[發明專利]基于交流機制的雙向蟻群算法的腦白質纖維追蹤方法

在審

• 申請號: 202010614608.9
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111767978A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 孫兵;賴昀;陳小平;姜敏
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G06N3/00
• 分類號: G06N3/00;G16H50/20
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張春輝

1.一種基于交流機制的雙向蟻群算法的腦白質纖維追蹤方法，其特征在于，包括：

S1、獲取彌散張量成像數據；

S2、在待追蹤纖維的兩端分別設置第一興趣區域和第二興趣區域，初始化第一蟻群位于所述第一興趣區域，并初始化第二蟻群位于所述第二興趣區域；

S3、采用輪盤賭方法，控制螞蟻根據線性延伸法或根據信息素分布情況進行移動，重復移動過程直至達到移動終止條件，得到第一路徑集合和第二路徑集合，其中，所述第一路徑集合為所述第一蟻群從所述第一興趣區域到所述第二興趣區域的路徑集合，所述第二路徑集合為所述第二蟻群從所述第二興趣區域到所述第一興趣區域的路徑集合；

S4、根據能量函數，分別確定所述第一路徑集合和所述第二路徑集合中能量最小的路徑，得到第一能量最小路徑和第二能量最小路徑；

S5、根據所述第一能量最小路徑對所述第一蟻群的信息素進行更新，并根據所述第二能量最小路徑對所述第二蟻群的信息素進行更新；

S6、判斷是否達到追蹤終止條件，若達到追蹤終止條件，則將所述第一能量最小路徑和所述第二能量最小路徑中能量最小的路徑作為追蹤結果；若未達到追蹤終止條件，則進入S7；

S7、判斷是否達到局部最優條件；若達到局部最優條件，則交換所述第一蟻群和所述第二蟻群的信息素揮發系數，并進入S3；若未達到局部最優條件，則進入S3。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根據能量函數，分別確定所述第一路徑集合和所述第二路徑集合中能量最小的路徑，得到第一能量最小路徑和第二能量最小路徑之前，還包括：

根據預先設置的可行路徑篩選條件，分別對所述第一路徑集合和所述第二路徑集合中的路徑進行篩選。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用輪盤賭方法，控制螞蟻根據線性延伸法或根據信息素分布情況進行移動，包括：

確定螞蟻在移動方向上的可行點集；

采用輪盤賭方法，根據線性延伸法或根據信息素分布情況從所述可行點集選取目標點；

控制螞蟻移動至所述目標點。

4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述采用輪盤賭方法，根據線性延伸法或根據信息素分布情況從所述可行點集選取目標點，包括：

隨機生成輪盤賭數值；

判斷所述輪盤賭數值是否小于預先設置的線性延伸概率；

若小于，則根據螞蟻當前所在的點的主向量，從所述可行點集選取目標點；

若不小于，則根據選擇概率公式計算所述可行點集中各個可行點的選擇概率，將選擇概率最大的點作為目標點，其中所述選擇概率公式為：

其中，表示第t次迭代過程中第k只螞蟻從點(i,j)移動到點(u,v)的選擇概率；表示第t次迭代過程中點(i,j)到點(u,v)的路徑上的信息素強度，α為信息啟發因子；為點(i,j)到點(u,v)的路徑長度的倒數，β為期望啟發因子；allowed^k表示第k只螞蟻的可行點集。

5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述能量函數為：

其中，K表示路徑中離散點的數量；P_i-1、P_i、P_i+1表示路徑中連續的三個離散點的坐標，P_i,i-1＝P_i-P_i-1，P_i+1,i＝P_i+1-P_i；PDD_i是離散點P_i處的主向量；a和b是能量函數的加權因子，且滿足a+b＝1。