立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第27号) 2018

3D スキャナーを用いた患者体表形状取得による腹腔鏡ポートレイアウトシステムの開発
The Development of Trocar Layout System for Laparoscopic Surgery for Neurologically
Impaired Children Using a Three- Dimensional Scanner2161002

研究代表者

鹿児島大学学術研究院

小児外科

家入里

志共同研究者

九州大学 ARO 次世代医療センター

臨床試験担当植

村宗則

形状の取得が可能な 3D スキャナーのデータと[研 究 の 目 的]術前画像を用いたボリュームデータと統合する
本研究では小児外科医が対象とする体躯が変ことによる臨床応用を最終目的とした。

形した重症心身障害児 (図 1) の腹腔鏡手術の[研究の内容，成果］

問題点である術者の手と患者の変形した体躯との干渉を解決し，手術に最も適したトロカーレ
イアウトをシミュレーション可能なシステムを

1．術前画像の取得およびボリュームデータ作開発することを目的とした。今回対象とした患成

者は変形のために手術操作のトロカーの位置や変形患者の術前の CT・MRI 画像を撮像し，術者の手術操作の範囲が制限されることが非常

3DViewer を用いて体内の臓器変形や変位をあに多い。具体的にはカメラヘッドが患者の膝やらかじめ推定し 3D 画像を作成した。対象は実大腿と接触して思うような視野が得られない，質臓器 (肝臓，脾臓，腎臓) とし，変形率の参あるいは，同じように接触して術者の鉗子操作考として，Open MRI 下に手術を行った症例のを行う手が制限を受けるなどである。今回その気腹前後のデータによる扁平化率を用いた (図問題の解決のために，外科医の体腔外操作領域

2)。

および腹腔内の鉗子先端移動領域の算出を表明
2．3D スキャナーを用いた体表のスキャニング
全身麻酔が導入された患者を対象に，気腹前後で体表形状を 3D スキャナーで取得した (図図1

高度に変形をきたした患者 CT 画像図2

― 1 ―部臓器ボリュームデータの作成

立石科学技術振興財団

図3

気腹前後の体表形状データの取得

3)。これにより気腹前後の腹部を変形患者の表面形状含めた患者の 3D 情報がえられ，データを差し引くことにより腹腔内の鉗子先端の操作可能領域がボリュームデータとして得られることになる。この場合単純に差し引きするだけでなく，気腹圧により腹腔内の臓器は実際には扁図4平化をきたし，後腹膜臓器は沈み込む現象が起体表形状データと腹部臓器のレジストレーションによる腹腔内仮想空間こるため，その現象を加味したデータ値を計算して割り出すことした。
3．体表形状データと腹部臓器のレジストレーション
1&2 で得られたデータの座標を統合し，気図5

体表からのトロカーレイアウトシミュレーション

腹前後の腹腔内の仮想空間を作成した (図 4)。
これにより腹腔内での内視鏡術具の操作空間がよってシステムのブラッシュアップを行うととシミュレーション可能であった。臨床症例で実もに，変形以外の症例に関しても適応し，患者測値に基づく気腹での腹腔内の仮想空間を再現

体格の違いによる検証も同時に行った。

したシミュレーション画像は世界初と考えられる。

[今後の研究の方向，課題］

4．トロカーレイアウトのシミュレーション

現在のシステムでは管腔臓器のボリューム収集したデータを用いて臨床例でのシミュデータ取得とその変形には対応が不可能であり，レーションを行った。シミュレーションに基づ

今後は腹腔内全臓器に対する変形を加味したシく臨床応用の結果が手術の遂行に支障のないトミュレーションが課題である。いずれは計算機ロカーのボリュームデータレイアウトであっかの性能向上に伴い腹腔内全臓器を加味したシ

たどうかと，干渉の有無の検証および実測値とミュレーションが可能となると考えている。さしての術者の手の体腔外の操作領域と鉗子先端らにこのシステムの実用化は，最終的に重症心操作領域とシミュレーションデータと比較を行

身障害児のみならず，定型化された手術を行うな っ た (図 5)。ま た 臨 床 例 を 重 ね る こ と に

成人外科と異なり多彩な術式と術野を対象とし，― 2 ―Tateisi Science and Technology Foundation

新生児からあらゆる体格の患者の内視鏡外科手Matsuoka N, Katayama T, Masumoto K, Hashizume

術を行う小児外科医にとって術前画像

M, Taguchi T : A New Innovative Laparoscopic(CT/MRI) と 3D スキャナーによる手術直前(気腹導入後) の体表形状取得によりトロカーレイアウトが決定可能な簡便で画期的なツールとなると考えている。また将来的には現在国内で適応拡大が進むロボット手術におけるアーム

Fundoplication Training Simulator With a Surgical
Skill Validation System. Surgical Endoscopy, 31(4) :1688-1696, 2017
7 ．Ikee T, Onishi S, Mukai T, Kawano T, Sugita K,Moriguchi T, Yamada K, Yamasda W. Masuya R,Machigashira S, Nakame K, Kaji T, Ieiri S : A
comparison of the characteristics and precision ofのレイアウトを含めた臨床応用が可能となるとneedle driving for right-handed pediatric surgeons

考えている。

between right and left driving using a model of
infant laparoscopic diaphragmatic hernia repair.
Pediatric Surgery International, 33(10) : 1103-1108,
2017[成果の発表，論文等］

8 ．Uemura M, Tomikawa M, Miao T, Souzaki R, Ieiri

論文

S, Akahoshi T, Lefor AK, Hashizume M Feasibility

1 ．Kawamura K, Seno H, Kobayashi Y, Ieiri S,of an AI-Based Measure of the Hand Motions ofHashizume M, Fujie MG : Design parameter eva-Expert and Novice Surgeons, Comput Math Me-luation based on human operation for tip mechanism

thods Med. Volume 2018, Article ID 9873273, 2018

robot

9 ．Ieiri S, Obata S, Jimbo T, Souzaki R, Uemura M,

simulation. Advanced Robotics, Published online : 14

Hashizume M, Taguchi T ; Laparoscopic intra-

Jan 2016

gastric surgery for gastric tumor to preserve cardia

offorceps

manipulator

using

surgical2 ．Obata S, Ieiri S, Jimbo T, Souzaki R, Hashizume M,

function under augmented reality navigation system

Taguchi T : Feasibility of Single-incision Laparo-―the first application for child case― Journal ofscopic Percutaneous Extraperitoneal Closure for

Laparoendoscopic & Advanced Surgical Techniques

Inguinal Hernia by Inexperienced Pediatric Sur-& Part B : Videoscopy, 26(*) 2016,

geons ; Single incision versus multi incision Ran-

10．Kawano T, Idesako T, Eura R, Sugita K, Moriguchi

domized trial for 2 years. Journal of Laparo-T, Yamada K, Ohishi S, Yamada W, Nakame K,

endoscopic & Advanced Surgical Techniques. 26

Mukai M, Kaji T, Nakagawa M, Ieiri S : Cystoscopicassisted laparoscopic resection of mullerian duct(3) : 218-221, 2016
3 ．Koreeda Y, Kobayashi Y, Ieiri S, Nishio Y,remnant in a male presenting with uterus andKawamura K, Obata S, Souzaki R, Hashizume M,vagina. Journal of Laparoendoscopic & Advanced

Fujie MG : Virtually transparent surgical instru-Surgical Techniques & Part B : Videoscopy, 27(1)ments in endoscopic surgery with augmentation of2018

obscured regions. International Journal of Computer

11．Yamada K, Kaji T, Kawano T, Moriguchi T, SugitaAssisted Radiology and Surgery, 11 (10) : 1927-36,K, Masuya R : Machigashira S, Onishi S, Yamada W,

2016,Nakame K, Mukai M, Kawano Y, Ieiri S : Successful

4 ．Jimbo T, Ieiri S, Obata S, Uemura M, Souzaki R,

treatment of laparoscopic lateral segmentectomy

Matsuoka M, Katayama T, Masumoto K, Hashizume

for intra-hepatic portosystemic shunt transection inM, Taguchi T : Where is the most appropriate port

an infantile case. Journal of Laparoendoscopic &location for Laparoscopic Hepatico-enterostomy :Advanced Surgical Techniques & Part B : Video-the study using the disease specific training Simu-scopy, 27(1), 2018

lator for children. Pediatric Surgery International,

12．Yano K, Mukai M, Kawano T, Yamada Y, Yamada
Y, Masuya R, Machigashira S, Nakame K, Kaji T,

32(9) : 901-7, 2016
5 ．Tomikawa M, Uemura M, Kenmotsu H, Konishi K,

Ieiri S : Successful laparoscopic distal pancreatec-

Ohuchida K, Okazaki K, Ieiri S, Tanoue K,

tomy for huge solid pseudo-papillary neoplasm withHashizume M : Evaluation of the 10-Year History ofspleen and vessel preservation- a case report of 11a 2-Day Standardized Laparoscopic Surgical Skills

years old girl. Journal of Laparoendoscopic & Ad-Training Program at Kyushu University. Surgery

vanced Surgical Techniques & Part B : Videoscopy,Today, 46(6) : 750-756, 201627(*) 2018

6 ．Jimbo T, Ieiri S, Obata S, Uemura M, Souzaki R,― 3 ―13．Kawano T, Yano K, Kawano M, Murakami M, Baba

立石科学技術振興財団

T, Onishi S, Harumatsu T, Yamada K, Yamada W,W, Masuya R, Kawano T, Machigashira S, Nakame

Masuya R, Machigashira S, Nakame K, Mukai M,K, Mukai M, Kaji T, Uemura M, Kawamura K, Ieiri

Kaji T, Ieiri S : Left Thoracoscopic Approach for a

S : The Development of an Idealized Trocar Layout

Bronchogenic Cyst Originating from the Lower

Decision System for Laparoscopic Surgery for

Esophagus in the Posterior Mediastinum in a

Neurologically Impaired Children Based on Intra-

9-month-old boy ―A Case Report. Journal ofand Extra-Abdominal Working Space Calculations

Laparoendoscopic & Advanced Surgical Techniques

Made Using a Three-Dimensional Scanner. The
27th Annual Congress of International Pediatric& Part B : Videoscopy, 27(*) 2018

Endosurgery Group (IPEG2018), Seattle, WA, U. S.
国際学会発表A., 2018

1．Yamada K, Yano K, Kawano M, Onishi S, Yamada― 4 ―