概述
手術規劃(preoperativeplanningPP)即手術前,獲得患者病灶處的圖像,然後結合醫生的解剖學和病理學知識,進行手術規劃(包括手術方法,手術流程,手術切口與路徑等)並得到手術方案。隨著科學技術的發展，醫生在手術藉助計算機技術輔助進行手術前規劃，以便設計出最優的手術方案。
計算機輔助手術規劃系統(computer-assistedsurgeryplanningsystem,CASP)可將術前二維(twodimensional,2D)的CT/MRI影像進行三維(threedimensional,3D)重建,還原病灶與其周圍脈管結構的真實立體解剖構象,並根據個體解剖特點輔助術者進行術前規劃、虛擬切割和風險評估,近年來多用於肝膽外科、神經外科、心血管外科、腫瘤切除、耳鼻喉科、整形修復外科等對手術操作有精細要求的科室。
一、心血管外科手術規劃
1.概述
目前,心血管外科手術的決策過程還主要依靠醫生的臨床經驗,根據以往相似病情病人的治療情況來評估治療方案對當前病人的治療效果,而缺乏對當前特定病人的手術規劃和療效預測。基於血流動力學仿真的心血管外科手術規劃,其主要目的是建立個性化的手術模型,通過對不同手術方案的血流動力學進行數值計算和比較,達到最佳化心血管外科手術的血流動力學狀況的目的,保證手術的長期有效性。
基於血流動力學仿真的心血管外科手術規劃,可以為心血管外科手術提供最最佳化的血流動力學狀況,從而提高手術的成功率和長期有效性。同時,可以最大限度地縮短手術時間,降低重複手術率和死亡率,提高心血管病人的生存質量。
2.心血管外科手術規劃系統SURGM
SURGM是由GeorgiaTech和EmoryUniversity聯合開發的。該系統是一個基於醫學圖像的外科手術規劃軟體,外科醫生可以基於醫學圖像重建病人個性化的三維心臟及血管的幾何模型,利用虛擬現實技術在此幾何模型上方便地構造想像中的手術模型,然後利用軟體的CFD功能對既定的手術模型進行血流動力學數值模擬,分析不同術式或手術參數對術後血流動力學的影響,從而達到從血流動力學的角度來最佳化手術的目的。該系統已成功套用於兒童先天性心臟病的手術規劃。
二、機器人心臟手術術前規劃
1.概述
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台的設立,不僅不能達到微創的效果,更重要的是會影響到整台手術的成敗。因此臨床的實際套用需要擁有科學、客觀的、個體化的機器人輔助心臟外科手術術前規劃方式。
在實施機器人輔助心臟外科手術之前,通過手術規劃,醫師可以獲得手術環境和手術目標的確切信息(如冠脈走行、搭橋吻合口的位置,房間隔缺損的位置等),事先設計出合理的切口位置和手術室內設定(如確定患者、手術台和手術機器人相對位置關係等),預知可能遇到的問題和困難等信息(如器械碰撞、臟器阻擋等),可以在手術前對規劃方案進行驗證和修改,最終確保正式手術時的安全和順利。
三、精準肝臟外科中計算機輔助手術規劃
1.概述
計算機輔助手術規劃系統可直觀顯示預留肝臟的結構和功能,並可通過虛擬切割功能輔助術者對手術方案進行篩選和最佳化,系統評估手術風險和制定對策,改變了部分二維規劃的術式和切除範圍,使部分二維規劃認為不能切除的患者成功手術,提高了手術的根治性、安全性和病變的可切除性,更加符合精準肝臟外科的術前規劃要求。其具有良好的操作可行性、計算準確性和三維顯示效果,可半透明、互動式顯示真實的肝內立體解剖關係和空間管道變異,準確計算肝內管道的直徑、走行角度,兩點間的垂直距離,和任意血管的支配或引流範圍等傳統二維影像無法獲取的信息,有助於實施個體化手術,提高了手術的確定性、預見性和可控性。對於部分非複雜肝切除術如腹腔鏡肝左外區切除術,計算機輔助手術規劃系統對肝內立體解剖的精確測量有助於制定標準化手術,提高了手術的微創性和規範化。計算機輔助手術規劃系統可糾正部分外科醫師二維閱片和空間想像的思維誤區,顯著提高外科醫生的二維閱片水平和空間構象能力。
2.手術規劃原則
對於預留肝臟功能性體積充足、病變依肝臟區段範圍分布或需同時切除受累主幹脈管的病變原則上行解剖性規則性肝切除;對於無需切除腫瘤旁肝實質的良性腫瘤或原位癌、不涉及主幹脈管的肝臟周邊區域病變切除以及肝儲備功能較差而需要保留更多功能性肝組織的患者行病變局部切除術。
3.手術規劃步驟
1、確定目標病灶的病理邊界和必要切除範圍;
2、確定必需功能性肝體積(essentialfunctionallivervolume,EFLV)和必須保留範圍;
3、確定預留肝臟的脈管結構和功能;
4、確定最佳的肝切除術式及最佳的肝實質離斷層面,計算剩餘功能肝體積(functionalliverremnantvolume,FLRV);5、確定需要切除/重建的管道及相關術中注意事項。
四、牙種植中計算機輔助的手術規劃
1.概述
輔助規劃軟體改變了傳統靠觀察X平片進行手術規劃的方式，使醫生可以在手術前對種植區域進行直觀的觀察、精確的測量以及虛擬手術仿真等，大大提高了種植手術的直觀性、安全性、精確性。
2.手術規劃步驟
目前世界上主要種植系統一般分為二期手術，第一期植入種植體，等癒合後進行第二期手術，接出基台，進行上部的義齒修復。
（1）術前準備：術前進行口腔的清潔處理，並使用抗生素使口腔保持良好的清潔狀態。手術前口腔內要用洗必泰消毒，面部手術區要鋪消毒面巾。
（2）一期手術：在局部麻醉下沿牙槽嵴頂做切口，剝離翻起粘骨膜瓣，充分暴露骨面，注意保護頦神經，充分顯露操作野。然後按照製作種植窩、製備螺紋、
植入種植體的步驟進行，最後縫合創口，使用褥式或間斷合粘骨膜，注意縫合時務使骨膜層包括在內，並在無張力的情況下，將種植體頂部完全覆蓋。
（3）二期手術：在局部麻醉下，用觸診法及探針探得覆蓋螺栓的位置，在其上方切牙齦組織，環形切除覆蓋螺帽表面的軟硬組織，去除覆蓋螺栓，依照牙齦厚度，選擇適宜長度的種植基台，將選好的基台就位，上緊基台螺栓，戴好癒合帽，儘可能嚴密縫合牙齦，完成手術。
五、肱骨近端四部分骨折的手術規劃
1.概述
利用個人計算機輔助術前模擬肱骨近端骨折手術情況與實際手術情況基本相符，對肱骨近端骨折術前計畫制定有良好的臨床套用價值。通過CT原始數據在個人計算機上套用各種軟體進行三維實體模型重建，模擬肱骨近端四部分骨折的復位、內固定接骨板的選擇等模擬手術的操作，可以幫助術者及助手在術前模擬真實手術的步驟，可為患者提供個體化的手術方案。對於臨床上肱骨近端複雜骨折的術前評估、手術操作及術後評價展示了較大的優勢。
六、腦腫瘤射頻消融手術規劃
1.概述
射頻消融技術作為一種腫瘤微創物理治療方法，已廣泛套用於多種實質性腫瘤和腦神經性疾病的治療，但目前臨床治療中射頻加熱功率和時間的確定還主要依賴於醫生的經驗。通過對腦MRI序列掃描圖像的處理，對腦腫瘤進行分割和三維可視化建模；通過建立腦腫瘤射頻消融傳熱模型，用有限元方法模擬射頻消融溫度場分布；根據模型匹配法對腦病灶和模擬溫度場進行“適形”匹配，從而確定出最佳治療方案；研製腦腫瘤射頻消融手術規劃系統。
腦腫瘤的射頻消融手術規劃系統由腦腫瘤三維可視化模組、射頻消融溫度場資料庫管理模組和模型匹配模組組成。通過對腦腫瘤進行互動式分割和三維重建，使醫生在立體空間對腫瘤形態進行觀察；溫度場資料庫儲存有不同參數設定下的消融區模型，可以供醫生在術前進行瀏覽，並且為醫生提供查詢接口，可以根據腫瘤的大小和設定的安全間隔查詢滿足條件的消融區模型記錄；模型匹配模組可計算查詢出的消融區模型與腫瘤模型的誤差，為醫生選擇最佳的消融治療參數提供量化參考，以達到輔助臨床醫生實現“適形”治療腦腫瘤的目的。
2.射頻消融手術規劃軟體系統—RFAST（TheRadioFrequencyAblationSegmentationTool）
該軟體系統是基於美國NIH提供的醫學影像處理分析與可視化方法（medicalimageprocessinganalysisandvisualization,MIPAV）軟體平台和接口設計的。該手術規劃系統循序地引導醫生完成手術所需要的圖像配準、融合、分割和三維可視化等流程；通過對患者CT序列體數據進行表面模型三維可視化，使醫生可以實時互動地模擬射頻天線的不同進針方位及參數設定下產生的凝固區形狀和範圍，醫生嘗試不同的進針路徑以得到最最佳化的進針方案。
七、醫療機器人大腫瘤多針穿刺手術規劃
1.概述
肝癌消融治療機器人系統的手術流程分為術前手術規劃、術中定位導航和術後評價3部分。其中，手術規劃直接影響手術的最終治療效果。對於機器人輔助治療小腫瘤的單針穿刺手術而言，手術規劃難度較低，一般可以在手術過程中由醫師憑藉經驗以及3維圖像導航，直接人工規劃出合理的穿刺路徑．而機器人輔助大腫瘤多針重疊消融手術規劃難度大大增加，使得人工手術規劃很難甚至是不可能獲得既考慮軟組織變形情況，又綜合考慮多根消融針布局之間相互影響的多條最優穿刺路徑．因此，研究多針手術規劃方法勢在必行．在醫療機器人系統中，套用最為廣泛的手術規劃方法是利用3維重建、虛擬現實及碰撞檢測等技術輔助醫生進行人工手術規劃的方法。
