國立成功大學「邁向頂尖大學計畫」
延攬優秀人才工作報告表
NCKU’s “Aim for the Top University Project”
Work Report Form for Distinguished Scholars
續聘
continuation of employment□離職
resignation
100 年 7 月 13 日更新
受聘者姓名
Name of the Employee
梁日輝
男 女Male Female聘 期 Period of Employment from 100 年(y) 9 月(m) 1 日(d) to 100 年(y) 11 月(m) 30 日(d) 研究或教學或科技研發與 管理計畫名稱
The project title of research, teaching, technology development and management
一個應用於正顎手術的導航咬
合器產品開發
計畫主持人 （申請單位主管） Project Investigator (Head of Department/Center)方晶晶
補助延聘編號 Grant NumberNSC 100 - 2321 - B - 006 - 005
一、
研究、教學、科技研發與管理工作全程經過概述。（由受聘人填寫）
Please summarize the entire research, teaching, or science and technology R&D and management work process (To be completed
by the employee) 本研究提出一個整合導航裝置與 CT 影像導引(image-guided)的新型咬合器，我們稱為導航咬合器 (navigational articulator)。本發明將專為施行正顎手術而開發，亦可衍生應用於顳顎關節(TMJ)異常需要置 換手術的病例。本醫療器材產品組成共有三部分：核心計算模組、光學導航裝置、新型咬合器。核心計算模 組需要進行大量的資料處理、演算法開發及空間幾何運算。本計劃利用既有的經驗，自主開發新型導航型 咬合器可達到免面弓、無失真置位目標。
二、
研究或教學或科技研發與管理成效評估（由計畫主持人或單位主管填寫
）Please evaluate the performance of research, teaching or science and technology R&D and management Work: ( To be completed
by Project Investigator or Head of Department/Center)
(1)是否達到延攬預期目標？
Has the expected goal of recruitment been achieved?
受延攬人在延攬期間按照計劃預訂進度達成研究目標。 (2)研究或教學或科技研發與管理的方法、專業知識及進度如何？
What are the methods, professional knowledge, and progress of the research, teaching, or R&D and management work?
牙模與顎骨影像融合 - 掃瞄石膏牙模 在進行手術規劃時所使用的三維模型是由CT 掃瞄影像建立，通常由於幅射劑量的原因，掃瞄的 解析度會比較低，當需要進行更精細的比對，可以用石膏牙模進行高解析度掃瞄重建模型，再利用 影像融合的方法就可以將石膏牙模取代原有的CT 模型。 目前使用者可以利用手動的方式進行牙模與顎骨的影像融合，圖一顯示的分別是掃瞄影像的三主 軸向切層影像，而載入的石膏牙模在切面上的截線則是以紅線表示，使用者可以利用3D 視窗中的 旋轉/平移控制介面將模型疊合到影像上，使用者也可以利用不同的切層位置，確認模型融合的結 果。 1
圖一 手動模型融合
另外，使用者也可以選用半自動的方式進行融合，首先使用者需要將石膏模型牙齒的部分分離出
來(圖二)，然後利用手動介面，將牙齒粗略移動到目標位置，再利用 iterative closest point
(ICP)演算法將模型精確定位在掃瞄影像上。 建立處理石膏牙模雷射掃瞄點的資料結構 當高解析度的石膏牙模經對位輸入到軟體之後，就可以用於完整上/下顎的輸出。如果有更詳細 的資料結構，就可以應用在其他方面，例如：植牙輔助等等。建立資料結構的功能主要是提供個別 牙齒雲點的功能。 建立資料結構的第一個項目是設定模型屬於上顎或下顎，由於模型已經利用手動的方式將牙齒 與牙齦分離，所以會形成一個自然弧形，我們就可以利用這個弧線作為近似的牙弓曲線。
牙弓定義程序
1. 設定上/下顎
2. 找出模型中心點作為柱狀座標
原點
3. 將極座標角度進行排序
4. 以雲點位置作為資料點、極座標
角度作為曲線參數建立近似
NURBS 曲線
之後就可以根據點的位置是否與中心點位於牙弓曲線的同一側，判決三角網格是位於舌側、頰側。 另外，根據[Ohtake, 2004]提出在網格模型上找尋山谷/嶺線的方式，可以將每一隻牙齒獨立分 離出。類別以MeshModel 作為資料的輸入，透過呼叫 SetMaxilla 或 SetMandible 函式設定為上顎/下
顎。IsLingualSide 函式用於判決輸入的座標是否位於舌側，而 GetTooth 則會依照輸入的編號回傳牙 齒雲點。 建立標示掃瞄點中標記物的使用者介面 為了快速整合石膏牙模與位置追蹤系統，我們讓病患在進行掃瞄時咬住咬合定位片，定位片中 白色的部份是針對不同病患咬合情形樹脂，由牙齒的外形與上/下顎的相對位置，作為石膏牙模的定 位依據。透明壓克力板上黏有3 顆鋁合金球，可以在 CT 掃瞄影像中分離出金屬球的外形。而咬合定 位片的前方電路上有三顆LED。金屬球與 LED 的相對位置再要先進行量測。 病患進行掃瞄之後，在 CT 影像中由於鋁與壓克力對 X 光的吸收量有很大的差異，可以很容易透 過閥值選取分離出金屬球。 2
我們可以利用金屬球重建的三角網格外形計算酸的中心位置。如過不考慮量測的誤差，我們只需要 取任何四個不共面的網格點，代入以下公式時即可得到球的中心位置： 較穩健的方法是考慮所有的網格，利用最小平方法降低誤差。我們求取一組系數讓誤差函數 E 為最 小： 得到的座標為(-A/2, -B/2, -C/2)，而球的半徑則用來驗證計算結果的精度。 在製作咬合定位片時，我們利用Microscribe 取得三個金屬球與定位片前方的三個 LED 的相對位 置。建立這項關係的目的是為了連結 CT 影像與光學追縱系統。 在取得金屬球在 CT 影像中的位置之後，我們就可以根據咬合片的位置、左右顝狀突連線的軸線， 將石膏牙模固定在導航咬合器上。在導航咬合器的上方，裝有一片 LED 定位板，對應病患中臉部的參 考位置，我們只需要將石膏牙模，程式可以提供數據輔助將牙模安裝到正確的位置。固定之後，就可以 完成傳統咬合器的功能。 當需要進行切骨手術規劃時，為了獨立追 切骨之後的相對位置，就需要在每一片獨立的骨去上緃 安裝一片 LED 定位板，見圖五下方兩片綠色定位板。在進行第一次註冊時，咬合器上的牙模必須確實 咬在咬合定位片上，否則之後規劃的位置就會有誤差。 我們將 中臉部的參考座標系定為T0 咬合定位片的座標系定為T0’ 上顎骨的的座標系定為Tmaxilla 下顎骨的的座標系定為Tmandible 由光學追 裝置就可以得到定位板上緃 LED 的空間位置，再推導上/下顎骨的轉移矩陣，作為病患 顎骨的原始位置。 蒐集軟體測試標準 醫療器材(含軟體)的確效管理與測試是使用風險管理 ISO 14971 標準，在軟體的開發生命週期 中，可以分為以下五個階段，而ISO 14971 的文件也根據中間每一個階段進行品質管理。 1. 分析使用者需求 2. 針對需求，訂定需求規格書，明確定義產品的功能 3. 設計規格書，明確訂定軟體的組織與行為 4. 撰寫程式 5. 測試驗證，確認產品滿足使用者需求 針對以上的開發生命週期，軟體驗證需要檢附以下11 份技術文件 1. Level of Concern: 說明軟體產品對於安全層級方面的定義與判定方法 2. Software Description: 軟體的概要說明
3. Device Hazard Analysis: 說明軟體可能故障而引發的各種危害分析
4. Software Requirements Specification: 說明軟體需要達成的功能與限制等需求 5. Architecture Design Chart: 以圖表方式說明軟硬體的架構、流程、功能與軟體模組 6. Software Design Specification: 實現軟體需求之設計
7. Traceability Analysis: 將設計、測試、危險分析連結成矩陣表格的方式，提升檢視文件效率 8. Software development Environment Description: 說明軟體開發的專案策略與管理方
式
9. Verification and Validation Documentation: 說明軟體開發過程中，需求確認與驗證的 工作
10.Revision Level History: 記錄產品開發的過程與軟體修正歷史 11.Unresolved Anomalies: 記錄軟體未解決的異常情況
軟體測試的層級可以分成： 驗收測試：
目的：是否滿足使用者需求
定義：判斷測試結果是否滿足客戶的需求 系統測試： 目的：理託軟體為完整的實體，能夠與操作需求配合 定義：測試整個硬體與軟體的完整性 整合測試： 目的：確定滿足設計的目標 定義：硬體與軟體元件的整合測試 單元測試： 目的：確認程式邏輯的完整性與正確性，確定元件的運作符合設計要求 定義：檢查軟體元件的設計實作 各個軟體測試流程，可以分為以下步驟： 測試計劃： 測試範圍、方式、資源與排程 測試設計： 設計要測試的功能與方式 測試案例： 執行最精簡的測試案例 測試程序： 測試系統之執行步驟 測試執行： 測試報告： 摘要所有測試結果 (3)受延攬人之研究或教學或科技研發與管理成果對該計畫(或貴單位)助益如何？
How have the research, teaching, or R&D and management results of the employed person given benefit to the project (or your unit)?
受延攬人為準備計劃下一年度進行的醫療器材認證，參加由工業技術研究院舉辦的「醫療器 材軟體確效管理及軟體開發流程/測試/驗證實務課程」。
(4)受延攬人於補助期間對貴單位或國內相關學術科技領域助益如何？
How has the employed person, during his or her term of employment, benefited your unit or the relevant domestic academic field?
蒐集軟體測試標準，進行軟體確效驗證準備工作。 (5)具體工作績效或研究或教學或科技研發與管理成果：
Please describe the specific work performance, or the results of research, teaching, or R&D and management work:
參照ISO 14971 標準完成數學函式庫與網格函式庫測試報告。
(6)
是否續聘受聘人
?
Will you continue hiring the employed person? 續聘Yes□不續聘
No※此報告表篇幅以三～四頁為原則。This report form should be limited to 3-4 pages in principle.
※此表格可上延攬優秀人才成果報告繳交說明網頁下載。
This report form can be downloaded in http://scholar.lib.ncku.edu.tw/explain/
