全國中小學科展

2024年

FVeinLite: 輕量化CNN手指靜脈辨識模型與醫療領域之應用

台灣少子化、老齡化問題迫切,醫療資源入不敷出,使得遠距醫療成為潛在的解決方案與趨勢。然而,遠距醫療的身份驗證安全性尚未完善。指靜脈辨識有非接觸、體內生物特徵等特性,其在衛生性和高安全性的優勢在醫學相關領域與醫療院所備受關注。若能夠開發出遠距醫療可用的指靜脈辨識,將有機會為遠距醫療產業的安全性貢獻一份心力。本研究主要分為兩階段:其一旨在優化指靜脈辨識技術,利用輕量化 CNN 指靜脈辨識模型,結合 Mini-RoI 技術, 使用 FV-USM 以及 PLUSVein-FV3 兩個資料集訓練我們開發的 FVeinLite 指靜脈辨識模型,並使用不同的 epoch 值訓練出最好的模型。而我們訓練的模型相較於其他指靜脈技術具有高辨識正確率、參數量更少、運算速度快等優勢。其二,我們將模型結合自製的低成本嵌入式裝置, 並製作 API 與並使用模擬的病患資料完整打造一個可使用於遠距醫療及醫療院所的指靜脈身分辨識系統。

無限棋盤上的各種騎士

騎士巡遊是一個著名的圖論問題,指的是給定一特定大小的棋盤,讓騎士透過日字型移動看是否能不重複的通過每一個點,若最後回到原點,則稱為哈密頓迴圈(閉循環),若否,則為哈密頓路徑(開循環)。而這兩種問題前人都已經研究出了成立條件,因此我決定研究當騎士不再透過日字型的移動會發生什麼事,並探討能否透過特定移動方式,讓騎士能夠在無限大的棋盤上,不重複的通過每個格子點形成開循環。 而我的想法是先透過尋找騎士能走出來的單位圖形(矩形等能夠拼接成無限大平面的圖案),如此,我的目標是著重在找出他們的單位圖形並想辦法拼接。

死水現象—船速與內波之關聯探討

當船開過水面,因為內波而產生船速下降甚至停滯不前的現象,稱為「死 水效應」。此現象好發於初春冬冰消融之際、河川出海口等容易出現穩定密度分層區域。本研究主要針對「死水效應」進行探究,運用食鹽水製作密度分層,在水槽中利用模型船模擬現實中可能發生的情況,了解內波與死水現象的 關聯。 結果顯示當拉力較小、船重較重、上層水較薄、下層水較厚時,較容易發 生劇烈的死水現象。無論船速為何,在 Froude number 接近 1 時皆會受到內波影響,造成加速度減緩,當加速度達到負值,稱為死水現象。船一旦發生過一 次死水現象,並再加速時,船尾流會增強殘存的波,船極有可能再次陷入死水 現象,使得 Froude number 在 1 附近上下震盪,須等內波破碎或分層混亂時才 能完全脫離死水現象。同時本研究也發現船速與平均波速具有一關係式,可協 助進行觀測上等用途。

開發組織蛋白酶B之抑制劑前驅藥物及其效能探究

在某些癌症或癌前病變時,存在於溶酶體的組織蛋白酶 B的表現量會增加,目前雖然已有Ac-LVK-CHO藥物可有效抑制組織蛋白酶 B,然而此藥物無法充分進入溶酶體,精準發揮藥效作用。本研究透過自行合成 Ac-LVK-CHO,且在其結構上進行化學修飾,製得前驅藥物以提升藥物效能。此研究自行設計合成方法與修飾基團,已成功在Ac-LVK-CHO 的胺基修飾上引導基團 morpholine,使其更易進入溶酶體,同時也在醛基修飾上光解性保護基團 2- nitrobenzyl alcohol,使此前驅藥物在溶酶體內可經調控發揮活性。實驗已驗證前驅藥物的光解性質,以HPLC 圖譜與質譜分析確認此藥物照光 30 秒可完全被釋放,且光解過程為一級反應。後續將統整前驅藥物富集於溶酶體的定量結果,完成此合成前驅藥物的全面性效能評估。

The Role of Impaired SUV3 in Mitochondrial Dysfunction and Its Linkage to Insulin Resistance in Type 2 Diabetes

第二型糖尿病的主要致病機轉為胰島素阻抗性, 但胰島素阻抗性的機轉仍不清楚。以往研究發現胰島素阻抗性與粒線體功能異常高度相關,但是兩者➀間的關係及機轉目前仍有爭議。本研究以 SUV3來進行調控,SUV3為粒線體RNA分解體➀組成要件,負責粒線體RNA中的代謝及調控。小鼠SUV3缺失會引起粒線體DNA突變,粒線體功能下降,而這些表現型可以經由會由母系遺傳到下一代。我們發現這些經母系遺傳到粒線體DNA突變的小鼠,會產生葡萄糖不耐症與胰島素阻抗性,伴隨骨骼肌的磷酸化Akt表現量明顯下降。進一步的研究發現經母系遺傳到粒線體 DNA突變的小鼠會產生高游離脂肪酸血症及運動耐受性下降,間接卡洛里測定顯示脂肪酸燃燒的比例下降。影響胰島素信息傳遞途徑,因而引發胰島素阻抗性。這些研究結果將有助於糖尿病患者的臨床研究,並希望能夠幫助患者。

Study on acoustic wave and disturbances in thermal flow fields

本篇研究說明了不同週期波對於熱流場與火焰搖擺之相關原理與運動觀察。實驗中運用了重低音音響去進行週期波的擾動,而我們也從中觀測到許多現象, 如:火焰的週期性搖擺、共振等等。此外,研究包含了確認熱流場被週期波擾動 之可能性與其狀態,也在理論與分析過程中,不斷的經由多項實驗去支持我們自行推導出的偏離角度與火焰恢復時間之公式 tr ∝ 𝑎 1/2b0.55 ≃ √b/a = √𝛽/𝛼 1/(1-ρf/ρa)∙ℓ2/gR (1 − 𝑘θ)

親疏有別-水滴在親疏交錯界面之運動現象探討

當水滴碰撞親疏交錯界面,直線、弧線及螺線親疏線條決定了水滴鋪展收縮的對稱形態與受力,研究發現水滴有分割、彈跳、移動、旋轉等多樣化運動現象,接著以此基礎提出「水滴移動猜想」並且驗證成功:水滴置於繪有親水弧線道的疏水振動平板上,會因為持續的不對稱鋪展收縮產生了振動-移動現象,且和水滴大小、振幅頻率、親疏線型、平板材質、張力黏度、角度…有關。本研究亦嘗試控制水滴使其產生繞圓周、直角過彎、爬坡下坡等現象,更測試出「懸吊」水滴的振動-移動。最後,針對其形態、受力加以分析,提出模型予以解釋。

好咖配好茶

本研究取樣淺焙及深焙咖啡渣與茶葉渣經過不同時間發酵後當作肥料進行白菜植栽顯示,白菜種籽適合於酸性咖啡土中發芽,而茶葉土 pH 值較鹼,雖會延緩發芽,但營養高,於成長後期更有利白菜生長,並以發酵 2 週土最佳。接續擇優取淺焙咖啡土與茶葉土混合當肥料,或進一步使白菜籽於淺焙咖啡土發芽後再移植至全茶葉土,最佳可獲得比淺焙咖啡土高出 5.17 倍或甚至 15.8 的成長效果。茶葉土營養佳除與發酵後茶葉成分有關外,土壤中富含溶鉀及溶磷等菌種亦扮演關鍵角色。此外,富含鉀離子的茶葉土所種植的白菜能透過關閉葉片氣孔、使澱粉代謝,並藉由根部提前累積脯胺酸來應對滲透壓變化,以增加根系與葉片對抗鹽逆境與缺水的問題。本研究利用適化咖啡土 pH 值與茶葉土養分相互搭配,可有效縮短發芽時間、大幅增加產率,提升耐鹽抗旱能力,除有助活化廢棄物外,並可提升農業競爭力。

背景音樂與閱讀理解的神經處理機制

腦部若處於焦慮狀態,便會在認知上產⽣更多分⼼情形。同時,聽音樂能良好的緩解焦慮狀態並降低負面的認知影響。然⽽根據「認知能⼒假說」,在閱讀時若⼀邊聽音樂,閱讀表現便會因認知資源增加⽽受到擾亂。因此,本實驗利用主觀評量以及客觀的腦波測量,探討音樂對閱讀的影響為何?藉由改變背景音樂的情緒正負向度及在測試語句中目標詞的可預測性,探討閱讀理解之表現是否存在差異。其中,以N400 的可預測性效果作為閱讀理解的客觀指標。實驗發現,在無音樂情境下可觀察出典型的 N400 可預測性效果。然⽽,正負情緒之音樂皆會對於閱讀作業產⽣延遲的可預測性效果,其中帶有歌詞的流⾏樂會起到更⼤的⼲擾。本研究初步證實認知能⼒假說,未來將繼續收更多受試者,分析受試者焦慮狀態之影響。並分析 EEG 之腦波資料 alpha 波變化,作為放鬆程度的客觀數據。

蕗蕎對抑制血管收縮素轉化酶活性及降血壓之評估

蕗蕎為原鄉部落常見且重要的香辛料作物,具有降脂、抗動脈粥樣硬化、抗菌等活性, 但對於血管舒張作用則少有相關研究。因此本研究以乙醇對蕗蕎進行萃取,再進一步以色層 分析等方法進行純化,其分離到之化合物由核磁共振磁儀(NMR)光譜技術分析及質譜(MS) 之鑑定,鑑定得到一個主要大量的固醇類天然產物: Laxogenin。另外透過頂空氣相層析質譜儀(HS-GCMS),從生鮮蕗蕎(Allium chinense G. Don)共鑑定出 13 種化合物,其中包含 8 種含硫化合物,並以 Disulfide dimethyl 含量為 71%,占揮發氣體之含量最高。 在抑制血管收縮素轉化酶 (ACEI)活性測試中,取蕗蕎的酒精萃取物、大蒜的酒精萃取物、Laxogenin、diallyl disulfide 在濃度為 0.0125 mg/mL 下,其抑制率分別為 3.9 %、8.3 %、4.2 %、4.6 %。並透過電腦模擬分子對接技術(MDM),發現 Laxogenin、diallyl disulfide 與 ACE酵素具結合親和性,以上結果顯示,推測蕗蕎具有抑制 ACE 酵素及降血壓之功效。