[發(fā)明專利]基于二階振蕩粒子群優(yōu)化算法的柔性穿刺針路徑規(guī)劃方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010574710.0
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111821022A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設計）人: 張丹;譚楨
• 申請（專利權）人: 浙江工業(yè)大學
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10;A61B17/34;G06N3/00;G16H40/63
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

1.基于二階振蕩粒子群優(yōu)化算法的柔性穿刺針路徑規(guī)劃方法，其特征是，包括以下步驟：

S1，通過醫(yī)學成像設備對待穿刺區(qū)域進行醫(yī)學圖像掃描并生成環(huán)境信息，獲取靶點和障礙物的位置；

S2，建立柔性針穿刺模型和優(yōu)化目標函數,所述穿刺路徑模型將路徑表示為定半徑r的圓弧段組合，穿刺針的針尖旋轉角度θ和進針距離l為柔性針的控制量，一條穿刺路徑P_tip(Φ_N)由控制序列Φ_N＝[(θ₁,l₁),(θ₂,l₂),L,(θ_N,l_N)]確定，N為控制序列長度；所述目標函數表示為Y，Y＝μ_tY_tip(Φ)+μ_LY_L(Φ)+Y_d(Φ)，其中μ_t，μ_L是Y_tip(Φ)和Y_L(Φ)的加權系數，Y_tip(Φ)和是路徑偏差函數，Y_L(Φ)是路徑長度函數，Y_d(Φ)是危險度函數；

S3，種群及算法參數初始化和粒子適應值計算；

S4，利用目標函數計算并記錄每個粒子的個體最優(yōu)值和初始種群的全局最優(yōu)值；

S5，利用二階振蕩粒子群優(yōu)化算法對種群個體進行位置和速度更新；

S6，調整各粒子速度和位置使其在設定范圍內；

S7，對慣性權重系數w進行更新；

S8，利用目標函數計算并更新每個粒子的個體最優(yōu)值和初始種群的全局最優(yōu)值；

S9，重復步驟S5至步驟S8，直到滿足精度要求或算法達到最大進化次數，輸出近似最優(yōu)控制序列。

2.根據權利要求1所述的基于二階振蕩粒子群優(yōu)化算法的柔性穿刺針路徑規(guī)劃方法，其特征是，所述步驟S2中，建立的穿刺路徑長度，路徑偏差和安全度數學模型為：

Y_tip(Φ)＝|P_tip(Φ_N)-P_d|

其中，P_d為靶點位置，m為障礙物個數，Y_o為單個障礙物對路徑產生的危險度函數，其數學模型為：

其中K為安全系數，d為路徑到障礙物的最短距離，D為設定的安全距離。

3.根據權利要求1所述的基于二階振蕩粒子群優(yōu)化算法的柔性穿刺針路徑規(guī)劃方法，其特征是，所述的步驟3具體包括，初始化粒子群種群中每個粒子的速度和位置，初始化算法最大迭代次數、種群數量、學習因子，初始化動態(tài)慣性權重系數，動態(tài)慣性權重系數最大值，動態(tài)慣性權重系數最小值，給定每次針尖旋轉角度θ和進針長度l的范圍，給定粒子速度和位置范圍。

4.根據權利要求3所述的基于二階振蕩粒子群優(yōu)化算法的柔性穿刺針路徑規(guī)劃方法，其特征是，所述針尖旋轉角度θ的范圍在區(qū)間[0,2π]內，進針距離l的范圍在區(qū)間[0,πr/2]內。