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专利号: 2018114512658
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于CycleGAN的虚拟切割方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、基于无网格方法建立弹性软组织模型虚拟切割力的方程;

S2、基于准线性粘弹性模型建立非线性粘弹性软组织模型虚拟切割力的方程;

S3、根据碰撞点确定虚拟切割面;

S4、基于磁性氧化网格模型得到虚拟切割的综合外力,并计算非线性粘弹性软组织模型虚拟切割的位移;

S5、基于CycleGAN实时更新虚拟切割中软组织模型贴图;

其中,步骤S4的具体步骤如下:

S41、用铁单质对手术刀的排斥力表示虚拟切割中软组织对手术刀的挤压力,具体公式如下:F1=k1m1

其中,F1表示当前铁单质对手术刀的排斥力,k1为由实验得出的常数,表示铁单质质量与产生的排斥力之间的线性关系,m1表示当前铁单质的质量;

S42、用铁单质氧化产生的力表示虚拟切割中软组织萎缩力,具体公式如下:F2=k2m2

其中,F2表示铁单质氧化为三氧化二铁产生的力,k2为由实验得出的常数,表示三氧化二铁质量与萎缩力之间的线性关系,m2表示三氧化二铁的质量;

S43、将F1,F2与步骤S2的虚拟切割力叠加得到外力F0,公式如下:F0=f‑F1‑F2

其中,f表示步骤S2得到的虚拟切割力;

S44、计算非线性粘弹性软组织模型虚拟切割的位移,在虚拟切割中碰撞点j处位移满足以下公式:其中,Xj+1表示受力位移后的点j+1的空间坐标,Xj表示碰撞点j的空间坐标,vj表示施加在点j上的速度矢量,vj+1表示施加在点j+1上的速度矢量,F0j表示施加在点j上的外力,F0(j+1)表示施加在点j+1上的外力,mj表示点j的质量。

2.根据权利要求1所述的一种基于CycleGAN的虚拟切割方法,其特征在于,步骤S1中在弹性软组织模型中任一点进行虚拟切割,施加虚拟切割力f满足以下方程:其中,E表示杨氏模数, 表示软组织模型中任一点i的梯度, 表示软组织模型U的梯度。

3.根据权利要求1所述的一种基于CycleGAN的虚拟切割方法,其特征在于,步骤S2中虚拟切割力的方程为:其中,fi(t+Δt)表示t+Δt时刻在任一点i处的虚拟切割力,vi表示施加在点i上的速度矢量,σi(t+Δt)表示t+Δt时刻在任一点i处的应力, 表示点i处的梯度,εi(t+Δt)表示t+Δt时刻在任一点i处的应变张量。

4.根据权利要求1所述的一种基于CycleGAN的虚拟切割方法,其特征在于,步骤S3的具体步骤如下:S31、虚拟切割中有η个碰撞点,碰撞点j的坐标为Pj(xj,yj,zj),j∈[1,η],根据平面方程一般式Ax+By+Cz+D=0构建切割面方程:其中, 且C≠0;

S32、令 整理S31中的方程式得:

S33、将碰撞点坐标带入步骤S32的公式中,得到a0,a1,a2,进一步计算得到切割面。

5.根据权利要求1所述的一种基于CycleGAN的虚拟切割方法,其特征在于,所述的步骤S5的具体步骤如下:S51、构造初始域O和目标域H,初始域O中包含N个训练样本 ok∈O,目标域H中包含M个训练样本 hd∈H;

S52、构造CycleGAN模型的两个映射G:O→H和F:H→O,使用判别器DO分辨域O中的图片o和通过映射F生成的图片{F(h)},使用判别器DH分辨域H中的图片h和通过映射G生成的图片{G(o)};

S53、计算对抗损失,映射函数G:O→H和F:H→O分别满足以下目标函数:其中,LGAN(G,DH,O,H)表示映射函数G与它对应的判断器DH的对抗损失,LGAN(F,DO,H,O)表示映射函数F与它对应的判断器DO的对抗损失;

S54、计算循环一致损失,映射函数G和F的循环一致损失满足以下方程式:其中,Lcyc表示循环一致损失, 表示域O内图片o的数学期望,|| ||1表示1‑范数, 表示域H内图片h的数学期望;

S55、针对步骤S53、S54所述的损失进行反向传播,更新参数,最后,利用训练完成的CycleGAN模型实时产生并更新虚拟切割中软组织模型贴图。