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テーラーメイド超精密手術シミュレーションロボットの開発と事業化

血管の立体モデル

図1 血管の立体モデル

トレーニング用ロボット「EVE(イブ)」

図2 トレーニング用ロボット「EVE(イブ)」

EVE(イブ)による医療技術トレーニング

図3 EVE(イブ)による医療技術トレーニング

1.概要

 本技術は,患者のCT/MRI画像から,同患者の体内構造とくに血管構造を精密に立体モデル(図1)化するものである.さらに本技術は,この臓器立体モデルに,人型ロボットを意識した人型のボディを付与して,図2図3に示すカテーテル手術のシミュレーション用の人型ロボットを構築するものである.私達は,この臓器立体モデルおよび人型ロボットを医療用シミュレータとして,(1)患者の手術リハーサル(2)医師の技術トレーニング,(3)研究開発者の医療機器評価の目的で提供している.

 本臓器モデルおよび,人型ロボットは,世界の病院や医療機器メーカーに導入され活躍している.そして,「医療技術トレーニング分野」の発展と普及に,大きな貢献を行っている.一例として,本技術(臓器立体モデル)は,日本脳神経外科分野の専門医師試験に,技術評価媒体としては初めて採択され,医療現場でのシミュレータの重要性と認知度を飛躍的に高めた.

2.技術の内容

 本技術の具体的な第1の側面(臓器立体モデルの製造技術)は,具体的には以下のプロセスである.(1)CT/MRI画像から目的の臓器形状を抽出して3次元データ化し,(2)積層造形手段(樹脂溶融型の3次元インクジェット手段)を用いてこれを立体化し,(3)得られた積層造形物をロストワックス鋳型として用いて,管状の臓器,特に血管の立体モデルを得る.この技術には任意の材料を用いることができるため,生体疑似性と透明性・耐久性に優れたシリコンゴム(図1)や,極めて生体疑似性の高いPVAハイドロゲル材料,一方で再生医療に用いられる生体親和性材料(ポリ乳酸やポリカプロラクトンなど)からなる臓器立体モデルを生成でき,様々な目的に利用できる.また造形精度は,用いる積層造形手段に依存するが,必要に応じて10mm以上の精度を実現でき,外科手術のシミュレーションには十分な微細臓器構造を再現できる.また使用する材料の硬化特性等にも依存するが,必要に応じて数時間から1日程度で加工を完了でき,手術のリハーサルなど緊急性を要する目的にも十分に対応できる.これらの優れた特徴から現在,医療に関わる多用な目的に導入・利用され活躍している.

 現在では量産化技術にも目処が付き,今後はより低価格で世界中により大きな規模で提供してゆく計画である.

 本技術の第2の側面(臓器立体モデルの応用技術)は,女性型手術トレーニング用ロボット「EVE(イブ)」(図2)である.EVEは,臓器立体モデルに,さらに計測・制御技術を付与して,手術シミュレーション目的に特化したロボットとしてシステム化したものである(EVEは,Endovascular Evaluator/Educatorの略で,「血管内手術を評価・教育するもの」の意味).このシステムに付与した計測・制御技術には,(1)光弾性応力計測法を応用して臓器(血管)立体モデルそのものを力センサにする3次元応力計測技術,(2)この力情報から得られた情報を分析して,その結果を映像(グラフや数値)と音声で提示する分析技術,(3)カメラ映像から,実際の手術中に得られるX線映像を疑似生成するVR技術,(4)人の心拍を精密に再現するフィードバック型の人工心臓(拍動ポンプ)が含まれる.EVEによれば,シミュレーションだけでなく,評価(手技や医療機器の分析・評価)のフィードバックが可能になる.このことから,現在世界の医療機関や医療機器メーカーに導入され,最先端のシミュレータとして活躍している.

3.まとめ

 2005年に名古屋大学発ベンチャー企業(ファイン・バイオメディカル(有))を創業し,臓器立体モデルとEVEの提供を通じて,社会に貢献している.本臓器モデルおよび,人型ロボット(EVE(イブ))は,2006年以降,日本全国および海外の病院やテルモ社,ジョンソン・エンド・ジョンソン社,ボストンサイエンティフィック社を初めとする医療機器メーカー等で導入され,医療分野全体で,シミュレータを用いたトレーニング制度や医療機器評価制度の普及と発展に貢献している.

 本研究の成果に対して、日本機械学会は、2011年、池田誠一(ファイン・バイオメディカル(有))、福田敏男(名古屋大学大学院工学研究科)に日本機械学会賞(技術)を贈った。

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キーワード

CT/MRI画像、医療技術トレーニング、体内構造立体モデル、血管構造立体モデル、手術シミュレーション、人型ロボット
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