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生醫電資所教師研究亮點-112年12月份「林則彬教授」

研究主題：壓力體積分析法運用在分析膀胱排尿週期之可行性 撰寫：學生邱千容 在臨床上，泌尿科多用膀胱測量分析（Cystometry）去評估病患排尿時膀胱收縮的能力，其大致作法為放置導管至膀胱處後，將膀胱注滿生理食鹽水後要求患者進行排尿，在這當中記錄患者從何時感受到膀胱內有液體、感到膀胱壓迫，因其進行時間從十五分鐘到一個小時不等，所獲得的數據中也包含了時間的資訊。 而壓力與體積之關係分析（Pressure-volume analysis, PVA）更注重於探討腔室內壓力和體積之間的相互關係，此一分析方式已廣泛應用於分析心臟的動力學。透過結合膀胱測量分析的時間資訊，PVA有助於探討膀胱的排液動力學。 林則彬老師率領團隊使用動物模式[1] 以及人體臨床檢查 {[2,3]開發了透過PVA檢測膀胱功能方法，並以膀胱內的壓力和體積的相對關係進一步定義了排尿週期的不同階段；FIGURE 4中可以觀察到大約可分成四個階段，分別是Filling phase、Isovolumic contraction、Emission phase、Isovolumic relaxation。同時並檢測了PVA的信度及確度，證實PCA的確能有效地分析膀胱週期性的穩態及動態功能。   [...]

生醫電資所教師研究亮點-112年11月份「郭柏齡教授」

研究主題-超音波導引注射輔具研發及深度學習於神經影像分割之應用 撰寫學生：陳冠彬 Point-of-care 指的是醫療人員隨時隨地都可以透過診斷工具來照顧病患，例如:血糖測試、懷孕檢測等。而隨著近年來Point-of-care 日益受到關注，超音波引導注射成為一項重要且受歡迎的技術。2019年郭教授在Journal of Clinical Medicine上發表了利用新型的二維雷射對準裝置(1.)，以幫助臨床醫生在超音波引導注射中將針頭準確定位在掃描平面上。由於新手醫生在超音波引導注射的熟悉上往往需要大量的時間才可以掌握這項技術，例如，平面方法需要手眼協調訓練，以在掃描平面中準確定位針頭並以正確的角度推進，指向目標。所以開發能夠幫助新手更輕鬆的找到目標並改進他們的學習曲線的工具至關重要。目前市面上已有多種輔助對準裝置，但是仍舊有一些缺點，例如，Infiniti PlusTM針導系統一旦針頭插入組織就缺乏直接調整針頭角度的靈活性；電磁追踪系統、光學追踪系統和機器輔助系統太大且昂貴，無法在常規診所中使用。相反，基於雷射的輔助方法相對便宜且體積較小。然而，大多數最近開發的基於雷射的針導系統僅專注於協助在掃描平面中定位針頭，而未協助其插入角度。郭教授所開發的二維雷射對準裝置不但價格低廉、重量輕，易於製造，還可適應任何類型的超音波探頭。這項裝置透過不同模式的切換為針頭的定位提供引導，包括影像平面和插入的角度。這項研究大為縮短了新手掌握超聲波技術的時間，在超音波引導注射的培訓中提供了重大貢獻。 接著，今年5月，郭教授在Ultrasound in Medicine and Biology上發表了深度學習模型應用在神經超音波影像自動分割上的研究(2.)。腕隧道症候群( Carpal [...]

生醫電資所教師研究亮點-112年10月份「周迺寬教授」

研究主題：臺灣大學附屬醫院機械化二尖瓣修復技術十年成果 撰寫：學生邱千容   眾所皆知臺灣的醫療享譽國際，周迺寬老師所在的臺大醫院心臟內外科團隊（包括小兒內外科）引進許多心衰竭的治療方法，包含但不僅限於心臟節律器、新型藥物，因心臟的重要性以及精細的生理構造，該團隊更結合了微創觀念將機械手臂(包含達文西手術)帶進手術中。雖然臺灣因為產前檢查發達，先天性心臟病的個數有逐漸減少的趨勢，但近幾年來至臺大醫院接受治療的困難病例卻逐漸增加。而隨著醫療技術及科技的發達，全世界平均壽命也逐漸延長，大約有一成的75歲以上老年人具有二尖瓣逆流的問題。   從2012到2022年，台大醫院心臟科團隊總共收了450名使用機械協助二尖瓣修復治療的個案。[1]根據病徵的不同，該團隊整理出來不同的治療方案，且如圖，其手術時間、體外循環機使用時間、恢復時間從一開始到大約30個個案後便大幅下降並趨於穩定，且在離院時平均左心室射出分率(Left ventricular ejection fraction-LVEF)已經高出正常標準值。表中可以看到使用該治療方法只有少數個案具有術後較不樂觀的現象，大部份患者都在往後十年避開了罹患中度二尖瓣疾病的機會。 Research Topic: Robotic mitral valve repair [...]

生醫電資所教師研究亮點-112年9月份「林啟萬教授」

研究主題- 脈衝射頻在生醫領域之應用 撰寫：學生陳冠彬 脈衝射頻（Pulsed Radio-frequency, PRF）在醫學領域中被廣泛用於不同的應用，包括疼痛管理和神經系統疾病治療。PRF是一種電刺激技術，可以有效地控制或減輕疼痛感，但它的應用不僅限於此。下面將介紹林啟萬教授的幾項研究，它們展示了PRF在不同領域的應用和潛力。 第一項研究2010年發表在ISSCC [1]，其中使用了無電池的單晶片系統互補型場效電晶體( CMOS SoC ) 來實施低電壓PRF刺激。這項研究的目標是觀察白老鼠接受PRF刺激後的行為，以證明其有效性。通過在腰神經節（Dorsal root ganglion , [...]

生醫電資所教師研究亮點-112年8月份「吳文超教授」

研究主題：探討失智症成因間的關係與影響 撰寫：學生曾子洋   血液提供大腦活動所需的氧氣與其他重要物質，腦血流量（Cerebral blood flow, CBF）作為臨床重要指標在人類維持腦部功能方面扮演關鍵角色。腦血流量的異常則可能會與中風、失智症（Dementia）等神經系統疾病有關，其中慢性的腦血流量減少可能會在核磁造影中觀察到白質高訊號（White matter hyperintensity, WMH），並導致腦白質疏鬆（Leukoaraiosis），進而造成失智症的發生。失智症不是單一項的疾病，而是不同症狀的合稱，包含記憶力的減退與認知功能的影響，其中語言能力、空間感、計算力、判斷力、抽象思考能力與注意力等方面的功能皆有可能退化。同時可能出現干擾行為、個性改變、妄想或幻覺的症狀。嚴重失智症可能影響病患的人際關係與工作能力。   失智症的主因包含最為常見的阿茲海默症（Alzheimer’s disease, AD）外，第二常見的則是血管性失智症（Vascular dementia），而皮質下缺血性腦血管疾病（Subcortical [...]

生醫電資所教師研究亮點-112年7月份「魏安祺教授」

生醫電子所魏安祺教授實驗室 研究主題：粒線體毒性之大數據資料庫 撰寫：學生陳冠彬 粒線體是人體細胞中的能量工廠，負責細胞代謝以及製造三磷酸腺苷(ATP)。而粒線體對於細胞功能的調節佔有功不可沒的角色，當有外來藥物或是分子的影響時，粒線體有可能會受到損傷進而產生一些副作用。所以建構一個不同藥物或是分子對細胞產生影響時，相對應會產生哪些副作用的大數據資料庫就顯得非常重要，這不僅可以幫助醫生更好的去判斷病患的症狀也可以讓我們更近一步地去瞭解粒線體的工作原理。 粒線體的失常，往往跟心血管疾病、神經退化(阿茲罕默等)和癌症有相關聯，所以研究粒線體對於人類的健康可以說是至關重要。本所的魏老師致力於研究粒線體相關的研究，2021年魏老師在BMC Bioinformatics 發表了一篇研究，利用演算法將不同相關的開放資料庫統整在一起，建立了粒線體毒性的大數據資料庫MitoTox。MitoTox是一個提供毒物資料發現跟回報的開放平台，利用Python3植入多個不同網站的資料。目前MitoTox包含了1400個混合項目與其相對應的共有34000個不同的名詞。這所有的項目還連結了870多種粒線體毒性相關的蛋白質、蛋白質副產物跟RNA目標。這些毒化物根據他們的功能和毒物機制被分到8大類、225功能副分類和650個目標子集，而被記錄在其中的全部項目都有附上來源。 像這樣龐大的工程也歸功於現今資料科學的演進，而MitTox的建立不僅可以瞭解粒線體的機制(例如:細胞質中的電位改變和ATP的製造過程)更可以促進用藥安全以及毒性預防。如此高吞吐量的資料系統，提供了統計分析跟機器學習來研究粒線體的運作機制，也可以促進未來發現或預測更多的粒線體毒物及治療的方法。在文末魏老師也提到，MitoTox的初衷便是為了學習藥物是怎麼引發粒線體產生毒性以及其他副作用的影響。MitoTox建起了粒線體毒性跟副作用之間的橋樑，也為了未來的醫學預測提供了一條捷徑。 上圖為MitoTox的資料庫來源以及平台架構[1] MitoTox database workflow and structure   [...]

生醫電資所教師研究亮點-112年6月份「黃念祖教授」

研究主題:晶片上的實驗室-光微流道生醫系統 撰寫：學生陳冠彬   微流道技術是在透明的晶片中製作微米尺度的腔室或通道，讓生物樣本在晶片中流動完成操作，包括抽取、分離、混合、分散和移動等。這項技術將原先需要在整個實驗室中不同部門的工作整合到一個晶片上，因此稱為「晶片上的實驗室」。 黃念祖教授在2021年7月發表在Biosensors and Bioelectronics中的文章[1]提到，利用光微流道系統可以進行抗菌敏感性試驗(AST)。AST是治療血液感染病患時使用的技術，通過AST測試可以確定病患感染的細菌種類，進而投放有效的抗生素治療。然而，現有的AST技術需要耗費整晚時間進行檢測。因此，這項研究提出了利用結合光學檢測的微流道系統，在一片晶片上縮短AST檢測時間為3.5小時。 在2022年3月，發表於Lab on a Chip的期刊[2]中，提出了進化的微流道AST檢測技術。新的微流道晶片具有64個獨立的微米孔槽，可以將待測生物樣本分離到各個孔槽並同時測試，從一片晶片只能測試一種細菌進一步增加到一片晶片可以同時測試64種細菌。其中使用抗生素濃度梯度微流道技術（ACGM）將不同的抗生素精確地分配到不同的孔槽進行檢驗。最重要的是，這片晶片只需5個小時就可以完成64種細菌的分辨。 最後，在2023年1月發表於ACS Sensors期刊[3]上的研究中將微流道技術應用於血液離子測試（Blood ion testing），用於監測人體的免疫狀態和提供醫生病患的生理狀態與疾病判讀。這篇研究中使用了離子敏感型電晶體與微流道晶片結合，製作出可以偵測生物樣本中鈉和鉀離子濃度的系統。 [...]

生醫電資所教師研究亮點-112年4月份「邱銘章教授」

研究主題：透過機器學習建立阿茲海默症臨床分類模型 撰寫：學生曾子洋 隨著全球人口結構改變，高齡化已成為當今全球已開發國家面臨的一大挑戰，對於健康保險、社會福利政策乃至於經濟數據與文化價值等方面皆產生重大影響。其中隨年齡增長，人體的器官與組織也會隨之老化。以神經系統為例，可能會導致神經元的衰退與萎縮，神經傳導速度減慢，神經細胞再生能力下降等問題，從而增加神經疾病發生的風險，如帕金森氏症與阿茲海默症（Alzheimer’s disease, AD）等。為因應高齡化社會導致之神經疾病相關挑戰，及早發現神經疾病並且進行對應的治療以控制症狀乃十分重要。而邱教授作為神經科醫師，同時也致力於失智症的相關研究，他也帶領研究團隊收集臨床資料並於去年針對阿茲海默症的分類發表相關研究成果 [1]。 阿茲海默症是一種慢性神經退化性疾病，是失智症中常見的一種，現仍無根治的方法。其特徵為大腦中部分神經細胞與神經元之間的連結異常從而影響大腦記憶功能。症狀包含輕微短期記憶喪失，認知障礙，甚至可能失去日常生活自理能力。阿茲海默症相關的神經疾病包含自覺認知衰退（subjective cognitive decline, SCD）與輕度認知障礙（mild cognitive impairment, MCI）。SCD是指沒有客觀認知障礙的前提下，患者自覺記憶力或認知能力下降。而MCI 則是一種介於正常老化與阿茲海默症間的狀態，常被視為阿茲海默症的臨床前期。此外相關研究表明，患有SCD與MCI的病人有較高罹患阿茲海默症的風險 [2]。為了早期發現並提供阿茲海默症的治療，邱教授與其研究團隊開發一機器學習模型以對潛在病患進行分類，判斷其屬主觀認知衰退、輕度認知障礙或阿茲海默症。 [...]