級電腦就能評估個別病患的狀況。
「我們正在嘗試縮減模型，留下必要的就好，讓這個模型更容易使用。」蘭道斯補充。
