機器人心臟手術(shù)中計算機輔助術(shù)前規(guī)劃系統(tǒng)的研究.pdf

1、第一部分 研究背景：術(shù)前規(guī)劃(preoperative planning PP)即手術(shù)前，獲得患者病灶處的圖像，然后結(jié)合醫(yī)生的解剖學(xué)和病理學(xué)知識，進行手術(shù)規(guī)劃并得到手術(shù)方案。機器人輔助心臟外科手術(shù)中如出現(xiàn)不適當(dāng)?shù)氖中g(shù)切口定位和操作平臺的設(shè)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(shù)的成敗。因此臨床的實際應(yīng)用需要擁有科學(xué)的、客觀的、個體化的機器人輔助心臟外科手術(shù)術(shù)前規(guī)劃方式。研究目的：本研究運用先進的三維重建結(jié)合定量分析

2、、模擬仿真技術(shù)，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(shù)提供客觀的、科學(xué)的、個體化的計算機輔助術(shù)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(jié)合三維CT圖像建立符合手術(shù)區(qū)域解剖生理結(jié)構(gòu)的三維重建模型，作為實施術(shù)前規(guī)劃的對象。 (2)將上述重建模型轉(zhuǎn)換到計算機輔助設(shè)計(CAD)類工程設(shè)計

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

4、析、模擬仿真技術(shù)，可以建立機器人心臟手術(shù)的計算機輔助術(shù)前規(guī)劃系統(tǒng)。此規(guī)劃系統(tǒng)主要具有手術(shù)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(jù)手術(shù)要求的不同建立了符合機器人輔助房間隔缺損糾治術(shù)和單支冠脈搭橋術(shù)(LIMA-LAD)兩個不同的術(shù)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(jié)果進行比較研究，對計算機輔助術(shù)前規(guī)

5、劃系統(tǒng)進行評價。 方法1： 根據(jù)機器人輔助房間隔糾治術(shù)的要求在術(shù)前規(guī)劃系統(tǒng)中建立相應(yīng)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(yīng)用。以內(nèi)窺鏡與目標點距離(d)，內(nèi)窺鏡視角(α)，左右手活動參數(shù)(β1，β2)和活動幅度(γ)為評價指標，將其規(guī)劃結(jié)果與在機器人輔助房缺手術(shù)(封堵術(shù)和修補術(shù))二種術(shù)式中的傳統(tǒng)規(guī)劃方式結(jié)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(jié)果進行檢

6、驗，從而實現(xiàn)對規(guī)劃系統(tǒng)的評價。 結(jié)果1： 機器人輔助房缺手術(shù)中，計算機輔助術(shù)前規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)劃結(jié)果各項參數(shù)d、α、β1、β2、γ的均數(shù)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(shù)中的結(jié)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(shù)中的結(jié)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(shù)前規(guī)劃與傳統(tǒng)規(guī)劃方式在這二種術(shù)式的結(jié)果相比，d、α、β1、β2配對T檢驗結(jié)果均有顯著差異(P

8、規(guī)劃的結(jié)果與兩種傳統(tǒng)規(guī)劃方式的結(jié)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(shù)趨勢的分析，顯示出計算機輔助術(shù)前規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)劃結(jié)果優(yōu)于傳統(tǒng)規(guī)劃方式。 方法2： 根據(jù)機器人輔助單支冠脈搭橋術(shù)(LIMA-LAD)的要求在計算機輔助術(shù)前規(guī)劃系統(tǒng)中建立相應(yīng)的規(guī)劃模塊，在10例符合機器人輔助單支冠脈搭橋術(shù)要求的患者中進行模擬規(guī)劃應(yīng)用。將其

9、規(guī)劃結(jié)果與傳統(tǒng)規(guī)劃結(jié)果進行內(nèi)窺鏡與目標點距離(d)，內(nèi)窺鏡視角(α)，左右手活動參數(shù)(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(jié)果進行檢驗，從而實現(xiàn)對規(guī)劃系統(tǒng)進行評價。由于手術(shù)方式的不同，各項比較項目的定義與房間隔缺損糾治術(shù)中略有不同。 結(jié)果2： 在機器人輔助單支冠脈搭橋術(shù)中，計算機輔助術(shù)前規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)劃結(jié)果的d、α、β1、β2、γ各項參數(shù)的均數(shù)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(jié)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(jié)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(shù)前規(guī)劃結(jié)果與

11、傳統(tǒng)規(guī)劃方式的結(jié)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(shù)趨勢的分析，顯示出計算機輔助的術(shù)前規(guī)劃結(jié)果優(yōu)于傳統(tǒng)規(guī)劃方式。 結(jié)論： 1．本研究運用三維重建結(jié)合通用軟件二次開發(fā)、定量分析、模擬仿真技術(shù)能夠建立機器人心臟手術(shù)的計算機輔助術(shù)前規(guī)劃系統(tǒng)。 2．研究證明計算機輔助術(shù)前規(guī)劃系統(tǒng)優(yōu)于傳統(tǒng)規(guī)劃方式，具有科學(xué)性、客觀性和個體化的優(yōu)點。 3．通過在機器人輔