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

手術支援システムの現状と期待

滝内秀和

田ノ岡征雄

山本新吾

橋爪

西宮市立中央病院

兵庫医科大学兵庫医科大学

九州大学

TAKIUCHI HIDEKAZUTANOOKA MASAOYAMAMOTO SHINGO

1．はじめに誠HASHIZUME MAKOTO

腹腔鏡手術が難しい要因としては，以下のような理由が挙げられる．

近年，腹腔鏡手術を代表とする内視鏡手術が臨床の現①腹腔内の器具先端の動きは，腹壁を支点としているた場で普及しつつある．この背景には，体になるべく負担の少ない手術 ( 低侵襲手術 ) を行い，傷の痛みを軽減すめに術者の手の動きと逆になること．
②内視鏡を対象物に近づけると拡大視するために，実際る医学的な理由や，入院期間を短縮し早期に社会復帰すの対象物の大きさや長さが判り難いこと．

ることにより，社会資源を有効に利用しようという経済③重力の方向がモニター上からは判別できないこと．

的な側面もある．

④手術映像は 2 次元視で立体感がないこと．

しかし，これまでお腹を大きく切開し行われてきた開腹手術と比較して，腹腔鏡手術には様々な制約があり，⑤触覚が欠如していること．

それが術者への大きな負担になると同時に，合併症や医⑥手術器具の動きに制限があること．

療過誤の原因にもなっている．その理由の一つが，本来例えば調理の際に，手首を固定された状態で，決めら人間に備わっている感覚器官をできるだけ活用して行われた穴から腕を通して，しかも片目を閉じて料理する状

れるべき手術操作が，腹腔鏡手術では手の触覚を利用で況を想像すれば，腹腔鏡手術がどれ程難しい手術である

きずに，視覚情報のみに依存して行わなければならないかは容易に理解できる．従って，人に本来備わっている点にある．しかもこの視覚情報も奥行きの判らない 2 次

感覚器官の一部しか使えず，しかも，制限された動きで元の視覚情報に基づいて行われる．例えば，開腹手術もって行わなければならない腹腔鏡手術では，必然的にでは拍動を指で触知することで動脈の位置を認識できた高度の技術が要求される．

が，腹腔鏡手術ではそれができない．そこで，動脈の位
3．バーチャルリアリティによる手術支援

置を視覚情報として術者に提示することができれば，手バーチャルリアリティを用いた腹腔鏡手術支援の方法

術の安全性が向上するものと期待され，バーチャルリアには，様々なものがあり，以下に詳述する．

リティ技術を用いた手術支援に大きな期待が寄せられている．今回，泌尿器科医としての立場から，腹腔鏡下の3.1腎臓摘出術を例に，手術支援システムの現状を説明し，術前手術計画

手術対象となる臓器や分野により，術前にどんな情今後への期待を考察する．

報が必要なのかは個々に異なる．ここでは，1 分間に500ml もの血液が流れている腎臓の摘出術を例に，術前2．腹腔鏡手術計画につき説明する．

通常の腹腔鏡手術は，炭酸ガスで膨らませたお腹の中に内視鏡を挿入し，その 2 次元画像をモニター上に映し

腹腔鏡下腎摘術の成否は，その血流量の多さから，腎動脈や腎静脈を如何に安全に処理するかにより決まると出しながら，手術器具を操作することで行われる．

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図1特集

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図 2 腎後面に挿入したバルーン拡張後の腎変位シミュレーション

腎血管系

言っても過言ではない．そのためには，腎動脈および腎最も簡単なものとしては，手術画像映写用モニターと静脈の本数，腎静脈に流入する副腎静脈や性腺静脈の合は別のサブモニター上に，その都度必要な画像情報を提流位置，腎動脈と腎静脈との相対位置関係などの 3 次元供するという方法である．当然のことながら，サブモニ解剖の理解が欠かせない [1]．最近，マルチスライス CT

ターに術者が必要とする医療情報を提供できる臨床工学の撮影能力向上と，それを処理するワークステーション

士 ( ナビゲータ ) が必要となる．術者がサブモニターをの能力向上に伴い，詳細な血管解剖を術前に 3 次元的に見る際には，手術モニターから眼を逸らす必要があるた理解することができるようになった ( 図 1)．

め，できれば手術モニター上に必要な医療画像情報を提供できる Augmented Reality(AR) を用いた手法が理想的腎摘術の際には，先ず動脈の血流を遮断してから離断である ( 図 3)．

し，静脈の血流を遮断後離断する必要がある．そこで，腎動脈のどの位置で処理を行い，腎静脈はどこで処理するのかを事前に検討しておくことで，安全な手術が可能となる．
一方，腎臓に到達する方法には，経腹膜到達法と後腹膜到達法の二つがある．経腹膜到達法は，体の背中側に位置している腎臓に，お臍の方向からアプローチする方法であり，腎臓は本来の位置に存在しているため，手術前の CT で撮影された血管の位置情報が有益である．一方，腎臓に対して背中の方向からアプローチする後腹膜到達法では，腎臓の後ろにバルーンで作業腔を作成する必要がある．しかし，腎臓がお臍側に移動してしまうた
めに，腎臓の血管の位置も変位してしまい，手術前に撮影された CT 情報の有用性が低下せざるを得ない．

図 3 AR ナビゲーション画像表示

そこで，我々は後腹膜到達法での腎臓の変位を，術前の仰向けで寝た体位で撮影した CT 情報からシミュレーションする方法を確立した [2] ( 図 2)．後腹膜到達法の際手術画像上に，CT 情報から再構成した 3 次元画像をには，術前に予め準備しておいたシミュレーション画像

重畳表示するためには，ナビゲータには工学的な知識ば上で，腎血管の処理を行う位置を決定しておくことも可

かりでなく，医学的に高度な知識も要求される．
ナビゲー

能となった．

ション用 3 次元画像作製の段階では，術者がどの臓器の何を見たいのかを理解し，CT 情報からそれらの対象物

3.2

術中手術支援を抽出する作業が不可欠である．しかも，手術室では腹手術中の医療画像情報による支援方法には，複数の方腔鏡の内視鏡が対象物に対して，どれくらいの距離から，法がある．

どの角度で見ているのかという要素も考慮してナビゲー

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39ション画像を作製する必要がある．残念ながら，この方の位置を，赤外線を用いた 3 次元位置検出器で検出し、法による術中手術支援は，どこの施設でも対応できる訳

超音波画像情報を MRI 画像上に重畳表示し，しかもではなく，人的なコストの問題もあり普及が進む状況下

open MRI 検査を行いながらリアルタイムで腫瘍の位置にはない．

や治療された範囲を重畳表示することにより，確実に腫そこで，ナビゲータを必要としない 3 次元位置計測器

瘍を治療することを可能とした高度なシステムを用いた手術も行われている [4]( 図 4)．

を用いたナビゲーションシステムを利用する方法がある．術前に CT 情報から対象物を抽出する作業は必要と3.3なるが，3 次元ナビゲーション画像情報の空間位置座標

将来期待される手術支援と，患者の空間位置座標を合わせるレジストレーション

現在行われている手術支援としては，術前に撮影され作業を行えば，内視鏡の位置に合わせたナビゲーションた画像情報に基づくものが殆どであるが，手術中に CT画像が自動的に作製され，手術画像上に重畳表示される．

や MRI などの撮影を行い，臓器抽出を短時間で行うここのシステムは，赤外線や可視光を用いて，内視鏡に固とができれば，手術進行を妨げずに正確なレジストレー定されたマーカーの位置を計測することにより，内視鏡ションが可能となる．このためには，CT 情報から目的尖端の位置から見たナビゲーション画像をリアルタイムとする臓器や対象物の自動抽出技術の開発が必要となに作製するものである．究極のナビゲーションシステム

る．現時点では，完全自動抽出は技術的にも難しく，どと言えるが，腹部臓器を対象とした場合には，術前 CTうしても一部は人手で処理を行う必要がある．従って，検査の際の体位と手術時体位とに誤差が生じ，手術画像実際にこれらの作業を手術開始から行うことは，手術上にナビゲーション画像を正確に重畳表示できない可能室で取得可能なデータ情報量が限られている点や得られ性がある．そこで，解剖学的特異点 ( 血管の分岐部など )たデータ処理時間の点から，現段階では実施困難な状況

や体内で比較的直線に近い下大静脈，性腺静脈のような下にある．従って，どうしても術前に撮影されたデータ

構造物の 2 点を，手術中に位置計測しそれらの情報を基を基に準備された精細なナビゲーション画像が必要となにレジストレーションを自動補正する手法も開発されてる．これを如何に手術操作により生じた変形や変位に応いる [3]．

じて修正することができるか，しかもリアルタイムに追最も正確にレジストレーションするためには，手術室随させることができるかどうかが今後鍵の技術となる．

内での CT あるいは MRI 検査が理想的であり，しかも手術操作による臓器の変形や変位の計測には，手術処理手術操作により，逐次変化する臓器の状態を，ナビゲー後に逐次 MRI や CT の撮影を行う方法が理想的ではあション情報として反映させることができる．実際に，肝るが，撮影に時間を要することや被爆の点から，より侵腫瘍に対するラジオ波治療の際に，体表に貼付したマー襲が少なく短時間で施行可能な計測方法が望まれる．具カーの位置や穿刺用超音波プローブに装着したマーカー

体的には，超音波プローブに 3 次元位置センサーで検知可能なマーカーを装着することで，超音波画像の断面に映し出された臓器の 3 次元位置を計測する方法や，体内へ挿入可能な 3 次元位置センサー用マーカーを装着した棒状の器具 ( ポインター ) で，ポインターの尖端位置情報を取得する方法などがある．それにより得られた 3 次
元位置情報を基に臓器の変形や変位をリアルタイムにナビゲーション画像に反映する技術の開発が期待される．
近年，鏡視下手術では内視鏡画像のハイビジョン化が進行しつつあり，ハイビジョン画像に対応した精細なナビゲーション画像の作製技術も今後必要になると考えられる．さらに，内視鏡画像も 2 次元画像から 3 次元画像への進化も遂げつつあり，ハイビジョン立体内視鏡画像下での 3 次元ナビゲーションが行われることも近い将来可能となるものと思われる．

図 4 腫瘍焼灼術終了直後の MRI 画像
腫瘍（緑），赤（焼灼領域）＊口絵にカラー版掲載

近年，より侵襲の少ない単孔式腹腔鏡下手術 (Laparo-39

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Endoscopic Single Site surgery:LESS) や 胃 壁 や 腟 壁 な ど器科学教室講師．2004 年より現職．専門は腹腔鏡手術，から腹腔内に到達して行われる NOTES(Natural Orifice

尿路悪性腫瘍，手術ナビゲーション．著書『免疫研究法

Transluminal Endoscopic Surgery) などの手技が導入されハンドブック』．

つつあり，この分野においてもナビゲーションは必要不
田ノ岡征雄（TANOOKA Masao）

可欠の技術になるものと予想される．
また，蛍光物質を腫瘍や腫瘍近傍に注射しておき，腹兵庫医科大学

中央放射線部技師

腔鏡下に sentinel リンパ節を検出し，これを確実に切除1986 年大阪物療専門学校第一放射線科卒，1986 年診療することができるようになれば，生存率の向上に寄与す

放射線技師資格取得，2009 年兵庫医科大学大学院医科るものと考えられ，この際にもナビゲーション技術の果学生体応答制御系医学物理学博士課程．1998 年より現たす役割は重要なものになると考えられる．

職．放射線治療品質管理士，放射線治療専門放射線技師，さらに，かつて開腹手術では普通に利用していた触覚医療情報技師，医用画像情報管理士．

を，VR 技術を応用することで，手術画像上に臓器の固さや表面の性状を提示することができれば，鏡視下手術

山本新吾（YAMAMOTO Shingo）はいっそう進化を遂げるものと期待される．

兵庫医科大学泌尿器科教授以上述べた VR 技術を駆使した手術を行うために，手1987 年京都大学医学部卒業，1995 年アラバマ大学客員

術室もそれに対応したインテリジェント手術室へと進化研究員，1996 年京都大学博士課程修了，2000 年京都大し，臓器の 3 次元位置情報に基づいた正確で安全な手術

学大学院泌尿器科助手，2002 年同講師，2005 年兵庫医が行われるようになることは間違いない．

科大学泌尿器科助教授，2009 年より教授．専門は，腹腔鏡手術，尿路性器感染症，腎移植．

参考文献[1] 滝内秀和，中尾篤，丸山琢雄，近藤宣幸，野島道生，

橋爪誠（HASHIZUME Makoto）

森 義則，島 博基，田ノ岡征雄，平山伸一，中尾宣夫：

九州大学大学院医学研究院先端医療医学教授

腎腫瘍に対する鏡視下腎摘術プラニングにおける 3DCT

1979 年九州大学医学部卒業，1984 年同大大学院医学研

画像の有用性に関する検討，日本 Endourology・ESWL究科修了 ( 第一病理 )，1998 年同大医学部第二外科助教授

学会誌，Vol.18, pp.111-115 (2005)などを経て，1999 年より同大大学院医学研究院災害救[2] Takiuchi, H., Mori, Y., Shima, H., Tanooka, M.,

急医学教授．現在，九州大学病院先端医工学診療部長おHirayama, S. and Nakao, N.：KIDNEY DISPLACEMENT

よび救命救急センター長なども兼任する．専門は，消化SIMULATOR FOR RETRO-PERITONEAL LAPAROSCOPIC

器外科学，コンピュータ外科学，災害救急医学，門脈圧NEPHRECTOMY, J Urol., Vol.174, pp.2111-2114 (2005)

亢進症．2006 年に，文部科学大臣表彰科学技術賞 ( 科学[3] 黒田嘉宏，金守恒志，滝内秀和，田ノ岡征雄，井村誠孝，技術振興部門 ) を受賞，2007 年には，MR 画像誘導下小黒田知宏，大城理：AR 手術のための直線対応体内型手術用ロボティックシステムで「今年のロボット」大レジストレーション，日本バーチャルリアリティ学会賞 2007 審査委員特別賞を受賞した．著書『ROBOTIC

論文誌，Vol.14, No.4, pp.435-444 (2009)

SURGERY』．

[4] Maeda T, Hong J, Konishi K., Nakatsuji, T., Yasunaga,T., Yamashita，Y., Taketomi,A., Kotoh, K., Enjoji, M.,
Nakashima, H., Tanoue, K., Maehara, Y. and Hashizume,
M.：Tumor ablation therapy of liver cancers with an openmagnetic resonance imaging-based navigation system, Surg
Endosc., vol.23, pp.1048-1053 (2009)【略歴】
滝内秀和（TAKIUCHI Hidekazu）
西宮市立中央病院

泌尿器科部長1982 年岐阜大学医学部卒業，1999 年兵庫医科大学泌尿

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