基于量子计算的牙种植智能定位算法研究

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在现今的外科种植术中,种植体定位都是由临床医生根据自身的经验以及通过对患者的二维医学影像资料的推测而确的;因此,非常容易引入人为的主观性误差,极大地影响种植术的成功率。随着计算机科学技术以及人工智能技术的高速发展及广泛应用,进化优化算法使组合优化问题和NP难问题的求解变为了可能。现今的种植术术前规划效率与准确度的突出矛盾,使种植体智能定位的研究成为了必然;既要提高种植体定位的智能化程度及植入信息的精确度,同时也要降低种植术的手术成本以及对患者的伤害。本文以口腔种植体的智能定位为研究对象,以提高种植手术的成功率及其智能化程度为研究目标,对量子遗传算法在牙种植体定位问题中的应用进行了深入的分析与研究。本文通过问题的简化描述及相关的变换,提出种植体定位模型并将口腔种植体定位问题——一个多目标多约束的复杂问题转换为一个高维的组合优化问题。通过综合考虑种植体定位模型的特征参数及其与种植体稳定性的关系,并结合优化操作及策略,将量子遗传算法应用于求解种植体定位。以下是本文主要的创新性工作:1)针对三维医学影像数据量大和口腔种植术规划的复杂度高的特点,利用数字图像处理的方法提取及过滤的医学影像数据,并生成智能优化算法的搜索空间以及约束条件,方便后续智能优化算法去求解种植体定位问题。从而,有效地降低智能优化时的计算机资源及时间的耗费。2)通过对口腔种植体的植入定位特征及评价种植术成功因素的分析之后,提出一个综合考虑种植体稳定性及美观吻合度等多优化目标的种植体定位模型以及基于该模型的适配度函数,以用于优化求解口腔中的种植定位问题。种植体定位模型,因其通用能力强,具有智能化程度高及降低优化问题复杂度的特点。3)针对种植体定位方案的具体特征及其对优化求解的影响,提出根据不同的植入点把进化种群分为不同的子种群,并对同属子种群的个体实施带有不同自适应因子的进化操作和个体间的错位交叉操作,以指导个体的有效优化。
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