[發明專利]一種基于遺傳算法的骨支架孔徑分布控制方法

有效

• 申請號: 201710096338.5
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106934116B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 王清輝;夏剛;徐志佳;李靜蓉
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

1.一種基于遺傳算法的骨支架孔徑分布控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

1.1、采用等效孔徑建立孔徑與六面體網格體積之間的關系；

1.2、根據測定的孔徑分布規律、自然骨的表面輪廓模型以及自然骨的孔隙率，確定自然骨內的孔數量；具體包括：

3.1、根據測定的孔徑分布規律，將自然骨內部的孔隙按相同的孔徑范圍劃分為M組，k_i表示第i組孔數量占總孔數量的比例，d_i表示第i組孔的平均孔徑；

3.2、計算第i組孔的平均體積為：

3.3、計算所有孔的平均體積為：

3.4、測得自然骨模型的體積為V_s，孔隙率為ε，得到自然骨內總的孔數量N_t為：其中表示大于的最小整數

1.3、運用網格劃分算法對自然骨的表面輪廓模型進行六面體網格劃分，并控制六面體的網格數量與自然骨內孔數量相近，計算各組孔的數量；

1.4、使用遺傳算法，通過生成初始種群、計算個體適應值、選擇、交叉和變異操作實現自然骨模型內孔大小滿足測定的孔徑分布規律，若某基因在交叉、變異操作中產生了自相交的不合格六面體，則此基因保持原樣，不進行交叉、變異操作；具體包括：

5.1、基于實數編碼方式對六面體網格模型的內部頂點進行染色體編碼，確定每個內部頂點的移動范圍，生成初始種群，如果移動某個基因產生了自相交的不合格六面體，此頂點這次不用移動；

5.2、根據選定的適應度函數，計算種群中所有個體的適應值；包括以下步驟：

6.1、將所有的六面體網格體積按照從小到大的順序進行排序，根據每組孔的數量n_i將其分成M組；

6.2、計算第k組六面體網格的平均體積為：

6.3、確定所涉及的遺傳算法適應度函數fit為：

5.3、檢測是否滿足迭代收斂中止條件，若滿足跳至步驟5.6，否則執行步驟5.4；

5.4、實施選擇、交叉和變異的遺傳操作，若某基因在交叉和變異操作中產生了自相交的不合格六面體，則此基因保持原樣，不進行交叉、編譯操作；

5.5、以最優解為基礎，重新確定每個內部頂點的移動范圍，生成新的種群，計算新的種群的適應值，返回執行步驟5.3；

5.6、輸出近似最優解，即六面體網格模型

1.5、將TPMS孔單元映射到每一個六面體網格中，得到滿足孔徑分布的骨支架模型。

2.根據權利要求1所述的一種基于遺傳算法的骨支架孔徑分布控制方法，其特征在于，所述步驟1.1具體包括：

2.1、計算TPMS孔單元的六面體體積V_h為：其中V_p為TPMS孔單元體積，ε為該單元對應的孔隙率；

2.2、計算TPMS孔單元等效體積的孔直徑為d_p為：

2.3、根據步驟(2.1)和(2.2)得到六面體體積V_h與孔直徑d_p的關系為：

3.根據權利要求1所述的一種基于遺傳算法的骨支架孔徑分布控制方法，其特征在于，所述步驟1.3具體包括：

4.1、以平均體積作為對自然骨模型進行網格劃分時設定的網格單元大小，若產生的六面體數量大于自然骨內的孔數量，增大網格單元的大小；若小于，則減小網格單元的大小，重復上述過程直至兩者差不多相等即：N_g≈N_t，N_g為自然骨模型內六面體網格的數量；

4.2、計算第i組孔的數量n_i為：其中表示大于的最小整數。