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A Mg(OH)2 preconcentration/matrix reduction method for the determination of rare earth elements in environmental water sample by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry

Abstract Laser ablation is most frequently applied to the analysis of solid sample. A combination of laser ablation (LA) with inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) is one of the most powerful analytical techniques. LA-ICP-MS is advantageous because of its direct solid sampling capability, high sensitivity, fast analysis, microanalysis, and depth profiling capabilities. In this study, it was to evaluate the determination of rare earth elements as well as trace elements in water samples based on preconcentration with magnesium hydroxide prior to their determination by LA-ICP-MS. Dried microdroplets of sample, as well as standard solution previously mixed with methylene blue (MB), were prepared on a PTFE filter and ablated by LA-ICP-MS. MB was used as a matrix modifier to enhance the sample transport efficiency in LA-ICP-MS. Another advantage of MB toward this experiment is the absorption ability of UV light at 213nm. The influences of various analytical parameters for the quantitative recoveries of REEs, such as type of Mg carriers, quantity of Mg(OH)2 precipitated, pH effect, reaction time, absorption efficiencies of Mg(NO3)2, Ba2+ removal efficiency and repetitive co-precipitation process have been thoroughly investigated. Both the external standard and internal standard were applied for quantification by LA-ICP-MS. A good precision (RSD<10%) and high recovery (95~105%) result can be obtained in this research. The high correlation coefficients (0.998~0.999) and low detection limits for most elements of interest showed that this method would be useful for future quantification in any kind of liquid samples. The proposed method was applied to real environmental samples, such as bottled water, tap water, swimming pool water, lake water and simulated seawater.

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使用蒙地卡羅方法評估多切面電腦斷層掃描劑量:假體研究

電腦斷層掃描檢查提供臨床上高品質和三度空間各方向、角度與切面的醫學影像，給予醫生在判斷受檢者的病兆上顯著的幫助。相對的，隨著掃描切片解析度越來越小、檢查的頻次越來越高，掃描檢查同時，受檢者所接受的輻射劑量與健康危害風險也日漸增加。有鑒於此，致力於研究電腦斷層檢查對病人造成的劑量貢獻並設法降低輻射劑量與改善醫療品質為目前國際間熱門趨勢。 本研究利用蒙地卡羅程式BEAMnrcMP建立一台電腦斷層掃描儀模型，對此模型的照野大小、射束品質、劑量特性進行驗證，並完成了螺旋掃描模式的模擬，確認了臨床應用的可行性。另一方面，利用圓柱形與擬人形假體的電腦斷層影像建製成數位化體素假體。最後將假體代入蒙地卡羅劑量計算系統，分析電腦斷層劑量指標(CTDI)，找出合適的絕對劑量轉換因子(normalization factor)，進而計算出擬人形假體的器官劑量。 以建立的蒙地卡羅劑量計算系統為基礎，作為台灣電腦斷層掃描檢查器官劑量與有效劑量的評估極具意義，對學術研究與臨床建議都有顯著的價值。

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硼中子捕獲治療計畫系統NCTPlan對多形性膠原母細胞瘤之病患進行最佳化

「多形性膠質母細胞瘤」(glioblastoma multiforme, GBM)是一種大腦中高度惡性的腫瘤，其最主要的特徵就是經過手術遺留的癌細胞，幾乎一定在旁邊的正常腦組織再衍生新的癌細胞，因而使得大部分病患不到兩年就死亡。而硼中子捕獲治療(boron neutron capture therapy, BNCT)就是種只能破壞腫瘤細胞與其鄰近的組織的治療方式，且在國際上對於治療GBM方面已取得不錯的治療效果，儼然形成近來研究的焦點。 我國清華大學的BNCT團隊也積極推動THOR於臨床上的應用，除了在2004年完成了中子射束通率的提高，更發展多項小動物細胞及藥物特性的研究，預期在未來的某一天能從事人體試驗與臨床治療。因此在發現THOR的射束品質較國際原子能總署(International Atomic Energy Agency, IAEA)所建議的指標值好之後，需要更深入的了解與探討THOR中子設束的特性。 本次研究首先就是利用MCNP程式模擬輻射在Snyder頭型假體中，與物質作用的情形，藉由三種假體射束參數—有效治療深度(AD)、有效治療比例(AR)及有效治療深度劑量率(ADDR)，以評估THOR中子能譜THOR50c的強度和品質，更與已有多年臨床試驗的Harvard—MIT團隊所使用的M67中子能譜相比較，使此結果更具有說服力，也為THOR邁向臨床試驗奠定穩固的基礎。 接著利用由Harvard—MIT團隊所研發並授權於我國的治療計畫系統NCTPlan，分別對國內外的兩位GBM病患進行治療計畫最佳化，也就是改變治療參數，包含照野數目、照射方向等，找出最適合此兩位患者的治療方式，而使腫瘤接受到最高劑量以殺死癌細胞，但周圍正常組織與危急器官則盡可能地降低劑量以減少副作用的產生。 文中除了呈現THOR50c與M67相互比較，以及兩位GBM病患治療計畫最佳化的結果之外，也對於治療計畫NCTPlan的操作方法作了詳盡的描述，可提供使用者參考，相信對於NCTPlan於國內的使用有所助益。

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利用射束擋塊對於數位X光機進行散射修正

在放射影像中，導致影像品質降低的原因主要是因為散射輻射，所以在影像處理上面有很多學者都致力於將散射輻射修正的方向，散射輻射是主輻射在通過物質的時候發生作用，而損失部分能量且偏移其方向，並在影像板被記錄，但這樣的資訊是不具有任何解剖資訊的，故要將之移除並提昇影像品質。 臨床方面也有一些方法來減少散射輻射在影響上產生紀錄，例如鉛柵，主要是將散射輻射擋下，使主幅射穿過鉛柵打在影像板上，但是鉛柵同時也會將主輻射擋下，所以用在臨床上是必須要增加管電流來補足因為鉛柵所失去的光子數，如此便會增加病人劑量。 在此提出射束擋塊法，此方法中是用121個999純金金屬的射束擋塊來擋住主射束，其中每一個射束擋塊都是1mm厚、1mm直徑的金屬圓柱塊所製成，故可發現射束擋塊下方所記錄到的數值可推論為散射輻射的貢獻影響，得到121個只有散射輻射貢獻的數值後，在射束照野之外的部份也有散射輻射的貢獻，因此將射束擋塊得到的121個數值和射束照野外的值去做二維內插，因此得到一張只有散射輻射所貢獻的影像。在射束擋塊法中是照射兩張影像，其中一張影像是有射束擋塊陰影的影像、一張是沒有射束擋塊陰影的影像，利用有射束擋塊陰影的影像來得到只有散射輻射所貢獻的影像，那將沒有設束擋塊陰影的影像去減去只有散射輻射所貢獻的影像，因而得到一張只有主射束貢獻的影像。 將修正影像和使用鉛柵的影像做一個比較，使用對比解析板將影像品質量化，這樣的結果中發現射束擋塊法的對比值比鉛柵法還要好，在雜訊值上射束擋塊法較高，而在IQF值上兩者並無明顯差異。

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模擬雙游離腔於光子與中子混合輻射場的反應特性

本論文乃利用蒙地卡羅方法來決定游離腔在中子場下的相對中子靈敏度(relative neutron sensitivity)，並且應用於清華大學開放式水池反應器(Tsing Hua open-pool reactor，簡稱THOR)中雙游離腔法(dual ionization chamber technique)的量測。 THOR硼中子捕獲治療(boron neutron capture therapy，簡稱BNCT)之治療環境為一混合輻射場：反應器產生的超熱中子束呈能譜分佈，並且常伴隨有光子產生。為了瞭解混合輻射場對病人的的影響，因此須使用多種方法來評估不同輻射的劑量貢獻。其中常利用雙游離腔法得到快中子劑量及光子劑量。在應用雙游離腔法計算劑量時，須知道游離腔對中子的反應，才能以公式解得到快中子及光子的劑量貢獻。 由於中子反應與能量相關，會隨著中子射束品質的改變而不同，因此在本論文中找出游離腔與中子反應的關係，並討論游離腔之角度依存性，再進一步得到BNCT混合場下水假體中不同位置游離腔對中子的反應。最後使用實驗量測結果配合游離腔的中子反應得到水假體中不同位置的快中子劑量及光子劑量。

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脈衝式超音波聲鉗時序理論模型

控制小粒子在科學界上是屬於重要的討論的議題。雷射光鉗提供了很好的捕捉方法來控制小粒子的運動，在許多領域上都運用了雷射光鉗來完成重要的研究。但由於雷射光的物理限制，減少了能夠被應用在深層物質的可能性。聲鉗是被聲波所驅動，所以在非真空介質下，聲波會比電磁有更好的傳遞效率。在之前的聲鉗研究中，均是使用連續的駐波架構來捕捉小粒子，但由於架構上的特性，導致應用上也受到了限制。於是本研究希望提出使用單一探頭並使用脈衝波的模式來捕捉小粒子的方法，並經由理論和模擬來驗證可行性。在本研究中，先對於粒子在脈衝聲場中受力情況做分析討論，藉由受力的狀態來決定粒子的運動情形。分析運動模式可以瞭解小粒子是否被超聲波聲場所捕捉。一開始的模擬條件是設定粒子位於超音波聲場中心軸上，只單獨討論粒子在中心軸的受力情況。對於不同的參數進行分析和模擬，可發現到使用f-number越小的探頭、聲阻抗和水越接近及半徑越大的粒子，對於被捕捉的可能性就會越好。除此之外，也探討了粒子中心偏軸的受力情況，發現離軸時，會受到拉力而把粒子拉回中心軸。同樣重複一維的模擬參數，會發現在一維較佳的狀態下，二維也同樣會有較大的捕捉區域。最後，將透過分析及討論來驗證模擬演算法的合理性，在符合物理意義下，將會證明脈衝聲鉗的可能性。也希望在未來可應運該技術來進行生物體內粒子的控制。

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雙頻激發高頻超音波於超音波對比劑應用

利用非線性振盪特性偵測超音波對比劑已被廣泛使用於超音波血流成像中。根據非線性成像的報告指出，利用分辨對比劑所產生之諧波訊號，對比劑與組織可以有效的於影像中分辨出來。而高頻超音波(>10 MHz)系統雖然可以提供更高之空間解析度於微循環血流成像中。然而，受到高頻訊號的衰減以及商用對比劑共振頻率範圍的限制，無法達到足夠的訊雜比。 在本研究中，我們提出一新式的雙頻超音波來誘發對比劑產生非線性訊號於高頻超音波系統中。此成像方式之優點在於可以達到提昇對比訊號強度以及保留影像高解析度的特性。根據本研究指出，當雙頻超音波之頻差頻率成份與對比劑共振頻率接近時，雙頻超音波訊號可以有效的誘發對比劑產生非線性振動，進而大幅提昇回波訊號的強度。而此頻差頻率成份並不受限於高頻超音波探頭頻寬，故可在高頻系統下有效率誘發小氣泡產生低頻振動。 另外在超音波對比劑擊破的研究方面，利用對比劑包覆特定物質並將其擊破於特定區域已經被證實可以達到藥物輸送的目的。因此，我們亦提出一聲學方式來評估超音波對比劑在雙頻超音波下的擊破情形，並探討雙頻超音波之橫向解析度。根據研究結果顯示，雙頻超音波相對於傳統超音波具有較佳之擊破效果以及橫向解析度。 本研究主要探討雙頻超音波於對比影像的應用，並觀察不同激發參數於對比劑非線性成像的影響。根據結果顯示，雙頻超音波影像具有高對比解析度以及高橫向解析度之特性，並可於特定聲學條件有效誘發對比劑的破裂。此方法在現有之超音波系統架構上即可實現，無須做大幅的更改，具有相當的實用性。本方法除了可以用在高頻超音波血流成像外，未來亦可應用在藥物輸送的研究中。

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以蒙地卡羅方式建構諾力刀系統及微多葉式準直儀並探討其劑量特性

為提供研究者進行強度調控放射治療之劑量分佈模擬，本研究利用蒙地卡羅模擬程式BEAMnrc建構直線加速器諾力刀系統（Novalis，BrainLab/Varian）及其配備之微多葉式準直儀（m3），並準確地追蹤射束經過機頭各構造時粒子的遷移與作用，包括多葉式準直儀的圓形葉片尖端構造（rounded-leaf end）、葉片側面凹凸齒狀構造（tongue and groove）等。我們利用Varian 600C/D參考手冊並加以微調以建構諾力刀系統靶至準直儀的部份，並選擇最適當的入射電子參數組合為6.0 MeV、FWHM(R)為0 mm、FWHM(E)為0.2 MeV、角度分佈1.5°。 m3構件模組的部分則使用BrainLab m3設計圖設定包括葉片上緣位置、葉片尖端、葉片寬度、凹凸齒狀構造、y方向起始位置等參數，並比較模擬及測量之alternate block field劑量剖面，以設定適當的葉片間空隙。建構完成之m3構件模組以alternate block field以及block field進行物理及劑量特性的驗證，前者之差異約有91% 於2% / 1 mm之內，後者之差異則約有94% 於2% / 1 mm之範圍內，皆與文獻相近。

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榕樹葉中脂質與PAHs化合物相關性之探討

多環芳香烴化合物(Polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)是一種普遍存在環境中的化合物，其分佈的範圍包括大氣、土壤、水體及其底泥、落塵、石油以及植物體內，並且被視為重要的環境污染物。PAHs具有穩定不易分解的化學穩定性，在環境中具有較長的半衰期。因此，PAHs的生物累積現象是一個值得探討的課題。某些PAHs，如Benzo(a)pyrene及Benz(a)anthracene等經證實具有致癌性及致基因突變性。基於上述的原因，已有為數不少的文獻針對環境中之PAHs進行研究。而藉由PAHs的親脂性，我們可在植物中找到PAHs，進而利用植物作為PAHs的環境監測器、儲存場所，甚至作為PAHs生物復育的載體，特別是具有大表面積的植物葉部相當具有潛力。 為了瞭解植物葉中PAHs累積的情形，進而提供以植物儲存PAHs的參考，本研究針對榕樹葉中的脂質及PAHs的含量進行分析研究，以瞭解榕樹葉中脂質與PAHs的相關性。 本研究利用超音波震盪萃取採樣樣本，並以HPLC/Fluorescence分析其中之PAHs化合物，所得之結果以Acetonitrile萃取之校園內採樣點之平均總PAHs濃度為0.1250 μg/g，以2,3環PAHs的比例為最高，道路旁採樣點之平均總PAHs濃度為0.1913 μg/g，以4環PAHs的比例為最高。以Dichloromethane萃取之校園內採樣點之平均總PAHs濃度為0.1603 μg/g，以2,3環PAHs的比例為最高，道路旁採樣點之平均總PAHs濃度為0.1009 μg/g，以4環PAHs的比例為最高。 比較葉中脂質與PAHs含量之相關性，以Acetonitrile萃取所得之PAHs濃度均與葉中脂質呈現低度負相關，而以Dichloromethane萃取之樣本，在校園採樣點所得之PAHs濃度與葉中脂質呈低度正相關。榕樹葉中脂質與PAHs濃度之相關性皆不明顯，此結果與文獻比較過後推測應為榕樹葉中之脂質變化幅度不足以顯示其與PAHs濃度之相關性有關。

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Using 99mTc(I)-Histidine-Annexin V to image and monitor radiation-induced apoptosis in normal organs in mouse model

本論文利用之前本實驗室以分生技術合成在N端接有6個組胺酸 (histidine) 的annexin V (簡稱histidine-annexin V)，以鎝99m(I)三羰基離子標誌histidine-annexin V製備所得99mTc(I)-histidine-annexin V造影劑，探討作為小腸內壁黏膜微血管內皮細胞或幹細胞凋亡造影劑之可行性。實驗方法:合成鎝99m(I)三羰基離子， [99mTc(CO)3(OH2)3]+進行直接標誌his-annexin V，所得99mTc(I)-histidine-annexin造影劑，以高效能液相層析(HPLC)鑑定其放化純度。利用經γ-ray照射Jurkat T cell作為細胞凋亡組以及未照射Jurkat T cell作為控制組，評估99mTc(I)-histidine-annexin V結合凋亡細胞之生物活性。在活體內試驗，一組實驗以經γ-ray全身照射之小鼠(實驗組)以及未經照射之小鼠(控制組) 分別注射99mTc(I)-histidine-annexin V，分別於5 分鐘、0.5、1.5、2、2.5及3小時後犧牲，取體內器官組織測量放射活度以評估生物分佈。另一組實驗以 99mTc(I)-histidine-annexin V注射入接受γ-ray全身照射不同劑量的實驗小鼠 (實驗組) 以及未接受γ-ray照射的實驗小鼠 (控制組) ，待兩小時後，藉由動物用奈米型單光子/電腦斷層融合影像儀（nanoSPECT/CT）進行造影。實驗結果： [99mTc(CO)3(OH2)3]+之合成產率可達90 %以上，99mTc(I)-histidine-annexin V之標誌產率可達90 %以上。由細胞實驗得知99mTc(I)-histidine-annexin V對凋亡細胞具高度親和性。由生物分佈結果得知，此造影劑在血液之廓清速率頗快，經半小時後已低於0.2 %ID/g。此快速血液廓清速率導致此造影劑在心臟及肝累積不高，相對的腎臟則有大量吸收，由此推論腎-膀胱應為主要排泄路徑。比較γ線照射過以及未經照射之小鼠：接受輻射造成小腸細胞凋亡，此造影劑有明顯的吸收，在照射後經2小時達最大累積量；無接受輻射照射小鼠,小腸部位此造影劑吸收劑量低。由nanoSPECT/CT影像經ROI分析，接受輻射之小鼠其小腸細胞凋亡影像隨接受輻射劑量(0, 8, 12 Gy)增加，其每單位cm3的放射劑量幾乎成比例增加。結論：本論文第一次以99mTc(I)-histidine-annexin V成功地以輻射照射小鼠模式作為小腸內壁黏膜微血管內皮細胞或幹細胞凋亡造影，對於癌症臨床放射治療造成正常器官之傷害提供一頗具潛力的偵測方法。