中原大學醫學工程研究所學位論文
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國人冠心病隨著生活水準提昇，其發病率也上升。雖然診療方法不斷改進，對間歇性心肌損害仍是不容易察覺。已受創的心肌在治療前因缺乏心肌受損的資訊，所以無法有效評估癒後效果；過去無法明確的呈現心肌受損區域與範圍，隨著影像科技的進步，心肌灌注磁振造影已可以彌補這方面不足，本研究的主要目的就是利用磁振心肌灌注造影結合心臟功能分析技術對心肌梗塞範圍、位置及心肌存活程度，提供精確資訊，以利於臨床對梗塞性心肌疾病的治癒評估，最重要的是，磁振心肌灌注造影是一種非侵入性，而且無輻射的檢查，可以重複進行追踪檢查也不會危害病人的健康。 研究對象以臨床診斷為疑似冠心病患者，於一週內進行兩項檢查，一是磁振心肌灌注造影，採用1.5T超導體磁振造影儀，以心電門控技術，並以0.07mmol/kg，3ml/s的速率靜脈注射顯影劑(Gadolinium diethylen-triamine pentaacetic Acid﹐Gd-DTPA)，同步進行心肌首過期(first-pass)灌注掃描並採集心臟短軸切面影像，再追加2倍劑量，10分鐘後進行延遲期增強(delayed enhancement)掃描，採集心臟的短軸及長軸切面影像，觀察心肌受損的可逆性；二是心導管攝影。磁振心肌灌注造影觀察心肌血流灌注異常的部位和範圍，心導管攝影記錄狹窄血管和狹窄程度。結果分析以心導管攝影做為標準值，計算磁振心肌灌注造影對病灶的靈敏度(sensitivity)，特異性(specificity)，準確度(accuracy)；並分析計算兩者的靈敏度之間有無顯著性差異。 檢測結果顯示，在33位疑似冠心病之受檢者，磁振心肌灌注造影敏感性為90%，特異性為94%，準確率為96%，陽性預測值為90%，陰性預測值為100%。同時，冠心病之受檢者心肌缺血區的訊號強度明顯低於正常心肌，在延遲期梗塞的心肌則被強化出來。其中14位受檢者經過三個月治療後再進行追踪檢查，並分析心肌的活性及心臟的功能，比較分析術前術後差異。術前術後磁振心肌灌注的首過期時間訊號強度曲線有顯著性的差異，在治療前及治療後心肌訊號上升斜率分別為0.93±0.16及1.67±0.35 (p < 0.03)，峰值訊號為30.84±5.93及53±11.35 (p < 0.02)，兩者間有顯著性的差異。左心室局部功能，治療前及治療後之心室壁厚度分別為1.54±0.83及2.51±0.54 (p < 0.2)，心室壁增厚率則為25.90±10.13及35.26±1.70 (p < 0.3) ，兩者間無顯著性的差異。 本研究證實，磁振Cine影像不但可以用來評估冠心病患者左心室整體收縮功能，及節段性心肌功能不全，而且結合Magnetic Resonance Image Perfusion 影像可提高對冠狀動脈狹窄的診斷及心肌活性的評估。
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女性乳癌為台灣地區十大癌症發生率中位居第四位。國內醫療機構基本以超音波影像（Ultrasongraphics）與X光攝影（Mammographics）作為初期診斷設備，可能因醫師訓練程度不同及以目測判斷腫瘤影像而產生誤判。因此，藉由電腦輔助診斷整合系統擷取同一病灶之乳房超音波影像與乳房X光影像之特徵參數，所得適用值做為乳房影像診斷初步依據。 乳房超音波影像使用病案經證實之52例之臨床影像；乳房X光影像使用病案經證實之43例之臨床影像；其中同一病灶之兩種影像為36例。研究所運用為研究室先前開發之電腦輔助診斷整合系統，以GVF Snake圈選出腫塊邊界，並選定腫塊之特徵參數，進行統計分析(t-Test)分析，並以操作特性曲線（Receiver Operating Characteristic）以曲線下面積（AUC，Area Under Curve）評估特徵參數診斷效益。最後利用倒傳遞類神經網路分析，提高對良、惡性腫塊的系統鑑別度。 研究結果顯示，在十四項特徵參數中，g_Average及Lesion_Mean均為超音波影像及X光影像之重要特徵參數（P<0.05）。超音波中以Lesion_Mean及Lesion_StDev具較好之診斷效益，此外，ROI_Entropy、Lesion_Entropy、g_Average、c_Average之P值小於0.05，依此六參數測試結果顯示系統之準確度（Accuracy）= 0.85、敏感度（Sensitivity）= 0.75、有效性（Specificity）= 0.93及Kappa值= 0.69；X光影像中以l_Entropy、g_Entropy及c_Entropy具較好之診斷效益，此外，l_Average、g_Average、Area、Circularity、Lesion_Mean之P值小於0.05，依此八參數測試結果顯示系統之準確度= 0.77、敏感度= 0.75及有效性= 0.8、Kappa值= 0.53。相關係數部分，以惡性腫塊共19例，探討g_Average及Lesion_Mean之兩組共同特徵參數，所得結果呈現負相關。 研究發現利用同一病灶之乳房超音波影像及X光影像，分別所得之是用特徵參數，應用於良、惡性腫塊得到明顯區分，同時提供醫學影像臨床診斷之初步參考依據。此結果因應未來大量影像診斷時而需發展CAD系統亦有很大幫助。
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單核球細胞經分化後會形成巨噬細胞(Macrophages)；而巨噬細胞是防禦外來感染原的重要防線之一，在人體中的防禦能力佔有很重要的地位，當身體受到外來物質（細菌或其他物質）入侵或感染時，身體中的巨噬細胞會主動因刺激而分泌許多細胞激素與一氧化氮（發炎指標物之一）來保護身體避免傷害，但如果一氧化氮分泌不足或過量，對於周遭細胞、組織、器官都將造成一定的危害。 中藥複方劑三黃瀉心湯（San-Huang-Shi-Sin-Tan；SHSST）-大黃、黃蓮、黃芩經溶劑萃取出的黃酮素的成份為Flavanones的結構異構物，也是一種抗氧化劑，而Flavanones對於細胞過度發炎及腫瘤的抑制，有一定的效果。 本研究首先利用SHSST 對人類單核球細胞（Human monocytic leukemia cell,簡稱THP1)之存活率及分泌一氧化氮的影響，再利用100ng/ml的脂多醣 ( Lipopolysaccharide, LPS )處理THP1，使細胞受脂多醣刺激而分泌大量一氧化氮，再利用添加SHSST的方式，抑制其發炎現象。最後利用西方墨點法證實，一氧化氮降低是因為添加三黃瀉心湯萃取物抑制了誘導型一氧化碳合成酶（iNOS, inducible nitric oxide synthase）。 實驗結果發現加入SHSST後，細胞不會因SHSST產生發炎反應，但細胞細胞經脂多醣處理後，會因添加SHSST而使一氧化氮產生量降低，並且依SHSST濃度增加使抑制能力上升。在蛋白質的結果方面，我們看到了一氧化氮合成酶(nitric oxide synthase, NOS)與第二型環氧化酶( Cyclooxygenase, COX-2 ) 濃度，會因SHSST增加而降低。所以我們大膽推論，適量的SHSST在正常的情況下，不會使細胞受到傷害，也不會引起細胞的發炎反應，在細胞發炎反應中，卻可以有效的抑制過度發炎的情況，經由在蛋白質時間點的表現上可明顯的得知先行抑制第二型環氧化酶反應後再抑制一氧化氮合成酶來降低一氧化氮的生成。
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根據統計資料顯示，疲勞駕駛是導致交通事故主要原因之一，疲勞駕駛最容易造成精神狀態不佳以致產生睡意，然而在這種情況下高速行駛，很可能導致生命危險的嚴重事故。而腦波（electroencephalogram，EEG）訊號對於警覺度來說是相當重要的資訊，在以往的腦波警覺度分析大多是以電腦進行離線處理，缺乏即時處理功能。 因此本研究基於腦波訊號建構一個可即時偵測駕駛者睡意之系統，透過本研究設計六通道主動乾式電極（active dry electrodes）以非侵入式擷取腦波訊號，並以TMS320VC5510 DSP單晶片為運算核心，再搭配MSP430F149主控整個系統的流程，以達到可攜式即時系統的目的。在腦波訊號處理方面，首先以穩態小波轉換（stationary wavelet transform，SWT）拆解，接著以積分值與零交越點兩種方式強化腦波訊號的特徵，再由倒傳遞類神經網路（back propagation neural network，BPN）進行警覺度分類。此系統可分辨清醒與睡意兩種精神狀態，當偵測出睡意時會發出警訊提醒駕駛者以減少意外的發生。經實驗測試，清醒辨識率可達到79.1%，睡意辨識率為90.91%。另外，本自製乾式電極系統優於以往的腦波量測電極，可穿過頭髮輕鬆的量測到腦波訊號，希望將來可以取代傳統的腦波電極應用於一般日常生活中。
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下肢壓瘡多發生於下肢或四肢癱瘓的病患，主要的形成因素有壓力、溫度、剪力、濕度及營養等所造成的。傳統診斷的方法是用目視及皮膚的組織觸診，檢查其損害程度的不同以作為判斷的指標，這種主觀的判斷方法，將造成醫學診斷上的誤差。 本研究目的是利用紅外線熱影像儀，量測皮膚組織受局部壓力時溫度差的變化趨勢，來探討壓力、時間及體表溫度變化的相關性，提供診斷與治療的依據，做為評估壓瘡程度的重要指標。根據文獻數據來探討紅外線熱像儀可否做為臨床上，診斷下肢壓瘡的輔助工具。 本論文是使用紅外線熱影像儀SPECTRUM 9000MB-500及Vista Medical FSA UT1010壓力感測器，隨機拍攝在恆定持續的壓力下，15位正常人下肢的溫差熱影像。其左下肢設定為實驗組，以恆定的接觸介面壓力40-90 mmHg，持續施壓20-60分鐘，平均施加於左下肢中間部位做測試，右下肢則設定為對照組。並從特徵影像中圈選左和右下肢的上、中、下六個特徵區域，計算各區域的平均溫度分佈及標準差，分析並探討其相關參數，以預測溫度對於壓瘡的影響。 實驗結果顯示，受壓迫下肢的血流因受阻導致體表溫差變大，在受壓小於100mmHg且短暫受測時間，溫差皆在2.5℃以下。當下肢所承受的壓力越大或時間越久，造成局部血管扭曲、變形，進而影響到血流通過產生缺血的現象，所以溫度分佈差距越大，標準差亦會增加。在持續承受40mmHg的壓力，300分鐘以上的皮膚表面會有超過4℃的溫差產生。左右下肢檢測正確度透過ROC曲線分析為0.92具診斷意義，因此藉由本文的實驗分析方法，證明對於下肢癱瘓與潰瘍的病患，溫差熱像可以作為性迅速診斷的輔助工具。
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高血壓是現代社會相當普遍存在的疾病，根據衛生署2007年6月所公佈資料顯示：高血壓名列全國十大死因第十名，由此可見高血壓對於國民健康所造成的嚴重威脅。綜觀國內外文獻研究，藉由良導絡測定儀量測穴位皮膚電阻抗的方式，不僅可以檢測經絡上的變動，進而推測臟腑的活動和疾病的關係。由於目前在西方醫學仍有高達96% 以上無法完整解釋造成高血壓的原因。反觀中醫對於高血壓的病因解釋上，則可以利用肝陽上亢，肝火上炎、陰陽兩虛、肝風內動等病灶加以觀察，擁有較為完備高血壓成因的解釋。然而就中醫理論實證上，卻受限於缺乏量測儀器、科學數據與統計分析的論證，使得較無法讓現今研究學者所接受。因此本研究之方法即是搜集100名受試者先量測血壓值，BMI值，再用手部穴位檢測儀，量測受測者手部 10 個反應點之電阻抗。經過各種統計分析(準確度分析、分類樹、羅吉斯回歸)，來探討血壓之高低與手部穴位電阻抗值之相關性，進ㄧ步可認識經絡實質，試圖尋找出與高血壓相關之反應點，提供臨床上輔助診察方法。結果發現，在高血壓的受測群組所量測之反應點電位值略高於血壓正常之群組，且從實驗中得到從「右肝」、「右心」、「右中風1」、「左心」、「左左心室」特定反應點之手穴電位值來評估受測者是否罹患高血壓準確率可達73%。本研究結果除了能提供中醫診斷高血壓之客觀依據外，亦可用於預防調理、防患未然。
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白蔾蘆醇(Resveratrol 3, 5, 4-trihydroxystilbene) 為存在植物中之多酚類產物，為植物之防禦素。由過去文獻了解到白蔾蘆醇及其衍生物具有抗氧化、抗發炎及抗癌等能力。最近的研究也顯示白蔾蘆醇有增加老鼠、果蠅及魚類壽命、抑制肝腫大、糖尿病及心血管發炎的效益。 本實驗將白蔾蘆醇氫氧基與硫、氮離子做替代交換並純化後所得衍生物做為測試藥物並以 macrophage cell line RAW264.7 為實驗對象。實驗目的分兩部份。第一部分，利用DPPH 觀察白蔾蘆醇及其衍生物清除自由基的能力，接著使用細胞內毒素(LPS)誘使RAW264.7細胞發炎以研究白蔾蘆醇及其衍生物對於細胞的保護作用與抑制發炎反應的效果。第二部份，我們用H2O2 誘使細胞產生脂質過氧化現象，並利用MDA assay 來觀察白蔾蘆醇及其衍生物對於抗自由基所產生的效果。 結果顯示，編號從AnWen-1031到 AnWen-1050的測試藥物中，有六種較具清除自由基能力(AnWen-1031、1033、1034、1035、1036、1038)。而這六種藥物對於細胞內毒素(LPS)所誘導NO的產生均有抑制效果。在保護細胞避免脂質過氧化傷害效果方面，經過氧化氫200μM濃度刺激，AnWen-1031、1033、1034、1038對細胞存活率沒有提升效果，AnWen-1035、1036、卻可增加細胞存活率。而在MDA assay方面，白蔾蘆醇等六種測試藥物均有降低因過氧化氫(H2O2)刺激所產生脂質過氧化傷害能力。 綜合上述結果，白蔾蘆醇及其衍生物在清除自由基、抗發炎及保護細胞脂質過氧化傷害作用方面，在特定濃度範圍下有一定程度的效果。因此，在未來作為藥劑的發展潛力上可做更深入的研究探討。
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近年來，中草藥及天然植物藉由不同的萃取技術以及分離純化不同的有效成分，由於天然物中所含有之成分相對於化學藥劑所含有的副作用，天然植物及中草藥的研究與開發逐漸備受重視。目前皮膚的相關研究，大多應用於傷口癒合以及化妝品，以不破壞和傷害皮膚組織為原則，針對抗發炎性以及抗菌性的效果，為主要研究的基礎及目的。因此本實驗利用天然的中藥萃取物取代化學合成之藥劑，應用於皮膚以達到抗菌及抗發炎之效能，並作為中草藥抗菌性及抗發炎性相關應用之研究基礎。 本實驗利用文獻記載具有抗發炎性及抗菌性功效之中藥材：當歸、白芷、白朮、紫草及槐花，以水利用索氏萃取法進行中藥成分萃取，且對於中藥原藥材及萃取物分別進行抗菌性之試驗，並觀察中藥萃取物在不同濃度下 (0.1、1、10 mg/ml) ，對於纖維母細胞以及巨噬細胞之影響，以了解萃取物之細胞毒性及抑制一氧化氮生成之功效。且本研究運用射頻電漿對於聚酯不織布進行表面活化處理，以不同接枝方式 (Pad-Dry 及 Chemical-grafting) 接枝萃取物於材料表面，之後以掃描式電子顯微鏡及能量分散光譜儀進行材料結構之分析，並以接觸角觀察材料之親水化性質，最後對於材料進行生物活性之測試：抗菌性試驗及材料細胞毒性。 研究結果發現，中藥之萃取產率以當歸為最佳。就抗菌性分析中，原藥材僅以白芷及白朮對於表皮葡萄球菌有明顯的抑菌效果；而對於中藥萃取物之定量測試中，結果顯示以10 mg/ml的抑菌率為最佳，其中對於金黃色葡萄球菌以白朮萃取物抑菌率最佳，而以白芷萃取物對於表皮葡萄球菌及綠膿桿菌具有最佳效果。中藥萃取物對於細胞之影響，以紫草及槐花萃取物對於纖維母細胞有明顯增生的效果；而對於與發炎反應相關的巨噬細胞，以 0.1μg/ml 的脂多醣誘導巨噬細胞活化，研究發現添加紫草及槐花萃取物後細胞有增生的趨勢；而對於發炎反應所分泌出的一氧化氮，以紫草及槐花的萃取物及兩種之混合液均有明顯抑制一氧化氮生成量。最後以 4 種方式接枝萃取物於聚酯不織布製成中藥敷材，以 plasma-chemical grafting (P-CG) 的方式的接枝率為最佳，且接枝萃取物後均有明顯改善親水性。而由掃描式電子顯微鏡觀察敷材表面，推測中藥萃取物有接枝於纖維表面，且以P-CG的方式接枝量較多。對於敷材的生物活性，以 P-CG 方式接枝白朮對於金黃色葡萄球菌抑菌效果較佳，而對於表皮葡萄球菌及綠膿桿菌以 P-CG方式接枝白芷效果較佳。而敷材之細胞毒性結果顯示，大部分敷材之細胞毒性均為 0 級，具有良好的生物活性。因此，本研究發現以高濃度 (10mg/ml) 白芷萃取物具有最佳抑制細菌生長的作用，而其中以高濃度 (10mg/ml) 紫草萃取物具有良好之抗發炎性作用，未來可嘗試將此兩種中藥萃取物相互混合，以達到具有最佳抗菌性及抗發炎性之功效，進而加以促進傷口的癒合。
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腫瘤與周圍組織的關係對於腫瘤切除、治療、評估侵蝕程度皆非常重要。磁振Gd-T1影像以及T2影像能夠讓醫師了解腫瘤以及水腫資訊；擴散張量磁振影像(DTI)更能夠評估腫瘤的良惡性程度、觀察治療及癒後情況。本論文主要利用擴散磁振影像提供腦內水分子之主要擴散方向，追蹤可能神經纖維方向並重建出神經影像，顯示大腦內神經路徑。結合虛擬實境(Virtual Reality)技術可將腦部資訊利用三維立體影像充分表現出來，提供腫瘤以及腦神經視覺化的呈現，應用於臨床手術的術前計畫、以及術後評估等。 研究方法是以擴散張量磁振影像能夠顯示出大腦中水分子的擴散情形，假設水分子主要擴散方向代表神經纖維的主要路徑，利用神經纖維追蹤演算法FACT(fiber assignment by continuous tracking)算出腦神經影像，FA閥值為0.2，角度限制60度；在Gd-T1影像上分割腫瘤輪廓、T2影像上分割水腫位置，並且對腫瘤、水腫進行三維重建。此外，利用OpenGL函式將三維影像以雙眼視角作繪圖，經立體顯示系統產生虛擬實境的三維立體神經影像。研究中透過真實假體影像以及OpenGL繪製線條假體測試虛擬實境的顯示結果，以評估立體影像顯示的正確性。 真實假體影像測試結果為100%之正確率；以OpenGL繪圖影像因假體線條顏色與背景對比度而造成平均0.6條之誤判。而將假體線條顏色比照神經纖維顯示顏色輸出，則亦可得到100%之正確率。將本系統應用到不同的擴散張量磁振影像(DTI)，亦均成功的將神經纖維影像以立體的方式呈現；此結果結合腫瘤及水腫的資訊，更容易了解神經纖維與腫瘤、水腫之關係。本系統除顯示全腦之神經影像之外，也提供ROI(Region of Interest)之選取之機制，得以呈現特定區域之神經走向，而顯示腫瘤周圍神經纖維。 本論文已建立一套整合腦部神經影像及腫瘤、水腫輪廓的虛擬實境系統，其成果能幫助醫師對病患腦部有更清楚的了解；對於手術方式、下刀位置、腫瘤大小及位置的界定等術前規劃，以及術後觀察都能達到最佳的成效，進而提昇醫療品質。
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根管製備主要是在於良好的根管清潔與修形。良好的根管修形目的是要適度擴大與建立一有錐度平滑之根管。近年來，根管製備的器械有很大的進展，其中鎳鈦合金因良好的生物相容性、獨特的記憶金屬與超彈性特性，被廣泛應用於根管清創器械，彌補過去臨床上使用不鏽鋼器械製備彎曲根管常發生之副作用。雖然鎳鈦旋轉器械對於修形彎曲根管有良好的成形能力，但發現斷裂一直是值得注意的問題。因此，本研究目的利用有限元素分析方法探討根管幾何型態對於根管清創器械影響，以及提出將來設計根管清創器械之建議。本論文共分為三個部分。第一部份：利用斜塊下壓ProTaper Universal System器械尖端，得到其彎曲力學行為。結果顯示，ProTaper Universal System有較ProTaper Sytem彎曲能力。第二部分：探討根管幾何參數對器械力學行為影響，一、利用2-D彎道作為模擬探討鎳鈦旋轉器械對疲勞斷裂之抵抗能力，使用三種不同的角度(20°, 40°, 60°) ，三種不同曲率半徑(5mm, 7.5m, 10mm)，二、建構出不同幾何彎曲位置(冠端、中間、尖端)、擴根管口程度(1.3mm、2mm、2.6mm)之人工根管，模擬鎳鈦旋轉器械進入根管情況，可清楚看出器械與根管壁之接觸情形。不鏽鋼彎道分析結果顯示，曲率半徑越大及彎曲角度越小，器械上最大主應力值會越小。而於不同幾何型態之根管結果顯示，彎曲位置越往根尖接近，器械上最大主應力值會越小且有愈往器械尖端移動之趨勢且彎曲角度會變小；擴根管口對於彎曲位置越接近根尖之根管，角度變化量越不明顯，表示越接近根尖之彎曲，擴大根管口可能不會降低對器械之危害。第三部分：探討新型器械之力學行為。改良本研究團隊之設計，將上方無螺紋部分以螺紋漸進縮小直徑形式，發現當進入彎曲根管時，可降低應力值減少不預期斷裂危險，且建議不應在幾何上做突然的變化。