緊急クリッピング術に対応した脳動脈瘤立体モデルの作製

Rapid 3-Dimensional Models of Cerebral Aneurysm for Emergency Surgical Clipping

Ⅰ．はじめに

　脳動脈瘤手術では，術前画像で脳動脈瘤と周囲の血管との解剖学的構造を知ることが必須である．古くから行われている脳血管撮影に加え，今日ではコンピュータ技術の発達により3-dimensional computed tomography angiography（3D-CTA), magnetic resonance angiography（MRA), 3-dimensional rotational angiography（3D-RA）などのコンピュータグラフィックス（CG）が容易に得られるようになり，術前画像として欠かせないものとなっている．さらに，CGの発展としてバーチャルリアリティ（VR）技術を利用した術前シミュレーションや手術トレーニング方法も報告されている^7,9)．

　しかし，CGの3次元投射画像から立体的な血管構造を把握するためには，コンピュータ上で回転や移動，サイズ変更などをマウス操作で行う必要があり，複雑な立体構造を直感的に把握できるとは言いがたい．また，偏光メガネやVR端末ゴーグルを利用した立体視手法も存在するが，真の立体感に乏しい．われわれは立体構造を直感的に把握するためには，視覚だけでなく触覚など複数の知覚を動員し，それらが相互に関与することで理解ができる「真の立体」が有用と考えている⁶⁾．

　画像データから迅速に立体モデルを作製する技術はrapid prototyping（RP）と呼ばれ，医療分野においてもさまざまな目的で使用されている⁴⁾．RPにはいくつかの方法があるが，最近ではABSなどの樹脂を用いた熱溶解積層方式の3Dプリンターの低価格化が進み，パーソナルユースでも注目されている²⁾．

　RP技術を脳動脈瘤手術シミュレーションに用いた報告はいくつかみられるが^1,3,10,11)，作製を外部業者に委託するため数日から数週間の時間を要することと，費用も高額であることから，時間に余裕のある待機手術には対応できても緊急性の高い破裂脳動脈瘤手術には対応困難であった．そこで本研究では，低価格で導入しやすい小型3Dプリンターを使用して自施設内で立体モデルを作製し，さらには作製時間を短縮させる工夫も加えて，より早くモデルを得ることができるシステムを構築した．このシステムで脳動脈瘤立体モデルを作製し，破裂脳動脈瘤緊急手術への臨床応用を試みるとともに有用性を検討した．

　We developed a method for manufacturing solid models of cerebral aneurysms, with a shorter printing time than that involved in conventional methods, using a compact 3D printer with acrylonitrile-butadiene-styrene（ABS）resin. We further investigated the application and utility of this printing system in emergency clipping surgery.

　A total of 16 patients diagnosed with acute subarachnoid hemorrhage resulting from cerebral aneurysm rupture were enrolled in the present study. Emergency clipping was performed on the day of hospitalization. Digital Imaging and Communication in Medicine（DICOM）data obtained from computed tomography angiography（CTA）scans were edited and converted to stereolithography（STL）file formats, followed by the production of 3D models of the cerebral aneurysm by using the 3D printer.

　The mean time from hospitalization to the commencement of surgery was 242 min, whereas the mean time required for manufacturing the 3D model was 67 min. The average cost of each 3D model was 194 Japanese Yen. The time required for manufacturing the 3D models shortened to approximately 1 hour with increasing experience of producing 3D models. Favorable impressions for the use of the 3D models in clipping were reported by almost all neurosurgeons included in this study.

　Although 3D printing is often considered to involve huge costs and long manufacturing time, the method used in the present study requires shorter time and lower costs than conventional methods for manufacturing 3D cerebral aneurysm models, thus making it suitable for use in emergency clipping.