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

医療訓練・術前計画における VR 技術利用の現状と課題

寺田尚史

三菱プレシジョンTERADA TAKAFUMI

1．はじめに・VR シミュレータ・マネキンシミュレータ

1990 年代コンピュータ性能の向上や情報技術 (IT) の各種医療行為の手順や手技を訓練するための模擬訓練発展とともに急速に進展してきたバーチャル・リアリ

装置．人体形状 ( 全身または一部 ) を模擬したマネキン

ティ (VR) 技術も，21 世紀に入り様々な分野への本格的型とコンピュータ画像を中心とした VR 型に分類される．

な応用が始まり，社会生活へ確実に浸透してきているよ・術前計画・術前シミュレーション装置
医療画像の 3 次元化，細部抽出，強調画像，透視画像うに思われる．一方，医療技術も長足の進歩を遂げている．CT，MRI，PET，超音波などの医療画像診断装置の高等により術前計画・シミュレーションを行う．

性能化 ( 3 次元化・高解像度化 )，内視鏡などを用いて患・手術ナビゲーション

者への負担を最低限に抑えようとする低侵襲手術の増加

患者の診断データを用いた術前計画と，手術中での提などである．これらの新技術は画像情報を用いる点，モ示 ( 生体との重ね合わせ )，術中に測定されるデータの提ニタ画面上に情報が提示される点など VR 技術とも相性

示，臓器の変形などに合わせた手技の変更のリアルタイがよく，その有力な応用分野の一つとなっている．本稿

ム処理，提示などを行うシステム．

では，この中でも医療訓練・術前計画の分野における製・手術ロボット品化を中心に VR 技術利用の現状と課題を考察する．

マスター・スレーブ方式のロボットを用いた手術シス
テム．特徴として，内視鏡下などの低侵襲手術を容易に

2．VR 技術を利用した医療関連機器とその分類する，難易度が高く非常に細かな手術が可能になる，手装置を誰が，どのような場面で用いるかによって図 1

術ナビゲーションとの組合せが容易になる，などが挙げられる．「da Vinci ®[1]」が国内でも導入されている．に示すような分類を行った．

・メンタルヘルスセラピー
精神的疾患を持つ患者 ( 例えば高所恐怖症など ) に対する仮想世界を用いた脱感作療法や，末期がん患者などのホスピスとして肉体的苦痛や精神的不安の軽減などを目的とする．兵士の「PTSD」治療にも使われている．
・リハビリテーション，フィジカルトレーニング
これまでの単調で繰返しの多い訓練に替わり，VR 技術を用いて愉しく訓練を行い，患者のモチベーションを維持することを目的としている．
・情報提示機器，感覚代行機器
視覚や聴覚，四肢などに障害を持つ方のために，その感覚や機能を補助・強化したり，あるいは別の器官での図1

代行を目指す装置．

VR 技術を利用した医療・福祉機器の分類

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特集

医療から見た VR

3．医療技術訓練への VR 技術応用
従来，医療技術の習得は，他の多くの技能訓練と同じように「現場に出て体で覚える」事が主流であった．医師にしても看護師にしても，学生時代から臨床実習・現場実習が行われ，卒業後も「助手」として医療現場に入り，熟練者の手助けをしながら「見て，聞いて，失敗を繰り返しながら体で覚える」事で技術・技能を習得してきた．

図3

しかしながら昨今の医療技術の急速な高度化・専門化・

呼吸音聴診シミュレータ「ラング」( 株 ) 京都科学 HP より転載 [3]細分化は，これまでにない技術と知識の習得を医療従事者に要求しており，従来ながらの「現場で覚える」式のされている．以前は，読者の多くも一度は使われたこと

教育・訓練手法が，医療技術の向上に追いつかず，医療があるであろう心肺蘇生用ダミーのような単機能の装置事故・医療ミスを引き起こす要因の一つに挙げられるよであったが，最近では IT 技術やロボット技術，新素材うになった．またこれと相まって，医療倫理・患者権利を導入し，各種生体信号 ( 脈拍，血圧，心音，等 ) の提意識の高まりにより，経験の浅い医師や看護師による医示や瞼の開閉などより生体に近い反応や触感が得られる療行為を拒絶，あるいは敬遠する傾向が強くなっている．

装置が製品化され，医学部・看護学校を初め，一般の病このような状況の中，様々な教育・訓練手法が実施され院にも幅広く導入されている．国内では ( 株 ) 高研や ( 株 )ているが，注目を集めているのが「シミュレーション教京都科学などのメーカがあり国際的にも大きな評価を得育・訓練」である．
「シミュレーション訓練」は，従来ている．また，X 線や CT などの医療画像撮影訓練用とから行われている手法であり，ある想定された条件の下して，人体と同様の X 線吸収率を持つ組織代用物を用で実際に近い形での訓練を行う．身近なところでは「防いた「医療画像用ファントム」が製品化され，人体への災の日」などに行われる「避難訓練」が想起されるであ

被爆の危険性を考慮することなく訓練を行うことが出来

ろう．医療訓練では，例えば一人が患者役となり医師やる．この他ユニークな物として，重りや拘束具，特殊な看護師の問診等の訓練，体位変換や清拭，注射，おむつゴーグルや耳栓を装着して，高齢者や障害者，妊婦など交換などの訓練を相互に行う．しかしながら，実際の患の体験を行うことが出来る「体験セット」なども販売さ者とは違って患者特有の症状 ( 顔色，呼吸，脈拍，血圧，れ，看護や介護における問題点の把握，介助機器の設計等 ) がない，遠慮や羞恥心から没入できない，危険をとなどに利用されている．

もなう行為 ( 注射等 ) は実施するのが難しい，などの限一方，内視鏡の操作や内視鏡下手術の訓練・体験用と界も指摘されている．この点を補う物として患者シミュして「VR シミュレータ」が開発され，複数の製品が販

レータ ( 本稿では後に取り上げる VR シミュレータに対売されている．従来，現場 OJT 以外の手術訓練としては，し，マネキンシミュレータと呼ぶ．) が導入され救急訓図 4 に示すような縫合・結紮などの基本訓練を行う「ボッ練を初めとして広く使われている．

クストレーナ」と，臓器の大きさや構造が人間に近い

マネキンシミュレータは図 2 に示すような全身型かと言われるブタを用いて実際に手術を行う「ウェットラら，図 3 に示す呼吸音シミュレータのように目的に応じボ」が主流であったが，図 5 に示す VR シミュレータのた身体各部分だけの物など様々なシミュレータが製品化登場により海外ではこれらを組合せた訓練カリキュラム

図2

図4

マネキンシミュレータ ( 全身型 )「SimMan®」

ボックストレーナによる訓練風景

日本内視鏡外科学会 HP より転載 [4]Laerdal 社 HP より転載 [2]20

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図5

VR シミュレータ「LapMentor™」

図621

3 次元ビューワ 「RealIntage」

Simbionics 社 HP より転載 [5]( 株 ) ケイ・ジー・ティー社 HP より転載 [6]が組まれるようになっている．国内でも大学医学部を中像が必要とされるようになる一方で，3 次元画像生成時

心に 20 〜 30 箇所の施設に計 50 台程度が導入されてい間の短縮や簡便化，様々な機能の追加により 3 次元画像る．米国の内視鏡外科関連の学会「Society of Americanを用いた術前計画の有用性が認識され始めている．3 次

Gastrointestinal and Endoscopic Surgeons (SAGES)[8]」では，元画像の生成・構築や表示を行うソフトウェアを本稿で専門医資格の要件の一つとして，VR シミュレータによは「3 次元ビューワ」と呼ぶこととする．3 次元ビューる評価を取り入れる動きが出ている．

ワはどのような形で提供されるかにより，医療画像診VR シミュレータを用いる利点としては，断装置付属，医療画像ワークステーション，有料ビュー・基本手技と同時に特定の手術の擬似体験が可能

ワ，無料ビューワに分類することが出来る．また，3 次・( 動物も含め ) 生体を傷つけることなく訓練が可能

元ビューワに搭載されている機能として，・出血や臓器損傷などの術中合併症の対応など危険体験

・マルチスライス表示 ( 2 次元画像 )が繰り返し可能

・任意断面画像・透視画像・計測機能 ( 体積，距離，角度等 )などの点が挙げられる．

・自動領域抽出 / 処理 ( 骨抜き処理・血管抽出処理等 )また，VR シミュレータを使用する場面，状況，段階等によって，次に示すようなレベル分けが出来る．

・マルチフェーズフュージョン

1：Basic skills：基本動作の習得

・仮想化内視鏡

2：Task skills：基本手順の習得などが挙げられる．

3：Procedural training：操作手順に沿った模擬訓練

無料で入手できる 3 次元ビューワを表 1 に示す．興味

4：New techniques：新しい高度な技術の開発と習得のある読者は是非ともお試しいただきたい．

5：Mission Rehearsal：個別課題の計画，予行演習

表1

現在の VR シミュレータの実力はレベル 2 から 3 に相当

無料で入手できる 3 次元ビューワするものと思われる．今後の機能・性能の向上により，動物愛護の観点から削減・廃止が危惧されているウェットラボ訓練代替としての大きな可能性を秘めている．
4．術前計画と術前シミュレーション
従来，術前計画としては X 線 CT や MRI などの医療術前計画を更に一歩進め，術中の経過や術後の結果を画像診断装置により得られた 2 次元画像を用いることが予測するシステムを本稿では「術前シミュレーション」主流であり，3 次元画像の利用はごく一部であった．ことする．
術前シミュレーションは，大腿骨置換術 ( 図 7) や，れまで経験のある医師ではこの 2 次元画像から 3 次元像

顔面再建術などの整形外科領域，歯科・口腔外科領域を頭の中で構築することが可能であり，また 3 次元画像などで広く使われるようになっている．術前シミュレーの生成には専門的な知識と時間および，高価な装置が必ションの製品として，主に画像上でのシミュレーション要であったためその必要性が認識されなかったためであを行う装置と，ラピッドプロトタイピング等により「模る．しかしながら，機能温存を目的とした部分切除術や型」を作る事が出来る装置に分類できる．術前シミュレー

進行癌に対する腹腔鏡手術などにより低侵襲で詳細な画ションを行うことによる利点として，

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別課題の計画，予行演習」を行うことが可能なリアリティの高さが求められている．
6．おわりに-「安全・安心な医療」の一翼を担って -ここまで医療訓練・術前計画の分野における製品化を中心に考察を行った．紙面の都合上触れなかったが製品化・事業化にはさらに，制度面・経済面での取組が重要になってくる．3 章で述べたように米国「SAGES」での取図7

り組みを始めとして，欧米では産学官一体となった医療術前シミュレーション「HipCAS」訓練センターの設立が行われている．また欧州ではフラ( 株 ) レキシー社 HP より転載 [7]ンス IRCAD[9] を中心に欧州各国の研究グループが参加・手術時間の短縮し，患者固有データを用いたシミュレーションシステム・術後不適合の減少「PASSPORT」[10] の開発が，2011 年度の完成を目指してが挙げられる．

進められている．一方国内でも文部科学省新学術領域「計算解剖学」[11] において，国内の関連研究者が集結し，5．事業化・実用化の課題と対策

画像診断や治療などの支援技術の開発が開始された．

ここまで，VR 技術の医療応用として，医療訓練と術欧米の状況に取り残されないためにも，また，「安全・前計画分野での利用動向を見てきた．本章では事業化・安心な医療」の普及・向上のためにも関係者が一体となっ実用化の課題と対策に関して考察を行いたい．

た協議と取組が必要であると感じる．今後も微力ながらまず，術前計画用途に関しては 4 章で述べたように，貢献できれば幸いである．

医療画像診断装置の普及とともに多くの製品が販売され，今後も市場は拡大していくものと考える．強いて今参考文献（URL）

後の課題を挙げるとすると以下の点が挙げられる．

[1] http://www.intuitivesurgical.com/index.aspx (2010, 02, 04)

・自動診断機能の拡充および向上[2] http://www.laerdal.com/ (2010, 02, 04)

・操作性向上 ( 医師でも簡単に操作可能なように )[3] http://www.kyotokagaku.com/jp/ (2010, 02, 04)

・診療報酬への反映[4] http://www.asas.or.jp/jses/ (2010, 02, 04)[5] http://www.simbionix.com/ (2010, 02, 04)

一方，医療技術訓練用途としてはまだ数多くの課題が残されている．まず技術的側面を考えると，マネキンシ[6] http://www.kgt.co.jp/index.html (2010, 02, 04)

ミュレータ，手術シミュレータともに，「導入されては[7] http://www.lexi.co.jp/ (2010, 02, 04)いるものの，あまり使われずに埃をかぶっている．」と[8] http://www.sesam-web.org/ (2010, 02, 04)いう話がよく聞かれる．その理由として，[9] http://www.ircad.fr/ (2010, 02, 04)

・リアリティが低い[10] http://www.passport-liver.eu/Homepage.html (2010, 02, 04)

・シナリオ不足[11] http://www.comp-anatomy.org/wiki/ (2010, 02, 04)

・インストラクター不足などが挙げられている．しかしながらこれらの要求を全【略歴】て満足させることは，研究開発に要する期間や資金も含寺田尚史（TERADA

めてかなり厳しいものと思われる．したがって，これま

三菱プレシジョン ( 株 ) 技術開発部

で以上に「対象・用途を絞った製品開発」が重要になる

1985 年熊本大学工学部電気工学科卒業，1987 年同大学と考える．例えば学生・研修医用としては，自主学習可院理学研究科修士課程終了，1988 年三菱プレシジョン

能なティーチング機能や熟練医師の「技」を伝えるアノ( 株 ) 入社，H-II ロケット地上設備，ETS-IIV ランデブドッ

テーション機能，危険体験シナリオなどリアリティよりキングシミュレータ，フライトシミュレータなどの開発

もシナリオやカリキュラムが重視され，経験者用としてを手掛け，現在，ハプティックデバイス及び手術シミュは，3 章の VR シミュレータの分類に掲げた 4，5 のレベレータの研究開発に従事．計測自動制御学会，日本 VRルに相当する「新しい高度な技術の開発と習得」や「個学会，医用画像工学会，日本 VR 医学会会員．

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Takafumi）