第一部分研究背景：术前规划(preoperative planning PP)即手术前，获得患者病灶处的图像，然后结合医生的解剖学和病理学知识，进行手术规划并得到手术方案。机器人辅助心脏外科手术中如出现不适当的手术切口定位和操作平台的设立，不仅不能达到微创的效果，更重要的是会影响到整台手术的成败。因此临床的实际应用需要拥有科学的、客观的、个体化的机器人辅助心脏外科手术术前规划方式。研究目的：本研究运用先进的三维重建结合定量分析、模拟仿真技术，通过通用软件平台的二次开发为不同的机器人心脏手术提供客观的、科学的、个体化的计算机辅助术前规划系统(Computer aid preoperative planning system，CAPP)。方法：(1)选择通用的三维图像重建软件(Mimics)结合三维CT图像建立符合手术区域解剖生理结构的三维重建模型，作为实施术前规划的对象。(2)将上述重建模型转换到计算机辅助设计(CAD)类工程设计平台(UG)，在总结前人的研究成果和对实际手术操作需要进行分析的基础上开发出计算机辅助术前规划流程，运用定量分析的方式实现对手术切口的优化和机器人基座位置的规划。(3)在运动学仿真软件(Adams)中开发出适用于上述规划结果的模拟仿真平台，实现了机械臂运动和机械臂在优化手术位点上进行手术时运动的模拟检测。结果：通过不同的通用软件二次开发，依据机器人辅助心脏外科手术的要求和前人研究成果，经过三维重建结合定量分析、模拟仿真技术，可以建立机器人心脏手术的计算机辅助术前规划系统。此规划系统主要具有手术切口的优化和机器人基座位置的规划两个方面功能。第二部分研究目的：根据手术要求的不同建立了符合机器人辅助房间隔缺损纠治术和单支冠脉搭桥术(LIMA-LAD)两个不同的术前规划模块，尝试性地进行模拟规划，并与传统规划方式(Traditional preoperative planning，TPP)的结果进行比较研究，对计算机辅助术前规划系统进行评价。方法1：根据机器人辅助房间隔纠治术的要求在术前规划系统中建立相应的规划模块，在12例符合机器人辅助房间隔纠治要求的患者中进行模拟规划应用。以内窥镜与目标点距离(d)，内窥镜视角(α)，左右手活动参数(β1，β2)和活动幅度(γ)为评价指标，将其规划结果与在机器人辅助房缺手术(封堵术和修补术)二种术式中的传统规划方式结果分别进行比较。通过配对T检验和配对多元方差的检验方式对各个比较项目及其综合结果进行检验，从而实现对规划系统的评价。结果1：机器人辅助房缺手术中，计算机辅助术前规划系统的规划结果各项参数d、α、β1、β2、γ的均数为的43.3±8.32mm，20.46±9.36°，2.47±1.95°，6.73±4.81°，78.27±28.11mm。传统规划方式在机器人辅助房缺封堵术中的结果为，78.55±19.23mm，52.4±9.36°，7.66±6.77°，21.73±10.31°，53.00±22.81mm。传统规划方式在机器人辅助房缺修补术中的结果为63.98±12.75mm，48.76±15.47°，7.66±6.77°，14.28±12.11°，70.40±15.36mm。计算机辅助术前规划与传统规划方式在这二种术式的结果相比，d、α、β1、β2配对T检验结果均有显著差异(P＜0.01)，而活动幅度γ没有明显差别，传统规划方式1(P=0.054)，传统规划方式2(P=0.297)。综合各个比较项目进行多元方差检验，计算机辅助术前规划的结果与两种传统规划方式的结果是有显著差别，Wilks’Lambda F=88.43(P＜0.0001)；F=63.35(P＜0.0001)。通过对比较项目的定义和均数趋势的分析，显示出计算机辅助术前规划系统的规划结果优于传统规划方式。方法2：根据机器人辅助单支冠脉搭桥术(LIMA-LAD)的要求在计算机辅助术前规划系统中建立相应的规划模块，在10例符合机器人辅助单支冠脉搭桥术要求的患者中进行模拟规划应用。将其规划结果与传统规划结果进行内窥镜与目标点距离(d)，内窥镜视角(α)，左右手活动参数(β)和活动幅度(γ)的比较。通过配对T检验和配对多元方差的检验方式对各个比较项目及其综合结果进行检验，从而实现对规划系统进行评价。由于手术方式的不同，各项比较项目的定义与房间隔缺损纠治术中略有不同。结果2：在机器人辅助单支冠脉搭桥术中，计算机辅助术前规划系统的规划结果的d、α、β1、β2、γ各项参数的均数为59.48±10.41mm，56.67±13.69°，18.50±4.17°，23.32±4.41°，72.61±35.12mm。传统规划方式的结果为84.33±16.27mm，94.62±11.11°，38.45±13.91°，39.62±18.01°，70.14±16.16mm。d、α、β1、β2配对T检验结果有差异(P＜0.05)，而活动幅度γ与传统规划方式比较没有明显的差别(P=0.8387)。综合各个比较项目进行多元方差检验，计算机辅助术前规划结果与传统规划方式的结果是有显著差别，Wilks’Lambda F=16.18(P=0.0042)。同样通过对比较项目的定义和均数趋势的分析，显示出计算机辅助的术前规划结果优于传统规划方式。结论：1．本研究运用三维重建结合通用软件二次开发、定量分析、模拟仿真技术能够建立机器人心脏手术的计算机辅助术前规划系统。2．研究证明计算机辅助术前规划系统优于传统规划方式，具有科学性、客观性和个体化的优点。3．通过在机器人辅助房缺封堵术、房缺修补术及机器人辅助单支冠脉搭桥术中的检验和模拟，计算机辅助术前规划系统的术前规划效果令人满意。此系统的通用性、科学性和便利性的特点适用于机器人辅助心脏手术。它的开放性使其能够满足不同机器人心脏手术的要求。