特集JVRSJ Vol.15 No.1 March, 2010

医療から見た VR

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特集 ■ 医療から見た VR

内視鏡下手術訓練システムの現状と今後の展望

藤原道隆

岩田直樹

田中千恵

渡邉卓哉

小寺泰弘

中尾昭公

名古屋大学

名古屋大学

名古屋大学

名古屋大学

名古屋大学

名古屋大学

FUJIWARA MICHITAKA

IWATA NAOKITANAKA CHIEWATANABE TAKUYA

1．はじめにKODERA YASUHIRONAKAO AKIMASAの修練課程は，まったく過去の遺物というわけではなく，医学教育において手術手技修練は，長らく手術書と手内視鏡下手術の時代においても変わらない部分も多い．

術室での実習からなっていたが，1990 年頃の内視鏡下手
3．内視鏡下手術導入期からの手術教育術の導入後，大きく変革しつつある．2002 年に，大きく報道された内視鏡下手術における事故があり，トレーニ

1987 年に始まった内視鏡下手術においては，二次元ングの問題が注目を集めた．手術教育の変革に大きな影のモニター画像を見ながら三次元の構成を頭の中で構響を与えているのは，手術支援技術と表裏一体とも言え築し，モニターとは違う位置にある対象 ( 患者 ) に対しる，画像処理，情報技術である．本稿においては手術教て両手さらにフットスイッチの操作を協調させて行う育システムの最近の動向と今後の展望について述べる．

能力が必要となった．これらは，eye-hand coordination
や psychomotor skill と呼ばれ，内視鏡下手術に必要な特2．従来の手術教育有の能力とされている．また，手術器具は長く，トロッ

手術書で解剖，手術手順を頭に入れて，手術に参加しカーから体内に挿入するため，動作に制限がある状況ながら，手術手順を身につけていく方法 (OJT: on the jobである．このため，当初，内視鏡下手術は，従来のオーtraining) である．手術参加は，まず第 2-3 助手として，鉤プン ( 開胸，開腹 ) 手術に比べて難しく特殊な技能を要をひいて手術野の展開に参加したり，時には単に見学にすると考えられたため，トレーニング・ボックスや動近いこともある．第 1 助手 ( 前立ち ) となると，術野を展物を使用したシミュレーション・トレーニングが行わ開し，臓器に牽引をかけて適切な剥離層や面を出していく，れるようになった．という手術遂行に大きな役割を果たすことになる．この
3.1

間，部分的に術者と助手の役割を交代したりして，少しボックス・トレーニングずつ手技も行っていく．そして，術者として，指導医にカプセルの移動など基本的な鉗子操作に加えて，結紮，前立ちをしてもらいながら手術を行い，次の展開がわか縫合操作を練習できる．疑似体壁にトロッカーを挿入しらなくて立ち往生するとか，出血などのトラブルに指導て CCD カメラ画像を見ながら，実際の手術で用いる鉗医に助けてもらいながら，徐々に指導医なしで自立して子，持針器，針糸を用いて操作する．ボックス内には，行えるようになる．ある程度のレベルになると，上手な動物の臓器を入れることもあり，ドライ，ウェット両方手術を見て自分の手技に組み込んでいくことが可能になのトレーニングに使用される．手術器械は実物なので操り，同じ手技にも術野の展開法はいくつかあり，自分と作感は現実的であるが，指導者が同席しないと，間違っ違った流儀も取り入れながら，成長していくことになる．

た手技や，我流に陥る危惧がある [1]．ビデオ録画すればこうした課程はエンドレスでリタイアするまで連続する記録が可能であり，PC と接続でき携帯も可能な i-Simことになる．こうした従来のオープン ( 開胸，開腹 ) 手術(iSurgicals) という製品もある．

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日本バーチャルリアリティ学会誌第 15 巻 1 号 2010 年 3 月

3.2

動物 ( ブタ ) 手術でのトレーニング

特集

医療から見た VRに VR シミュレータが有用である，VR シミュレータが1990 年代から現在に至るまで多く行われている方法

示す評価は被験者の外科経験を反映している (constructで，現在，日本内視鏡外科学会 (JSES) の技術認定取得validity) と い う 報 告 が 多 い [2] ．VR シ ミ ュ レ ー タ のに必要な講習受講歴の中で特に推奨される項目になってreality や有効性に関しては，この後機種別に述べるが，いる．上部腹腔内の解剖はブタと人間で類似点が多いた

糸の質感の無さや膜の剥離が表現できない，というのがめ，ある程度のシミュレーションが可能であり，基本的共通の弱点で，リアル感では hybrid シミュレータの方な内視鏡下操作に加えて腸管吻合，胃癌リンパ節郭清なにやや分がある [3] [4]．VR シミュレータは，概して高価

どの応用的な実習も可能である．実際に近い結紮環境，で普及しているとは言い難いが，新モジュールの追加や血管を損傷すれば出血する臨場感，自動縫合器，吻合器新機種の登場が続いており，シミュレーション・トレー( ステープラー ) 使用の実習が可能という利点があるが，ニングの中核になる期待が高い．以下，我々が実際に手動物と人間の解剖の細部が異なる，動物を犠牲にする，術教育に用いてきた機種について性能，有効性についてコストが高い，という問題点がある．

述べる．

4．最近の内視鏡下手術教育 バーチャルリアリティ (VR)4.1

トレーニングシミュレータの導入

MIST(Mentice 社 ), LapSim (Surgical Science 社 )現在のシミュレータの原型となるチュートリアル

教科書は，紙のテキストだけだった時代から Web-機能，ステップバイステップ方式，難易度調節機能なSurg のような e-text が出現しており，Web-Surg 受講歴どが以後のシミュレータに踏襲されることになった．

は，JSES 実技認定のための講習受講歴に加算できるよ

LapSim には胆嚢摘出術や婦人科手術モードも付属してうにもなった．実技教育の多くはいまだに手術室でのいる．胆摘では，胆嚢動脈損傷に伴ってカメラが激しOJT によっている現状ではあるが，基礎的な部分は，なく血を浴びるシーンなど critical な状況を表現するなど，るべく実際の手術ではなくシミュレーションで行いた

当初から手術シミュレータに期待されたプログラムがい，というのが世界的な潮流である．前項のボックス書き込まれている．ただ，本モジュールで胆摘操作を学や動物に加え，バーチャルリアリティ (VR)・シミュレー習することは困難で，我々はこれまで使用することはなタが開発された．これまでに LS500 (Xitact→Mentice)，

かった．最近 LapMentor のような内視鏡用のデバイスがMIST (Mentice)，LapSim (Surgical Science)，LapMentor追加された．

(Simbionix)，SEP (SimSurgery), LapVR (Immersion) などが市販された．また，VR と模型の hybrid の Pro-MIS もあ

4.2

Lap Mentor (Simbionix 社 )る ( 表 1)．VR に関しては，特に MIST, LapSim に関して

内視鏡視野は術者が設定可能で，内視鏡用の独立した多くの検討がなされ，基本的な psychomotor skill の習得デバイスが装備されるようになった．術者鉗子は，持針表1

主な VR シミュレータ

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器以外は LapSim 同様画面上で各種手術器械を選択するを問題視していた膜構造剥離の概念が取り入れられるなことが可能である．基本手技に加え，胆嚢摘出術のようど画期的な点がある．さらに血管解剖のナビゲーションな一連の手術手技に関して初めてある程度使えるシミュ機能，手術機器に超音波凝固切開装置やステープラーがレーション環境を提供した．胆摘は，手術行程を四つに加わった．しかし，画像処理は胆摘モジュールと大差が分け，鉗子で把持したりクリップする位置を機械が示し，無く実技訓練には厳しい．このため，実際の手術ビデオ

手術の流れを学ぶ procedural mode と，病態や解剖学的を参照する機能が付加されている．本モジュールの意義

バリエーションが様々な 18 症例をインストラクション

は，これから大腸の腹腔鏡下手術を行う医師が手術書を無しに通して手術する virtual patient mode がある．画像

読んで手順を学ぶのに替わって，よりビジュアルに学べのリアル感が進化したが，臓器の変形処理は違和感がある電子テキストと考えた方が良い．

る．剥離操作に近いことも可能ではあるが，フック型電気メスや鉗子で線維のような組織をつまみあげて切る操

4.3 LaparoscopyVR (Lap VR) (Immersion Medical 社 )作は，本機の画像処理上の約束ごとに従って ( ゲーム的新しい機種で画面も洗練されている．インターフェイに ) 進める必要があり，我々は，実際の胆摘を既に行っスの構成は LapMentor と類似している．ソフトウェアは，た医師には，このプログラムの有用性は少ないと考えて

Essential skills ( 移動，クリップ , 切開，糸結びなど ) と呼いる．結紮縫合モジュールは，MIST で見られたチューばれる基本タスク，腸管操作，縫合結紮手技などからなトリアル機能が強化されており，紙の教科書よりもわる procedural skills，胆嚢摘出術，卵巣手術のような手術かりやすく，魅力的な画面である ( 図 1)．しかし，VR 上モードなどからなる ( 図 3)．基本タスクからは，ゲーム的の実技は，特に糸のリ アル感が欠如するため有効性がな項目は無くなり，手術に必要な基本スキルの訓練とい低い．2008 年末に左側大腸癌手術のモジュールが発売さう意図がより明確になっている．縫合結紮手技は，電子れ，リンパ節郭清を含む高難度手術に対する初めてのテキストとして完成度は高いが，やはり糸のリアル感がVR シミュレータである ( 図 2)．消化器外科領域で重要な欠如している．腸管操作は，LapSim と類似した腸管の助手鉗子の設定が可能となり，従来多くの臨床医が欠如

把持，長さの測定などのほかステープラーも画面に入っているが，癒着剥離などの実技は画像処理技術が充分ではない．胆嚢摘出術は LapMentor に近い画像や操作感で，本機のモジュールも，やはり手術経験が無い医師が，従来の手術書に替わって手順を学ぶツールと考えている．

図1

LapMentor 結紮縫合モジュール

図 3 LapVR

5．手術教育における VR シミュレータの位置づけ
VR シミュレータの比重は高まりつつあるが，これだ
けでの手術教育は不可能で，OJT，e-learning を含めた各手法を組み合わせたカリキュラムを構築する必要がある．VR シミュレーション教育を手術教育の中でどのよ

図 2 LapMentor 大腸癌手術のモジュールうに位置づけるかは今後とも重要な問題である．現在，＊口絵にカラー版掲載

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内視鏡下手術の基本スキルの教育は，これから外科の修がより重要な研修歴として扱われるようになっていく練を行う若い外科医に対する導入訓練と，既にオープンと考えられる．

手術の十分な経験がある医師が，同手技を内視鏡下で行（2）患者個別シミュレーション

うための訓練の二つの側面があるが，VR シミュレータ

術前検査で得られた患者 ( 解剖学的 ) 情報をもとに，訓練の有効性は，術者が企図する操作を，鏡視下で的確トロッカーの配置や手術器械の臓器に対する角度などをに行うための内視鏡下基本スキル訓練にあると言える．

シミュレーションする，いわば＜手術予行＞が可能にな

問題は，この次のステップで，オープン手術経験が十分る．あるいは，患者への術前手術説明 (IC) に使用できるな医師は，基本スキル導入後，難易度の高い手術手技に可能性がある．

比較的スムースに入っていけると考えられるが，( 内視（3）自習機能の強化

鏡，オープンを問わず ) 初めて手術を習得していく医師

以前から期待されている機能であるが，今後，解剖のの教育は現在の VR シミュレータのプログラムだけではバリエーションのより詳細な情報や模範的な実ビデオな不可能である．VR シミュレータの手術モードは，従来どをさらに豊富に搭載していくことが望まれる．ただ，の教科書に替わって視覚的，魅力的に手術手順を学ぶ電我々のこれまでの経験では，VR シミュレータ教育にお子テキストであると割り切ることが必要である．一方，いても，動物ラボと同様にインストラクタがついた方が縫合，結紮手技は，本来，外科の基本手技だが，内視教育の効率が良い．しかし，特に本邦の医学教育では，鏡下での操作は，基本と呼ぶには難易度が高く，広く普教育スタッフの数が圧倒的に少ない問題がある．Tele-及している胆嚢摘出術ではあまり必要ないので，鏡視下mentoring のようにシミュレータをネット接続して遠隔手技では基本スキルに分類しない方が現実的である．各指導で対応する方法などが考えられる．

機種の説明で述べたように，手順を VR シミュレータの（4）ロボット手術シミュレータ

チュートリアル機能で学び，実技はボックス ( あるいはロボット手術訓練とシミュレータは従来の内視鏡下手ハイブリッド・シミュレータ ) で行うのが有効である．

術以上に親和性が高い．SEP Robot (SimSurgery) が実用化された [4]．

6．今後の手術教育

VR シミュレーションの方向性（5）ハイブリッド・シミュレータ

知識教育に関しては，e-learning を含めた電子テキス

現状では，膜構造の剥離などを VR で表現するのが困

トの比重が増加していき，基本手技の訓練は，動物訓難なので，当面は VR と模型を組み合わせたハイブリッ

練から VR シミュレーションへのシフトが進むと思われドタイプが有望かもしれない．

る．一方，前項で指摘した初心者の基本卒業後の訓練，（6）チーム機能さらに経験ある医師が一連の手術手技において，“ 腕をLapMentor の大腸モジュールで助手鉗子設定可能とな磨く ” という目的には，将来的にもシミュレーションり，LapVR の基礎タスクの一部でも術者とカメラ医がで対応していくのが望まれる分野なのか，今のところ不協調する必要があるが，今後，術者，助手，カメラ医の明である．一定以上の技術レベルにある医師は，実習よ

3 者の操作が同時に表現でき，チームのパフォーマンスり他人の手術を見ることの方が有効であり，より精細なを評価できることが望まれる．

手術画像の配信が効果的である．今後のシミュレーショ

（7）Open 手術への応用

ン教育に関して，次のような発展方向を考えている．

現在，新しい手術訓練システムの模索は，内視鏡下手（1）研修歴などの certificate，技術の認定術が先行しているが，オープン手術へフィードバックさ

もともと評価機能は VR シミュレータの特性の一つれていくと思われる．

である．概して欧州では手術訓練プログラム，および評価，認定に VR シミュレータの導入が進んでいるが，参考文献

内視鏡下手術参加の条件として VR シミュレータのス[1] Tanoue K, Ieiri S, Konishi K, et al.: Effectiveness of

コアを求める施設もある．SAGES で開発された，もとendoscopic surgery training for medical students using a

もとボックス用の基本タスク (FLS) が VR シミュレー

virtual reality simulator versus a box trainer: a randomized

タのプログラムとして搭載されるなど，今後，ある程

controlled trial. Surg Endosc 22, pp.985-990 (2008)

度，共通の尺度で基本タスク評価ができる可能性があ[2] 藤原道隆，三澤一成，中尾昭公：内視鏡下手術のバーる．我が国を含めて世界的に VR シミュレータ講習歴

チャルリアリティ・トレーニングの現状，医療情報学

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医療から見た VR

28 (suppl), pp.253-255 (2008)

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ン，VR シミュレーションを用いた腹腔鏡下手術教育，[3] Botden SM, Buzink SN, Schijven MP, et al. Augmented

消化器癌における分子生物学的研究など．

versus virtual reality laparoscopic simulation: what isthe difference? A comparison of the ProMIS augmented

渡邉卓哉（WATANABE Takuya）

reality laparoscopic simulator versus LapSim virtual reality

名古屋大学医学部附属病院

laparoscopic simulator. World J Surg 31, pp.764-772 (2007)

1999 年名古屋大学医学部卒業，1999 年市立四日市病院[4] Lin DW, RomanelliJR, Kuhn JN, et al.: Computer-based

研修医，2001 年市立四日市病院外科医員，2006 年愛知消化器外科 2

laparoscopic and roboticsurgical simulators: performance

県厚生連昭和病院外科医長，2008 年名古屋大学医学部

characteristicsand perceptions of new users. Surg Endosc

附属病院消化器外科 2，画像情報外科医員．日本外科学

23, pp.209-214 (2009)

会認定医，外科専門医，消化器外科専門医，日本内視鏡外科学会会員．現在の主たる研究：腹腔鏡手術におけるトロッカー挿入 (optical 法 )VR シミュレータの開発．

【略歴】
藤原道隆（FUJIWARA Michitaka）
名古屋大学大学院医学系研究科 画像情報外科学 准教授

小寺泰弘（KODERA Yasuhiro）

1987 年名古屋大学医学部卒業，1988 年一宮市立市民病名古屋大学大学院医学系研究科消化器外科学院，1993 年名古屋大学第 2 外科，2004 年名古屋大学医1985 年名古屋大学医学部卒，同年 5 月より小牧市民病学部画像情報外科学助教授 ( 現大学院医学系研究科画院で研修後，同外科勤務．1991 年 4 月名古屋大学医学像情報外科学准教授 )．外科専門医，日本外科学会指導部第二外科非常勤医員として上部消化管癌の臨床，研究医，消化器外科専門医，内視鏡外科学会技術認定．日に従事．1994 年 6 月より愛知県がんセンター消化器外本外科学会，日本消化器外科学会，日本内視鏡外科学科医長として主に胃外科を担当．2002 年 1 月に名古屋会 ( 評議員 )，日本胃癌学会 ( 評議員 )，日本コンピュー大学大学院医学研究科病態制御外科学講座 ( 現消化器外タ 外 科 学 会， 日 本 VR 医 学 会，Society of American科 ) 助手となり，2004 年 10 月より同講師，2008 年 1 月

Gastrointestinal and Endoscopic Surgeons (SAGES) など所より現職．日本外科学会，日本消化器外科学会，日本消属．NPO 日本から外科医がいなくなることを憂い行動化器病学会専門医，日本消化器外科学会，日本癌治療学する会幹事．主な研究内容：内視鏡外科 ( 特に胃外科 )，会，日本臨床外科学会，日本胃癌学会，日本食道学会評

IT 技術による手術支援，手術トレーニング・システム．

議員，Faculty of the American College of Surgeons．

岩田直樹（IWATA Naoki）

中尾昭公（NAKAO Akimasa）

名古屋大学大学院医学系研究科

消化器外科学

名古屋大学大学院医学系研究科消化器外科学

准教授

教授

画像情報外科学1973 年名古屋大学医学部卒業．1983 年名古屋大学医学2001 年 名 古 屋 大 学 卒 業． 同 年 公 立 陶 生 病 院 研 修 医．

部第二外科助手，1987 年同講師，1989 年米国ピッツバー

2003 年同外科医員．2006 年名古屋セントラル病院 ( 旧グ大学留学，1992 年名古屋大学医学部第二外科助教授．

JR 東海病院 ) 外科医員．2008 年現研究科入学．現在バー

消化器癌の診断，外科治療に従事．腫瘍マーカー，癌免チャルリアリティーシミュレーターの有用性とその臨床疫組織化学，癌遺伝子診断と治療等の研究を手掛る．特応用について研究中．に膵癌手術においては多くの新手術術式を考案．1999
年同教室 ( 現，名古屋大学大学院医学系研究科消化器外田中千恵（TANAKA Chie）
名古屋大学大学院医学系研究科科学 ) 教授就任後は，従来の研究の発展とともに，癌ウ
消化器外科学

イルス療法共同研究などの新たな癌治療研究も進める．

1998 年福島県立医科大学卒業，1998 年愛知県厚生農業

第 110 回日本外科学会定期学術集会会頭，第 41 回日本協同組合連合会昭和病院研修医，1999 年名鉄病院勤務，

膵臓学会大会会長，タイ王立外科学会名誉会員，NPO

2005 年市立四日市病院勤務，2006 年 4 月名古屋大学大法人日本から外科医がいなくなることを憂い行動する会学院医学系研究科消化器外科学入学．日本外科学会認定

理事，他．

医，外科専門医，消化器外科専門医．主な研究テーマ：
3 次元仮想腹腔内画像を利用した手術シミュレーショ

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