(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210562789.4 (22)申请日 2022.05.23 (71)申请人 江南大学 地址 214122 江苏省无锡市滨湖区蠡湖大 道1800号 (72)发明人 纪小刚　段玉顺　 (74)专利代理 机构 无锡华源专利商标事务所 (普通合伙) 32228 专利代理师 过顾佳 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/10(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06K 9/62(2022.01) G06T 17/20(2006.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种映射皮肤材料特性的三维创面有限单 元展开法 (57)摘要 本发明公开了一种映射皮肤材料特性的三 维创面有限单元展开法， 涉及逆向工程领域， 该 方法包括创面网格模型的拓扑关系重建， 曲面结 构层次划分， 创面等变形展开和单元材料模型优 化四个部分， 可实现创面数据的读取和处理、 模 型的快速拓扑重建、 创面结构 的层次划分、 创面 模型的形态学展开、 基于单元材料模 型的迭代优 化及展平轮廓的多分辨光顺优调， 实现由创面形 态确定皮瓣形状的方法。 本发明的三维创面有限 单元展开方法对 无序、 不规则的三维创面具备通 用性和有效性， 且方法稳定， 计算过程简单， 临床 应用结果表明可有效减少术前方案的准备时间， 提高医生工作效率， 改善术前方案的精确性和评 估的可靠性。 权利要求书6页 说明书12页 附图5页 CN 114880906 A 2022.08.09 CN 114880906 A 1.一种映射皮肤材 料特性的三维创面有限单 元展开法， 其特 征在于， 所述方法包括： 基于创面数据建立创面网格模型的点 ‑边‑面间的拓扑关系； 其中， 所述创面数据包括 各面片的方向和位置信息； 基于层次值对所述创面网格模型进行网格层次划分， 确定初始展开基点； 从所述初始展开基点开始， 基于等变形法从内向外逐层依次展开相邻网格点至给定平 面， 得到创面展平形状； 基于创面网格模型的单元结点变形位移建立单元材料模型， 根据等效结点载荷 建立以 所述单元材料模型的总变形能为目标函数的创面展平形状优化模型， 求解创面上各单元结 点的优化位移， 经过拟合得到优调后的创面展平 边界； 其中， 所述等效结点载荷为根据所述 单元结点的变形位移计算得到的应力应 变视为作用在展开平面上 各结点间的一种载荷。 2.根据权利要求1所述的映射皮肤材料特性的三维创面有限单元展开法， 其特征在于， 所述基于创面网格模型的单 元结点变形位移建立单 元材料模型， 包括： 将所述创面网格模型上的网格视为三角网格单元， 每个所述三角网格单元展开后的结 点位移列阵表示 为： 其中， δi(i＝A,B,C)表示所述三角网格单元中三个结点 的位移， 由位移分量(ui,vi)表 示； 创面展开至平面时， 设将模型无外力地展开至给定平面， 则原弹性体的系统总势能仅 包含变形能， 所述 三角网格单 元的变形能为： 其中， B为所述三角网格单元的应变矩阵， 且B＝LN， L为平面问题中的微分算子， N为2 × 6的形函数矩阵； Ke为所述三角网格单 元的刚度矩阵； D为所述三角网格单 元的弹性系数矩阵， 表达式为： 其中， Gxy是两个材料方向x、 y之间的剪切模 量； Ex、 Ey分别指材料 沿x轴与y轴方向的弹性 模量； μxy指在x轴方向施加张力时， 在y轴方向上的泊松比， μyx同理； 且所述弹性模量与泊松 比满足如下关系： Exμyx＝Eyμxy                 (4) 进行坐标轴与材 料轴上的应力转换， 表达式为：权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 114880906 A 2其中， σx、 σy分别为单 元在x,y方向的正应力， τxy为单元在xy面所受的剪应力； 材料主方向与坐标轴方向的应 变转换关系为： 其中， εx， εy， γxy为单元在x,y方向的正应 变与剪应 变； 将式(7)代回式(5)中得到： 其中， 记D0＝T1( θ )DA‑1T1(‑θ )A， 代入式(2)得到所述 三角网格单 元的变形能为： 则所述创面网格模型的总变形能为各三角网格单 元的变形能之和， 即： 3.根据权利要求2所述的映射皮肤材料特性的三维创面有限单元展开法， 其特征在于， 所述根据等效结点载荷建立以所述单元材料模型的总变形势 能为目标函数的创面展平形 状优化模型， 求 解创面上 各单元结点的优化 位移， 包括： 为了描述展开前后所述等效结点载荷对 网格单元结点的加载情况， 建立所述三角网格 单元的势能泛函的一般形式为： 其中， Pe为单元等效结点载荷列阵， 且Pe＝Keδe； 向所述创面网格模型引入新的单 元结点位移：权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 114880906 A 3