1、第一部分 研究背景：術前規(guī)劃(preoperative planning PP)即手術前，獲得患者病灶處的圖像，然后結合醫(yī)生的解剖學和病理學知識，進行手術規(guī)劃并得到手術方案。機器人輔助心臟外科手術中如出現不適當的手術切口定位和操作平臺的設立，不僅不能達到微創(chuàng)的效果，更重要的是會影響到整臺手術的成敗。因此臨床的實際應用需要擁有科學的、客觀的、個體化的機器人輔助心臟外科手術術前規(guī)劃方式。研究目的：本研究運用先進的三維重建結合定量分析

2、、模擬仿真技術，通過通用軟件平臺的二次開發(fā)為不同的機器人心臟手術提供客觀的、科學的、個體化的計算機輔助術前規(guī)劃系統(tǒng)(Computer aid preoperative planning system，CAPP)。 方法： (1)選擇通用的三維圖像重建軟件(Mimics)結合三維CT圖像建立符合手術區(qū)域解剖生理結構的三維重建模型，作為實施術前規(guī)劃的對象。 (2)將上述重建模型轉換到計算機輔助設計(CAD)類工程設計

3、平臺(UG)，在總結前人的研究成果和對實際手術操作需要進行分析的基礎上開發(fā)出計算機輔助術前規(guī)劃流程，運用定量分析的方式實現對手術切口的優(yōu)化和機器人基座位置的規(guī)劃。 (3)在運動學仿真軟件(Adams)中開發(fā)出適用于上述規(guī)劃結果的模擬仿真平臺，實現了機械臂運動和機械臂在優(yōu)化手術位點上進行手術時運動的模擬檢測。 結果： 通過不同的通用軟件二次開發(fā)，依據機器人輔助心臟外科手術的要求和前人研究成果，經過三維重建結合定量分

4、析、模擬仿真技術，可以建立機器人心臟手術的計算機輔助術前規(guī)劃系統(tǒng)。此規(guī)劃系統(tǒng)主要具有手術切口的優(yōu)化和機器人基座位置的規(guī)劃兩個方面功能。 第二部分 研究目的：根據手術要求的不同建立了符合機器人輔助房間隔缺損糾治術和單支冠脈搭橋術(LIMA-LAD)兩個不同的術前規(guī)劃模塊，嘗試性地進行模擬規(guī)劃，并與傳統(tǒng)規(guī)劃方式(Traditional preoperative planning，TPP)的結果進行比較研究，對計算機輔助術前規(guī)

5、劃系統(tǒng)進行評價。 方法1： 根據機器人輔助房間隔糾治術的要求在術前規(guī)劃系統(tǒng)中建立相應的規(guī)劃模塊，在12例符合機器人輔助房間隔糾治要求的患者中進行模擬規(guī)劃應用。以內窺鏡與目標點距離(d)，內窺鏡視角(α)，左右手活動參數(β1，β2)和活動幅度(γ)為評價指標，將其規(guī)劃結果與在機器人輔助房缺手術(封堵術和修補術)二種術式中的傳統(tǒng)規(guī)劃方式結果分別進行比較。通過配對T檢驗和配對多元方差的檢驗方式對各個比較項目及其綜合結果進行檢

6、驗，從而實現對規(guī)劃系統(tǒng)的評價。 結果1： 機器人輔助房缺手術中，計算機輔助術前規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)劃結果各項參數d、α、β1、β2、γ的均數為的43.3±8.32mm，20.46±9.36°，2.47±1.95°， 6.73±4.81°，78.27±28.11mm。傳統(tǒng)規(guī)劃方式在機器人輔助房缺封堵術中的結果為，78.55±19.23mm，52.4±9.36°，7.66±6.77°，21.73±10.31°，53.00±22.81

7、mm。傳統(tǒng)規(guī)劃方式在機器人輔助房缺修補術中的結果為63.98±12.75mm，48.76±15.47°，7.66±6.77°，14.28±12.11°，70.40±15.36mm。計算機輔助術前規(guī)劃與傳統(tǒng)規(guī)劃方式在這二種術式的結果相比，d、α、β1、β2配對T檢驗結果均有顯著差異(P

8、規(guī)劃的結果與兩種傳統(tǒng)規(guī)劃方式的結果是有顯著差別，Wilks’L,ambda F=88.43(P<0.0001)；F=63.35(P<0.0001)。通過對比較項目的定義和均數趨勢的分析，顯示出計算機輔助術前規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)劃結果優(yōu)于傳統(tǒng)規(guī)劃方式。 方法2： 根據機器人輔助單支冠脈搭橋術(LIMA-LAD)的要求在計算機輔助術前規(guī)劃系統(tǒng)中建立相應的規(guī)劃模塊，在10例符合機器人輔助單支冠脈搭橋術要求的患者中進行模擬規(guī)劃應用。將其

9、規(guī)劃結果與傳統(tǒng)規(guī)劃結果進行內窺鏡與目標點距離(d)，內窺鏡視角(α)，左右手活動參數(β)和活動幅度(γ)的比較。通過配對T檢驗和配對多元方差的檢驗方式對各個比較項目及其綜合結果進行檢驗，從而實現對規(guī)劃系統(tǒng)進行評價。由于手術方式的不同，各項比較項目的定義與房間隔缺損糾治術中略有不同。 結果2： 在機器人輔助單支冠脈搭橋術中，計算機輔助術前規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)劃結果的d、α、β1、β2、γ各項參數的均數為59.48±10.41mm

10、，56.67±13.69°，18.50±4.17°，23.32±4.41°， 72.61±35.12mm。傳統(tǒng)規(guī)劃方式的結果為84.33±16.27mm，94.62±11.11°，38.45±13.91°，39.62±18.01°，70.14±16.16mm。d、α、β1、β2配對T檢驗結果有差異(P<0.05)，而活動幅度γ與傳統(tǒng)規(guī)劃方式比較沒有明顯的差別(P=0.8387)。綜合各個比較項目進行多元方差檢驗，計算機輔助術前規(guī)劃結果與

11、傳統(tǒng)規(guī)劃方式的結果是有顯著差別，wilks’Lambda F=16.18(P=0.0042)。同樣通過對比較項目的定義和均數趨勢的分析，顯示出計算機輔助的術前規(guī)劃結果優(yōu)于傳統(tǒng)規(guī)劃方式。 結論： 1．本研究運用三維重建結合通用軟件二次開發(fā)、定量分析、模擬仿真技術能夠建立機器人心臟手術的計算機輔助術前規(guī)劃系統(tǒng)。 2．研究證明計算機輔助術前規(guī)劃系統(tǒng)優(yōu)于傳統(tǒng)規(guī)劃方式，具有科學性、客觀性和個體化的優(yōu)點。 3．通過在機器人輔