[發(fā)明專利]肺部形變的模擬方法、裝置及服務器有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202210662190.8 | 申請日： | 2022-06-13 |
| 公開（公告）號： | CN114927203B | 公開（公告）日： | 2023-02-17 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 成興華 | 申請（專利權(quán)）人： | 上海市胸科醫(yī)院 |
| 主分類號： | G16H30/40 | 分類號： | G16H30/40;G16H50/50;G06T17/20 |
| 代理公司： | 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463 | 代理人： | 張文娥 |
| 地址： | 200030 *** | 國省代碼： | 上海;31 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 肺部 形變 模擬 方法 裝置 服務器 | ||
1.一種肺部形變的模擬方法，其特征在于，包括：
獲取肺部的影像數(shù)據(jù)，根據(jù)所述影像數(shù)據(jù)生成所述肺部的三維三角面片表面網(wǎng)格模型；
將所述三維三角面片表面網(wǎng)格模型轉(zhuǎn)換成所述肺部對應的實心網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其中，所述實心網(wǎng)格結(jié)構(gòu)包括多個四面空間體網(wǎng)格單元；
其中，提取所述三維三角面片表面網(wǎng)格模型中所包括的三角形網(wǎng)格的頂點坐標，按照預先設(shè)置的索引編號規(guī)則生成所述頂點坐標的編號，并將所述頂點坐標以及所述頂點坐標的編號關(guān)聯(lián)保存至第一鏈表中；遍歷所述第一鏈表中保存的頂點坐標，基于每個所述三角形網(wǎng)格構(gòu)建四面空間體網(wǎng)格單元，并將所述四面空間體網(wǎng)格單元保存至第二鏈表；基于所述第二鏈表中保存的所述四面空間體網(wǎng)格單元構(gòu)建所述肺部對應的實心網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其中，所述實心網(wǎng)格結(jié)構(gòu)為四面體空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；
其中，對所述三維三角面片表面網(wǎng)格模型中相鄰兩層的所述三角形網(wǎng)格進行排序，選取其中一個為起始三角面片，選擇與所述起始三角面片共邊的兩個三角面片，將四個頂點連接，構(gòu)成一個起始的四面空間體網(wǎng)格單元，將所述起始的四面空間體網(wǎng)格單元存入至所述第二鏈表；將所述起始的四面空間體網(wǎng)格單元的相鄰三角形網(wǎng)格作為下一個起始三角面片，繼續(xù)查找與其相鄰的兩個三角面片，直至遍歷完所述第一鏈表中保存的所有頂點坐標對應的三角面片，構(gòu)成多個所述四面空間體網(wǎng)格單元；
按照預先設(shè)置的力學平衡條件為每個所述四面空間體網(wǎng)格單元分配單元矩陣方程；
基于每個所述四面空間體網(wǎng)格單元分配的單元矩陣方程建立所述肺部的總體方程組；
按照預先設(shè)置的所述肺部的初值參數(shù)求解所述總體方程組，得到每個所述四面空間體網(wǎng)格單元的位移量；
將每個所述四面空間體網(wǎng)格單元的位移量進行疊加，以生成所述肺部的整體形變量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：
調(diào)整所述第二鏈表中所保存的四面空間體網(wǎng)格單元的四個頂點的拓撲順序，使所述頂點之間滿足右手法則，并且各個四面空間體網(wǎng)格單元的體積不為負值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，按照預先設(shè)置的力學平衡條件為每個所述四面空間體網(wǎng)格單元分配單元矩陣方程的步驟，包括：
在所述實心網(wǎng)格結(jié)構(gòu)處于平衡狀態(tài)下，按照下述公式構(gòu)建所述四面空間體網(wǎng)格單元的單元矩陣方程：
σij+fi＝0；其中σij為所述四面空間體網(wǎng)格單元在受到外部作用力時自身產(chǎn)生的正向應力和剪向應力，fi為所述四面空間體網(wǎng)格單元在i方向的外力；
并且，所述實心網(wǎng)格結(jié)構(gòu)所滿足的邊界條件包括：
其中D為所述四面空間體網(wǎng)格單元對應材料的剛度矩陣，為所述四面空間體網(wǎng)格單元的受力變形程度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，基于每個所述四面空間體網(wǎng)格單元分配的單元矩陣方程建立所述肺部的總體方程組的步驟，包括：
根據(jù)所述四面空間體網(wǎng)格單元對應材料的剛度矩陣，以及，每個所述四面空間體網(wǎng)格單元的受力變形程度構(gòu)建包含總剛度矩陣和位移矩陣的有限元方程；
將所述有限元方程確定為所述總體方程組；
其中，所述有限元方程表示為K(a)*a＝P；
其中K為與所述四面空間體網(wǎng)格單元對應材料的剛度矩陣D對應的總剛度矩陣，a為與所述四面空間體網(wǎng)格單元的受力變形程度對應的位移矩陣，P為載荷矩陣，且，所述載荷矩陣包含每個所述四面空間體網(wǎng)格單元在i方向的外力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，預先設(shè)置的所述肺部的初值參數(shù)包括：初值條件、邊界條件和荷載；
所述初值條件包括基于肺的順應性建立的輸入?yún)?shù)；
按照預先設(shè)置的所述肺部的初值參數(shù)求解所述總體方程組，得到每個所述四面空間體網(wǎng)格單元的位移量的步驟，包括：
按照所述輸入?yún)?shù)、所述邊界條件，以及，所述載荷對所述有限元方程進行有限元分析求解，以得到所述每個所述四面空間體網(wǎng)格單元的位移量。
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