中原大學醫學工程研究所學位論文
中原大學,正常發行
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乳房攝影是以自動暴露控制系統調控影像品質，乳房完全覆蓋底片匣下方的游離腔就能維持正常影像品質。然而當乳房太小無法完全覆蓋游離腔時，以AEC攝影會產生曝光不足的現象。本研究的目的是探討底片式乳房攝影(FSM)與電腦放射乳房攝影系統(CRM)對小乳房女性攝影時之影像變化，並建立一套攝影技術以解決小乳房女性在臨床乳房攝影上所面臨之問題。 本研究採用各種假體(BR12、PMMA與CDMAM)進行模擬攝影，評估FSM與CRM的表現。並以影像解析度、對比度、對比雜訊比(CNR)與影像品質係數(IQFinv)等指標量化分析小乳房攝影的影像品質變化。最後藉由影像直方圖正規化與均等化評估降低CRM攝影輻射量的可行性。此外推導一數學模式，針對不同乳腺比例之乳房等效假體進行模擬攝影，以建立小乳房女性在FSM與CRM之攝影技術。並分別回溯分析7位臨床小乳房女性接受乳房攝影之資料及應用至新的病人，評估本攝影技術之臨床可行性。 初步結果顯示，FSM與CRM受到小乳房女性的乳房長度縮短確會導致曝光不足。對假體而言，平壓後長度低於4.5公分時會產生影像品質下降的現象。就對比度而言，FSM與CRM的分佈範圍分別為2%-23%與24%-25%。CRM影像經過影像處理後，可以提升高管負載攝影的品質，然無助於輻射量的降低。回溯分析中，放射師依據經驗手動設定條件時，FSM與CRM之IQFinv分別為54.6b8.8與67.9b18.1；而採用本研究建立攝影技術，IQFinv則提昇為60.3b3.2與69.9b3.8。當應用在臨床受檢者乳房攝影時，影像品質也有顯著的改善。 本研究建立一套小乳房攝影技術，可依據受檢者乳房厚度提供合理攝影條件，有效提升小乳房女性之乳房影像品質。此技術無須對攝影設備進行修改即可立即應用在臨床乳房攝影上，臨床上確可對小乳房女性之乳房攝影有實質上的助益。
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冷光分析法之裝置簡易又具有微量檢測之優勢，有開發成隨身生理參數檢驗系統之潛能。多數冷光儀以光電倍增管為光偵測器，雖有其高靈敏度之優勢，但卻有體積大、光陰極之壽命有限且價錢昂貴之缺點。累崩光二極體廣泛應用於光通訊上，其靈敏度高於一般二極體。本研究課題探討累崩光二極體應用於冷光儀之可行性。 探討的方法是設計製做完成兩套分別以累崩光二極體和光電倍增管為光子擷取元件之單通道冷光儀。以效能檢驗參數比較分析上述兩套冷光儀。所用以檢驗系統的最佳檢測試劑配製是經由TD 20/20自行調配的肌酸激酶混合配劑與乳酸去氫酶混合配劑。 效能檢驗參數結果顯示，用於累崩光二極體與光電倍增管之肌酸激酶檢測試劑之範圍均為1.76U/L ~ 17,625U/L，相關係數為0.998和0.994，總誤差為4.01%和12.1％，精密度則為3.99%和2.19%，這些結果皆符合臨床應用。累崩光二極體與光電倍增管對乳酸去氫酶之檢測試劑範圍均為312.5U/L ~ 5,000U/L，相關係數為0.9518和0.9377，總誤差為12.64%和14.77%，精密度則為3.39%和1.99%。依據乳酸去氫酶檢測範圍而言，兩者偵測極限需都低於所要求100U/L之標準。對此，建議檢驗試劑應予與修飾。在累崩光二極體與光電倍增管的靈敏度探討的結果顯示，兩者之靈敏度分別為1.147和0.922。 累崩光二極體之靈敏度雖然較光電倍增管低，但在其他的效能檢驗參數與光電倍增管相若，據此，吾人結論，在適切的檢驗試劑濃度下，累崩光二極體可運用於冷光儀之中。 關鍵字：冷光分析技術、光電倍增管、累崩光二極體、肌酸激酶、乳酸去氫酶
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血液凝固是種極為複雜的過程。不正常的凝血會導致一些嚴重的併發症，例如增加出血的機率、造成血栓的形成或栓塞於人體循環系統。因此，發展有效的技術以應用於偵測早期血液凝固對於臨床診斷極為重要。由於超音波具有非侵入性與即時監控等能力，使得超音波組織特化技術提供達到此目標的可能方案。 本研究使用定量化超音波參數包含積體逆散射 (integrated backscatter)、衰減係數與聲速，同時偵測靜態血液凝固與血塊形成的過程。為提高偵測的靈敏性與準確性，我們使用5至50 MHz的超音波頻率偵測血容比介於25至55 %豬隻血液的凝固過程。誘發血液凝固機制是於24毫升的血液中添加12毫升(0.2 M)的氯化鈣溶液。實驗結果指出積體逆散射、衰減係數與聲速皆能清楚判別不同時期的凝血過程並對應於不同時期的物理與化學變化，其中包含紅血球的聚集效應，血容比的稀釋、血液的凝固與血塊的形成。超音波逆散射與衰減係數的量測結果也證實血容比於凝血機制中是一重要的實質因子，其可影響血液的黏度與超音波的逆散射特性。另外，高頻超音波展現較高的靈敏度於凝血的偵測。 本研究進一步完成動態的凝血偵測。使用10 MHz 脈衝式Doppler系統量測Doppler功率與Doppler流速的變化於攪動中的血液於凝血過程。Doppler功率與Doppler流速在凝血過程中分別呈現上升與下降的趨勢。造成Doppler功率上升的主要原因為血塊體積的增大與擾流的發生；而Doppler流速下降則是由於血液黏度的上升導致流體阻力的增加。為進一步探討流動狀態之血液凝固，使用超音波逆散射係數偵測流動中血液於血管仿體內之凝固過程，並將血流保持於層流狀態且控制剪速率為10 至 100 s–1。實驗結果顯示：較高的剪速率有礙於血液的凝固，並且降低血塊的生成率。當凝血機制啟動後，由流管內超音波逆散射訊號的空間變化發現血液由層流轉變為擾流的流動狀態。最後，超音波逆散射訊號之Nakagami統計模型被應用於動態血液凝固的偵測；結果顯示，Nakagami參數於流動中之血液為0.75±0.1，當血液發生凝固時，Nakagami參數上升到最大將近2.6±0.5。實驗證明超音波統計參數可偵測動態凝血的特性，提供未來應用於臨床偵測的可行性。
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在本研究中利用發光二極體(light-emitting diode, LED)陣列組成之藍光(波長467nm)，探討藍光光刺激對於人類包皮纖維母細胞(human foreskin fibroblast)、人類正常表皮纖維母細胞(human normal dermal fibroblast)及人類肥厚疤痕纖母細胞(human hypertrophic scar fibroblast)等三種細胞的生長之影響。 利用藍光刺激上述三種細胞，皆能產生抑制生長的效果。當光刺激功率密度10 mW/cm2、能量密度固定為4及8 J/cm2時，藍光抑制三種細胞生長的效果皆在10%以內。當功率密度提升至17 mW/cm2，總能量固定為4及8 J/cm2時，藍光抑制細胞生長的效果分別為：人類包皮纖維母細胞：5%、人類正常表皮纖維母細胞：20%及人類肥厚疤痕纖維母細胞：15%。當功率密度17 mW/cm2在人類正常表皮纖維母細胞及人類肥厚疤痕纖維母細胞的結果可看到顯著差異。 就細胞之倍增時間(doubling time)方面來看，給予三種細胞藍光光刺激後，可以延長細胞之倍增時間。功率密度10 mW/cm2，總能量固定為4及8 J/cm2時，細胞倍增時間延長之倍數為：人類包皮纖維母細胞：1.01~1.03倍、人類正常表皮纖維母細胞：1.01~1.03倍及人類肥厚疤痕纖維母細胞：1.02~1.05倍。功率密度17 mW/cm2，總能量固定為4及8 J/cm2時，細胞倍增時間延長之倍數為：人類包皮纖維母細胞：1.03倍、人類正常表皮纖維母細胞：1.19~1.22倍及人類肥厚疤痕纖維母細胞：1.08~1.12倍。當增加藍光光刺激細胞的次數，同一功率及能量密度下分為單次及多次刺激，結果發現人類包皮纖維母細胞及人類正常表皮纖維母細胞中，光刺激次數與抑制效果大小無關。 利用AnnexinV /PI染色，我們可以觀察經過藍光光刺激後，是否有凋亡現象產生。結果發現刺激組沒有細胞凋亡的現象出現，因此可以確定藍光抑制細胞生長的機制與細胞凋亡無關。 就膠原蛋白分泌量來做比較，結果發現經由藍光光刺激後，照光組別膠原蛋白分泌量在第48小時較控制組多，而在第96小時發現膠原蛋白分泌量則有受到抑制的情況出現。 由上述結果可得知：藍光光刺激可以讓三種細胞之倍增時間拉長，導致細胞生長速率下降而造成抑制生長現象。 本研究結果發現，經由藍光光刺激可以抑制肥厚疤痕纖維母細胞的生長速率。
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許多心臟疾病會導致心臟房室的容積異常，心房纖維性顫動(atrial fibrillation, AF)是因為竇房結(sinoatrial node, SA node)不規則的電位傳遞使左心房(left atrium, LA)無法有效收縮，其容積收縮變化，即射血功能(ejection fraction, EF)較正常人還要小。本研究所採用電腦斷層(computed tomography, CT)掃描的心臟影像，針對左心房、左心耳(left atrial appendage, LAA)和肺靜脈(pulmonary vein, PV)的容積、截面積、射血功能參數開發一個電腦分析系統進行觀察與討論，並提供三維的心臟影像系統，可以多角度、多方位與多切面觀察心臟的整理生理架構，搭配已搜尋的邊緣資訊可以針對左心房、左心耳進行觀察。 本研究以手動與自動方式將左心房與左心耳、左心室、肺靜脈相連的部分產生區分的界線，左心耳和左心室是以手動方式將其與左心房區分；肺靜脈是從三維立體影像裡找出肺靜脈切平面並建立區分界線。左心房與左心耳的邊緣搜尋，本研究分別使用動態邊緣(active contour: snake)與區域成長(seeded region grow)兩種方法進行邊緣搜尋，並進行容積的運算與其結果分析。 本研究利用兩個假體測試的容積校正，兩次測試的結果準確率分別為96.06%與96.92%，分析30個病人的影像實驗，分析肺靜脈截面積大小，結果呈現四條肺靜脈裡的兩條上側截面積明顯大於下側的兩條，p<0.05。肺靜脈截面積在不同時序的變化並無規律性地變小或變大，主因在於左心房的外在收縮或舒張應力影響了肺靜脈的應力，此稱為伸展效應(stretch effect)。此外、將病人分成左心房容積大於100ml (Group I)與小於100ml (Group II)兩組，分析左心房容積與射血功能結果顯示，Group I的左心房射血功能低於20%比例達41.18%，Group II左心房射血功能低於20%比例為7.69%，結果呈現左心房容積較大時，容易使其射血功能降低；反之容積較小，其射血功能較高且較穩定。以心房纖維性病患和非心房纖維性病患重新分組，分析他們的左心房和左心耳射血功能，結果呈現患有心房纖維性顫動病患的左心房射血功能比較低，p=0.03475，左心耳的射血功能以平均值觀察亦比較低，p=0.16491。最後本研究將所有病人資訊執行兩種邊緣搜尋的機制，結果呈現兩種方法相關度r-square value=0.9893，彼此有著高度相關。
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在動作科學這領域，現今研究的方法皆是以外顯的行為表現，來同步觀測腦內的活動情況。在手指動作控制大多為力量上升及力量穩定兩種，少有發現有學者研究力量下降的行為，因此本實驗在設計上訂定兩種力量任務（25%MVC、50%MVC），且這兩種任務皆有三種不同力量階段（上升期、穩定期、下降期）。並且藉由練習的機制來探討，力量下降與練習之間的相互關係。 參與實驗的人員，予以分為實驗組及對照組，實驗組接受為期四週的練習，每週三次每次約一小時共十二次訓練，對照組則不練習。兩組皆在四週的前後各記錄一次腦波數據，觀察這四週的練習及不練習在腦部的差異。實驗結果顯示實驗組在練習之後對於任務的執行有明顯的進步，力量的控制更加準確，因此力量的誤差有顯著的降低，透過統計分析在力量三階段皆有顯著效應，對照組則沒有此結果。兩種任務中，在力量上升期的誤差皆大於下降期的誤差值，推測這是由於上升期的力量變化率高於下降期之變化率，因此在行為的控制上較容易產生誤差。在Cz的電極位置練習後電壓有下降情況產生，以腦波五個時間成分（BP-600~-500ms,MP-100~0ms,MMPramp,MMPstatic,MMPdown）進行統計分析，在練習這因素上具有統計上的意義。說明練習確實會造成大腦皮質活動狀況的改變。由於神經反應的經濟性，在下降期有明顯的雙峰結果產生，觀察上升期及下降期腦波放電的結果，發現在下降期的放電量明顯小於上升期，由於下降期的峰值電位及行為表現誤差皆小於上升期，說明本實驗之設計在力量下降之力量變化率比上升期來的低，此因素確實影響大腦的動作反應及行為表現的誤差。
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本研究目的最主要為研發一個新型中醫脈診擷取系統，其中包含心電圖機(ECG)，西醫腕式脈壓帶擷取脈波的設計，另外並整合接觸型壓力感測器單點施壓裝置。有別於以往的舊式脈診儀，其往往無法將脈波參數完整擷取與分析，在新型的脈診儀製作上，除了結合單點式、脈壓帶式等兩種不同脈診擷取系統外，並在施壓前端裝置新式接觸型的高靈敏度感壓元件(Kyowa PSM-1KAB)，使得接觸式脈波可以高靈敏的擷取到血壓波的訊號。 而在分析波形的參數上，也創新的採用多參數分析，包含波形振幅的表現量方面，以S, A, P, E, B, T, C, D, F等波形轉折點之座標值量化加以表現，而特徵角度上並會自動運算出波形中的P角(∠APE)，U角，以及波形總面積(sum)供作分析。本研究在新型脈診擷取系統研製完成後並進行醫院臨床的應用並對新型脈診儀進行波形與特徵參數的評估，並與傳統的脈診儀進行比較波形解析度與參數的討論，臨床實驗設計以TENS療法分別刺激正常人與高血壓病患耳背部降壓溝穴位，並比較前後脈象圖的差異性。 結果顯示Lab View擷取與分析系統可有效同時擷取與分析主要脈波、ECG等生理參數，並發現脈壓帶式的穩定度較高，單點接觸型的解析度較高等個別優點。另外在臨床研究結果可以發現，10分鐘電刺激耳穴降壓溝會對病患及正常人產生血壓下降的影響，參數分析亦可發現當血壓降低時，P波角度會減少，波形總面積(sum)減少，以及脈波波形各轉折點A, P, E, T, D, F等座標參數皆產生相對應上升量的改變。 而在比較高血壓病患與正常人的波形差異上，可得到數個特徵參數以區別高血壓病患與正常人的波形差異，其中包含高血壓病患具有較大的P角(∠APE)與U角(p<0.05)，且波形總面積值亦比較大(p<0.05)等現象，另外討論中並加入以Gamma Density Function 來探討高血壓患者主要血壓波數學函數模型的建立，並與相對應各種波形函數以相關度進行比較，發現高血壓患者的血壓脈波較趨近於弦、大、滑、濡等四大脈象(R2＞0.5)等結果。
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本研究探討脊髓損傷病患之血壓與血氧濃度受受傷程度與傾斜床治療角度的影響，以得到血壓與暈眩程度的關係及血氧濃度與暈眩程度的關係，做為未來傾斜床治療訓練回饋控制系統開發的依據。研究中使用可見視力範圍與病患感覺來量化暈眩程度，取39位脊髓損傷造成四肢癱瘓病患於傾斜床治療訓練時之上臂非侵入式血壓與耳垂血氧濃度加以分析。結果顯示脊髓損傷病患之血壓與血氧濃度受傾斜床治療角度與受傷程度有很大的影響，數據分析時有必要將傾斜床治療角度與受傷程度分組討論。而血壓對暈眩程度的分辨能力僅止於發生暈眩的血壓值與不暈眩的血壓值，血氧濃度則有較佳的分辨能力，對不暈眩、輕度暈眩與重度暈眩間具備有鑑別能力，因此本研究認為血氧濃度可取代血壓成為脊髓損傷病患直立性暈眩與傾斜床治療訓練上新的有效生理訊號，本研究結果期望未來可以做為傾斜床訓練生理回饋的依據。
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準分子雷射冠狀動脈血管成形術是利用高能量雷射來消除硬化的血管斑塊，但是使用心導管的X光顯像並不容易從體外來確認雷射所治療的部位是否正確，因此若能在心導管前端利用光譜分析的方式檢測出斑塊成份，將可以省去驗證的程序，並增加雷射成形術治療的準確性。為了能夠以近紅外光反射區分出血管組織與斑塊，必須先準確地量測其主要組成成分的近紅外光吸收光譜，此研究設計製作了一個可以改變受測液體樣本厚度及控制樣本溫度的吸收光譜量測架構，以便能將光吸收度控制在0.4至1.9的最佳範圍內，來準確地測得水與脂肪酸在700nm至1700nm近紅外光光譜範圍的光吸收係數。 測量豬肉薄片樣本近紅外光反射的實驗結果顯示，當選擇脂肪酸的吸收峰(923nm、1033nm、1203nm、與1386nm)，和水的吸收峰(970nm與1180nm)進行光譜時，可以藉由計算這些近紅外光波長的光吸收度比值的改變，明顯地分辨出組織所含水與脂肪酸成份的差異。