學術研究
此領域中之團隊致力於開發核醫影像、表面電漿共振感測器、超解度、及超光譜光學顯微術之影像系統，研究目標為改善生醫影像系統之敏感度、空間解析度、及分子影像的能力，藉由團隊之研究成果期能提升早期臨床診斷之能力及診斷之準確性。
參與教授
| 姓名 | 職稱 | 學歷 | 研究興趣 |
| 楊宗勳 | 教授 兼理學院副院長 |
國立交通大學光電工程研究所博士 |
固態照明、色彩學、標準量測、微光機電系統、非線性動力學 |
| 孫慶成 | 講座教授 | 國立中央大學光電博士 |
LED固態照明光學、照明光學設計、顯示光學、全像光學、體積全像光學、光資訊處理、光學檢驗、光學元件與系統設計、資訊光學（儲存、通訊及顯示) 、光學系統、光學工程 |
| 張榮森 | 專案研究員 | 美國亞利桑那大學光學博士 | PhD from Optical Science Center, University of Arizona, USA |
光學設計製造、人工智慧、圖形識別、迷糊理論與神經網路、視光學、生物光機電學、微小鏡片系統、奈米技術及應用、奈米生醫、LED光機電熱整合研究、軟性線路板光電導熱技術與材料、非接觸式光學量測。 |
| 鍾德元 | 教授 | 美國中佛羅里達大學 光學學院 CREOL 光學博士 |
雷射物理、雷射模態與光譜分析、體積布拉格光柵、光聲效應、太陽能電池光激發螢光與電激發螢光檢測、太陽能電池與LED的熱鎖相分析技術、LED光電熱模擬與分析、LED穩態與暫態電熱特性分析。 |
| 陳怡君 | 副教授 | 美國亞利桑那大學光學 博士 |
生醫影像檢測、核醫影像儀器、醫學影像處理、光機電系統整合、視覺績效與舒適度評估、光學精密量測 |
| 陳思妤 | 教授 | 國立台灣大學光電工程學博士 |
非線性光學、光學顯微系統、生醫光學影像、生醫影像統計分析 |
| 簡汎清 | 教授 | 國立中央大學 光電博士 |
光學生醫影像資訊、奈米生醫材料、單分子生物物理、光學生物感測、雷射光譜 |
| 張正陽 | 兼任特聘教授 | 美國麻省理工學院材料科學與工程博士 |
太陽能電池、矽光電子學、奈微米光學、光電材料、固態照明、光通信、光儲存、生物光電、非線性光學與材料、光折變材料、晶體生長 |
研究成果摘要
陳怡君
陳怡君教授在生醫影像領域的研究包括核子醫學影像儀器的開發與校準，以及表面電漿共振分析儀之研發與應用。
核子醫學影像儀器研發
Micro-SPECT常應用於小動物模型，以探討與人體相關疾病之致病機轉、進程，以及可能的治療藥物與方法之生醫研究。本實驗室自2010年8月起與原能會核能研究所合作，發展核子醫學影像系統之複合式系統校準方法，結合簡化格點掃描實驗與數值模擬，快速建立核醫影像系統之影像重建系統矩陣，所獲得之最新研究成果發表於2011年10月IEEE Medical Imaging Conference。此外，本實驗室已著手開發一伽瑪射線相機模組，將以對稱式電荷分離電路縮減訊號輸出通道，而藉MDRF (Mean Detector Response Function)實驗及最大可能性位置估算法計算伽瑪射線於相機平面上之位置，用以驗證所提出之核醫影像系統校準方法。預計此方法將可應用於產生單針孔、多針孔、及雙核種SPECT之系統矩陣。
圖1、簡易格點掃描示意圖。
圖2、由3D格點掃描以及內插法所建立之系統矩陣的Derenzo假體重建影像比較。
表面電漿共振分析儀之研發與應用
本研究在設計開發一個桌上型的相位式表面電漿共振影像感測器，透過光學架構設計及區間積分資料擷取模式，使系統具有高折射率解析度及動態量測能力，以適用於生物分子之高通量平行篩檢。為消除環境擾動之影響，利用偏極光學元件組成準共路徑干涉儀架構，並在系統進入表面電漿共振模組前先擷取一參考訊號，作為對環境雜訊與雷射光強監測補償之訊號來源；為實現動態量測能力，利用壓電致動器引進連續的線性相位差，使外加相位差與訊號擷取同步，取得相移干涉術所需之干涉訊號。目前整體系統架構可進行單點或全域影像的表面電漿共振角度調制及相位量測，相位量測穩定度在200秒內為0.4度，量測不同濃度的鹽水所得系統靈敏度為5.1 × 104 度/RIU (Refraction Index Unit)，換算得系統折射率解析度為7.8 × 10-6 RIU，與現有文獻上其他SPR相位影像系統表現相當。此系統目前已應用於生物分子結合之親和力研究，預計整合迭代式相移干涉演算法，使相位演算不受PZT非線性位移及系統振動影響，進一步優化系統表現。
圖3、動態表面電漿共振影像系統之光機架構。
圖4、(a) SPR系統相位穩定度量測；(b) 不同濃度鹽水的SPR相位與折射率關係圖。
陳思妤
陳思妤教授在生醫影像領域的研究主要為開發超解析度光學顯微術，包含受激放射耗乏顯微術及結構照明顯微術，及超光譜雙光子顯微術。
超解析度光學顯微術之開發
基於光所具有的繞射特性，傳統光學顯微術的空間解析度會受限於繞射極限，而為了克服這個限制，近年來有許多超解析度的光學顯微系統被發展來解析生物體內100 nm以下的微小結構，其中包括結構照明顯微術。由2010年11月起，在國科會計畫的支持下，目前正於本實驗室建構一套雙光子結構照明顯微系統，此系統結合雙光子螢光顯微術及結構照明顯微術，目的為達成在厚組織內取得超解析度的光學切片影像。而不同於傳統的結構照明顯微術，為了滿足激發雙光子螢光所需要的高激發強度，本系統為一點掃描式的影像系統，而格子狀的結構照明則通過同時對激發光強度作時間上的調控及對激發光聚焦點作空間上的掃描來達成。在此結構照明下，待測組織中空間頻率較高的成分將在傅式空間中產生頻率的位移，使得高頻的資訊能進入系統的光轉換函數(OTF)，而能將影像的解析度提升至繞射極限之上。除此之外，因雙光子螢光顯微術的非線性特性，其本身即具有光學切片的能力，本系統將結構照明與雙光子螢光顯微術進行結合，將能進一步改善影像的縱向解析度，以在厚組織內取得超解析度之光學切片影像。
圖5、以點掃描為架構之雙光子結構照明顯微系統示意圖。其中聲光調制器(AOM)用來進行時間上的光強度調變，而一對掃描鏡則用來進行二維的點掃描。
圖6、以直徑為20-nm之螢光小球為樣本，模擬所得之(a)傳統雙光子螢光及(b)雙光子結構照明顯微影像。(c)沿圖(a)及圖(b)中黃線所描繪出的訊號強度曲線，由曲線之半高寬可知傳統雙光子螢光顯微術(藍線)之解析度約為343 nm，而雙光子結構照明顯微術(綠線)之解析度則約為164 nm。
雙光子超光譜顯微術之開發
分子影像成為目前的生醫研究中相當重要課題，但因生物組織內的分子組成相當複雜，且不同分子的螢光放射光譜可能彼此嚴重交疊，只使用分光鏡及濾片來分離螢光訊號是不足以取得高準確性的分子資訊。為了解決螢光光譜互相干擾的問題，超光譜顯微術能同時取得空間及頻譜的資訊，並透過光譜分析來將各種分子的螢光訊息做清楚的分離。由2011年4月起，在中央大學邁向頂尖大學計畫的支持下，本實驗室與中央光電系梁肇文、陳昇暉、鐘德元、及陳彥宏老師之實驗室開始一合作計畫，計畫於本實驗室建立一套點掃描式的雙光子超光譜顯微系統，而為了進一步提升顯微系統的影像品質、空間解析度、及光譜分析的準確性，在此計畫中將會把自由曲面光學元件、先進光學鍍膜、及多波長雷射激發等技術與本系統進行結合。基於雙光子螢光顯微術所具有的在厚組織內的光學切片能力、較低的光破壞性、及較深的穿透度，本系統完成後將能應用於活體內或臨床的應用上，並能提供在生物醫學研究及臨床診斷上更有價值的分子資訊。
圖7、點掃描式超光譜顯微術之基本概念
圖8、單波長激發超光譜系統之架構圖，X軸的掃描(快軸)由一維掃描鏡來達成，而Y軸(快軸)的掃描則由平移台移動樣本來達成。快軸掃描後之線形訊號將由反射式光柵繞射，並以二維CCD陣列偵測器記錄之。
