術前腫瘍血管外科手術計画におけるARの可能性

現在、IRCCSボローニャ大学病院のProf. Emanuela Marcelliがこのラボを率いています。このラボは、仮想現実（VR）、拡張現実、シミュレーション、3Dモデリング、積層造形などの先進的な3Dテクノロジーを活用し、医療従事者に対して術前計画、術中ガイド、パーソナライズド手術器具やインプラントの設計のための新しいツールを提供するという使命を持ってスタートしました。

約7年前に始まり、当初はチームがセグメンテーションソフトウェアの使用経験を積むことが目的でした。徐々に3DプリンターやAR/VR視覚化システムを導入し、その能力を拡大していきました。「私たちは、頭蓋顎顔面外科、血管外科、泌尿器科といったいくつかの外科専門分野からの依頼に応えることから始め、現在では16の病院手術部門をカバーするまでに成長しました」とLaura氏は説明します。

「ラボを構築するにあたり、私たちの強みとなったのは、戦略的な立地、多分野にわたる専門知識を持つチーム、そして適切なテクノロジーでした。私たちの日常業務には、ラボの持続可能性の確保、3Dテクノロジーのメリットの数値化、コストの追跡、医療機器規制の順守、そして私たちの活動の推進などが含まれます。

最近、ラボのチームは、主要血管構造に影響を及ぼすか、またはそこから発生する腫瘍にしばしば適用される治療法である脈管構造手術の術前計画におけるARの利点を調査する研究を開始しました。解剖学上の特定の構造を分離し、CTスキャンと3Dモデルの両方を同時に表示するなど、多くの潜在的な利点が期待されています。

「この研究の目的は、ARにおける術前計画が手術の有効性にどのような影響を与えるかを検証することです」とLaura氏は説明します。「まだ1例の登録が完了したばかりですが、最終的には、二次元CTスキャンを使用して従来通りに計画された20例と、3Dテクノロジーを使用して計画された20例、すなわち通常の二次元ディスプレイに投影された仮想3Dモデル、3Dプリントモデル、拡張現実で表示された仮想モデルを比較します。

eDIMESラボの技術チームは、Mimicsを使用して3D解剖学的モデルを作成します。Microsoft HoloLensのAR機能（Mimics Viewer）を使用して、再構成された3Dモデルにアクセスし、手術用に準備します。このプロセスは、3Dプリントモデルの準備とほぼ同じです。患者の画像から解剖学的構造をセグメント化し、仮想モデルを作成し、そのモデルをARアプリにアップロードします。そこから、外科医はより没入感のある直感的な方法で患者の解剖情報と双方向的にやりとりすることができます。これらの利点に加えて、3Dプリントモデルよりも手頃な価格であることが多いです。

“We’ve received various requests from oncovascular surgeons for help with complex cases in the abdomen. 3D printing can be especially expensive for these applications because surgeons want larger, multi-color models to view all the anatomy in detail. Using AR instead could offer a cheaper, more comprehensive alternative that allows them to visualize the anatomy in different variations, for example, with or without the arteries or veins,” says Laura.

「私たちは、腹部の複雑な症例について、腫瘍血管外科医からさまざまな支援依頼を受けています。 外科医は、すべての解剖学的構造を詳細に観察するために、より大きく、多色のモデルを希望するため、このような用途では3Dプリントは特に高額になる可能性があります。 代わりにARを使用すれば、より安価で包括的な代替手段を提供でき、例えば動脈や静脈の有無など、さまざまなバリエーションで解剖学的構造を視覚化することができます」とLaura氏は述べています。

研究では、Laura氏と他の研究者は、患者の予後に影響を与える可能性のある3つの変数、すなわち、出血性事象による失血量、外科医による腫瘍部分の完全な除去の程度、および外科医が術前計画をどの程度忠実に実行できるか、を比較します。Laura氏は、ARがこれらの各領域の改善に貢献するだろうと仮説を立てています。

「ARは今後5年間で医療分野に大きな進歩をもたらすでしょう。特に外科手術の補助、医療トレーニングおよび教育、病院のワークフローの最適化においてです」とLaura氏は言います。

Laura氏が最初に予測する進歩は外科手術の補助です。ARは、手術部位に重ねて患者のバイタルサインや解剖学的ランドマークなどの重要な情報を視覚的に強化して表示することで、精度と成果を向上させることができるとLaura氏は考えています。さらに、ARによって体内の器具や解剖学的ターゲットの位置を表示することで、切開を大きくする必要がなくなり、手術の侵襲性を低減できる可能性もあります。

ARを使用した医療トレーニングや教育に関しては、Laura氏は、実際の人体や3Dプリントモデルに解剖学的情報を重ね合わせることで、学生や専門家が没入型の学習体験を積むことができるようになると予測しています。

実際、彼女は夏期講習プログラムで耳鼻咽喉科の研修医を対象に、さらに詳しくテストする予定です。 外科医から収集し、3Dで再構成した実際の病理学的症例で、Mimics ViewerのARの使用法を探求します。 今後の研究では、Magic Leap 2などの他のARヘッドセットをテストする機会も得られるでしょう。

研修医にとってはテクノロジーを体験する素晴らしい機会となり、Laura氏にとっては教育プロセスを支援するテクノロジーの活用法を観察する機会となります。「教育プロセスの改善を数値化して試してみることは興味深いでしょう。

そして、最後に忘れてはならないのが、ワークフローの改善です。Laura氏は、ARを使用してスタッフに手順をガイドすることで、病院はワークフローを合理化でき、エラーを減らし、医療効率を改善できると予測しています。これらの開発に注目してください！