脊椎脊髄ジャーナル 31巻11号 (2018年11月)

特集 ハイテク機器を利用した最新の脊椎脊髄手術

特集にあたって 根尾 昌志
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 近年のITの進歩はめざましく,当分人間が負けるはずはないといわれていた囲碁の世界ではイ・セドルがAlphaGoに敗れ,つい最近までは夢の車であった自動運転車の公道での走行試験が始まっている.AIの医療への導入もすぐそこまで来ており,放射線診断学や病理学ではAI導入後の診断手順や医師の立ち位置について真剣に議論がなされている.手術がロボットに取って代わられることはまだないだろうが,脊椎脊髄外科の世界にもITの進歩の波がひたひたと押し寄せてきているのは事実である.われわれは,これらハイテクを利用して,より有効な診断・治療法を見出し,平均的知識と技術をもつ外科医が,より正確に診断し,より困難な手術をより安全にできるようにしていくことを目指さなければならない.近年のCT based navigationや3D実体モデルはその最も成功した例であり,今や多くの施設で日常的に使用されて,15〜20年前には考えられなかった高難度の手術が可能となっている.

 今回の特集では,近年臨床応用された,または臨床応用に近い最新技術を紹介する.診断・手術の精度を上げる画像処理技術や手術支援機器について,それらの最先端を走る先生方にご執筆いただいた.未来の脊椎脊髄外科を感じさせる各論文をお楽しみいただきたい.

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はじめに

 あらゆる分野でハイテク器機の革新はわれわれの想像をはるかに超えており,脊椎外科領域においても例外ではない.この10年の脊椎ナビゲーションの進歩はめざましく,それに伴い使用施設も増えてきている.現在の脊椎外科手術において脊椎インストゥルメンテーション手術(spinal instrumentation surgery:SIS)の果たす役割は大きく,著しい進歩を遂げてきた.SISにおいて椎弓根スクリュー(pedicle screw:PS)などの脊椎インプラントは,不適切な位置に設置されれば重篤な合併症を引き起こすため,脊椎インプラントを適切な位置に設置することはSISで最も優先すべき安全対策である.術中X線や透視,脊髄モニタリング,インプラントデバイスの工夫などさまざまな方法がとられているが,コンピュータ支援整形外科手術(computer assisted orthopaedic surgery:CAOS)のSISの安全対策における有用性は数多く報告されている3,12,14).O-arm®(Medtronic)は,360度完全回転型の術中2D・3D画像システムであり,2009年より本邦に導入され脊椎外科領域におけるCAOSの一翼を担い,2018年9月現在,日本国内で約80台が導入されている.O-armの普及に伴い徐々に脊椎ナビゲーションやO-arm周辺器機も整備され,2016年には第2世代O-arm(O-arm2)も登場した(図1).本邦導入後9年を超え,その適応も広がってきたので,O-armを用いた最新の応用方法について概説する.

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はじめに

 近年,脊椎脊髄手術においても,コンピュータ支援技術が発達し,臨床に応用されてきている.コンピュータ支援手術補助技術の代表的なものとして,ナビゲーションシステムがある.ナビゲーションシステムとは,手術中に操作している手術器具と実際の患者の骨との3次元的位置関係をモニター上に表示する技術である.

 ナビゲーションの基本的な構造は,位置感知システムと高速画像処理を行えるワークステーションからなる.位置感知システムでは,対象とする骨と手術器具の各々の3次元的位置情報が,光学方式のステレオカメラによって認識される.リファレンスフレーム(3〜4個のマーカーがついており,ステレオカメラによってその空間的位置が認識できる機器)を術野の骨に取りつけることによって,コンピュータに患者の骨の位置情報が伝えられる.また,用いる手術機器(ポインター,オール,プローベ,タップ,スクリュードライバーなど)にもマーカーがついており,機器の先端の位置と3次元的方向をステレオカメラが捉えることができる.

 最も多く用いられているものは,術前CTベースナビゲーションであり,術前に撮影したCT画像をナビゲーションシステムに取り込み,術野において実際の骨表面の20〜30カ所のポイントと照合(ポイントレジストレーション)させることで,モニター上で術前CT画像上に手術器具の位置を示すことができる.

 その後,術中にCTライク画像が撮影できる190度可動性C-アームのARCADIS Orbic 3Dや360度可動性のO-armが出現した.これらを用いると,撮影時にナビゲーションのステレオカメラがリファレンスフレームと同時に撮影機器そのものの位置も把握することによって,自動的にレジストレーションが行われる.これにより,ポイントレジストレーションなしでのナビゲーション下手術が可能となった.

 さらに,CT撮像装置そのものが手術室に備えつけられたハイブリッド手術室が登場し,より高画質の術中画像でのナビゲーション下手術が可能となった.

 われわれの施設でも,2016年に新手術棟が完成し,ハイブリッドCT手術室(SIEMENS社128列SOMATOM Definition AS+Sliding Gantry)が使用可能となった.このハイブリッド手術室では術中CTをナビゲーションシステム(Brainlab社製のCurveシングルディスプレイ ナビゲーションステーション)と連動させたナビゲーション下脊椎手術が可能である.

 ここでは,筆者が経験したこれまでのハイブリッド手術室における脊椎手術の経験について述べる.

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はじめに

 血管内治療の発展とともに,血管撮影装置も診断用途から治療支援用途へ,2Dから3Dイメージングへ発展を遂げてきた.そして,当初は造影血管や骨組織などの高コントラスト領域の3Dイメージングだけであったものが,低濃度領域や軟部組織の描出も可能となってきた.このため,この装置も血管撮影室から手術室へ設置されるようになり,脳血管内治療はもとより開頭術や脊椎脊髄手術での術中画像支援という用途に大きく広がりをみせている.当院では,2003年11月にSIEMENS社の血管撮影装置I. I.(Image Intensifier)バイプレーン方式のAXIOM Artis BAを設置した手術室(ハイブリッド手術室:Hybrid OR)を開設後,2005年5月にFD(フラットディテクタ)バイプレーン方式のAXIOM Artis dBAを導入(図1),2008年5月より8つの駆動軸を有する産業用ロボットアームにC-armを接続した世界初のRobotic DSA=Artis zeego(図2)を新たに手術室に設置し,フレキシブルな動きを実現した装置で,さまざまな手術を行ってきた3,5).これらの使用経験の中で,より外科治療に優位となるべく改良・開発されたARTIS phenoを2017年2月より導入した(図3).高度化する医療に対応し,さまざまな画像支援機器が手術室に導入され発展してきているが,本稿ではこのARTIS phenoの特徴と,脊椎脊髄外科手術での利点と限界について述べる.

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はじめに

 椎弓根螺子(pedicle screw:PS)刺入のためのミニロボット(robotic guidance system:RGS)は,2004年に初めて報告された20).RGSは従来のimage guidance system(IGS)とはまったく異なるコンセプトをもっている.IGSはモニターの仮想画像上で手術器具の3次元的な位置関係を示すことによってPS刺入をナビゲートする.それに対してRGSでは,患者の骨組織にプラットフォームを取りつけ,その上に設置したミニロボットが術前に計画したPS軌道を付属するアームとドリルガイドを通じて提示し,術者はそれに従ってPSのパイロットホールを作製する.車のナビゲーションにたとえると,IGSは現在地を地図上にリアルタイムに表示することによってドライバーをナビゲートするようなものであり,ドライバーはその情報を参考に最適な経路を考えながら目的地を目指す.一方でRGSは,出発前に目的地までの経路を指定すると,ハンドルワークはコントロールされ,ドライバーはアクセルとブレーキを踏み分けるだけで目的地に到達することができる,と表現できるであろう.

 この研究に用いたRenaissance(Mazor Robotics Ltd., Caesarea,Israel)は,欧米ではすでに臨床導入されており,高いPS刺入精度が報告されている5,7〜10,12〜15).しかし,これらの臨床研究ではPS刺入精度は椎弓根の穿破の程度で評価されている.RGSはその特性上,PS刺入精度の評価は椎弓根穿破の程度だけでなく,実際の刺入軌道が術前計画した刺入軌道に比してどの程度逸脱しているかで評価されるべきである.しかし,その逸脱の程度を体系的に調査した研究はない.

 今回,RGSによるPS刺入精度について,術前計画した刺入軌道と実際の刺入軌道とを比較し,検討したので報告する4)

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はじめに

 画像データの加工や処理に関連するIT技術の進歩は目覚ましく,次々と新しい技術が実運用に投入されるようになっている.中でもコンピュータビジョンと呼ばれる学術領域は,近年のコンピュータ技術の進歩と低価格化により急速に発展してきた.コンピュータビジョンとは,カメラをはじめとする画像データ採取機器からの入力にコンピュータ上で何らかの処理を行い,人間の視覚(ビジョン)と同じような処理を実現する研究領域であり,この分野の研究成果は現在さまざまな生活用品に広く取り入れられるようになった.デジタルカメラの顔検出,自動車の自動ブレーキシステムや全自動運転機能,AR(拡張現実機能)による携帯ゲームやテレビのスポーツ中継など多岐にわたりわれわれの日常に浸透している5,7,8,16)

 整形外科はほかの外科領域と異なり,骨や関節運動などの機械的要素を取り扱うという特徴がある.中でも脊椎外科は術中の変形がほとんど生じない骨組織の形態や構造に対して干渉を行う手術が中心であり,コンピュータ関連技術や機械工学技術との親和性がきわめて高い分野である2,3,14).本稿では,コンピュータビジョンやその関連技術を中心に,それらの脊椎外科治療とのかかわりと将来的な展望について紹介する.

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はじめに

 Augmented reality(AR)とは,現実環境において視覚・聴覚などの知覚に与えられる情報をコンピュータ処理により追加,削減,変化させる技術である5,11).コンピュータ上で作成した仮想画像,映像,音声などを現実世界に反映する技術を示す.すでにわれわれの生活に広く浸透しており,スマートフォンやカーナビゲーションなどに用いられている.カーナビゲーションの実際を図示する(図1).カーナビゲーションは古典的には紙媒体の地図を読むことからはじまる.その後,ディスプレイの地図上に矢印を走らせることで経路を確認するナビゲーションが一般化された.これに対してARカーナビゲーションでは,ディスプレイの代わりにフロントガラスなどへ映像を投影して現実空間と融合させる手法が利用される.位置情報に付帯する情報を,ナビゲーションシステムを用いてフロントガラスに投影して現実視野と融合させたもの,これがARカーナビゲーションである.このナビゲーションシステムは自動車だけでなく,手術におけるナビゲーションにも有用であり応用されてきた.本稿では,AR技術の脊椎手術への応用の実際について紹介する.

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はじめに

 脊椎固定術における椎弓根スクリュー(pedicle screw:PS)挿入の正確性は,手術成績や周術期の合併症回避に直結する.手術用ナビゲーションシステムなどを使用することで正確性の向上が期待できるが,数千万円と高価であり一般の病院ではまだ普及しているとは言い難い点,手技が煩雑であり設定に時間を要す点などの問題があるうえ,手術用ナビゲーションシステムを用いてもPS誤刺入率は数%程度と報告されている10).近年,簡便なPS挿入支援器機として,患者個々の椎弓の形状に適合するように設計され三次元積層造形技術により造形した,PS挿入用のガイドテンプレート,いわゆるpatient specific template(PST)の報告が増加している1〜9).本稿では,PS挿入用PSTの概説と,われわれが開発したチタン製PSTの設計コンセプトとその臨床試験結果を紹介する.

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はじめに

 2006年,経皮的椎弓根スクリュー(percutaneous pedicle screw:PPS)が本邦に導入され,その後,側方進入椎体間固定術(lateral interbody fusion:LIF)が導入されたことにより,最小侵襲脊椎安定術(minimally invasive spine stabilization:MISt)が急速に普及している現在である(図1,表1).そんな中,さらなる手術成績の向上,手術侵襲の低減はもとより,手術において最も重要な課題である安全性の確保を目指すうえでも,O-armおよび術中ナビゲーションをはじめとした各種手術支援機器の存在が重要になってくる.術中CT,ナビゲーション,O-arm,Robot C-armなどによる画像支援機器やPPS手技における神経モニタリング,またナビゲーション機能を応用したrod bendingの支援機器,さらには最近話題の複合現実(mixed reality:MR)などの応用もその1つである(表2).本稿では,その中でもrod bendingの支援機器であるNuVasive社のBendini®について,利点とピットフォールを紹介する.

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はじめに

 症候性側弯症は高度脊柱変形に加えて椎弓根の低形成や骨質の脆弱性を伴うことが多く,手術の際,椎弓根スクリュー刺入にしばしば難渋する.近年,椎弓根の穿破を感知することが可能な電磁気センサーを搭載したプローブ「PediGuard®」(製造元:SpineGuard社〔フランス〕,販売元:サージカル・スパイン社〔東京〕)が登場した2,3,6).電磁気センサー付き椎弓根プローブの特発性側弯症手術1)や頸椎椎弓根・外側塊スクリュー16),胸腰椎椎弓根スクリュー5,12),S2 alar-iliac(S2 AI)スクリュー11)刺入時の有用性については過去に報告がある.しかしながら,電磁気センサー付き椎弓根プローブがスクリュー刺入に困難を伴う重度症候性側弯症手術においても有用な手術支援機器となり得るかはいまだ不明である.そのため,著者らは症候性側弯症の手術症例を前向きに登録し,側弯症手術における電磁気センサー付き椎弓根プローブの有用性について検討した.本稿では,電磁気センサー付き椎弓根プローブ「PediGuard®」の使用経験について解説を加える.

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はじめに

 中枢神経系手術において,神経機能温存は病変治癒と同様に重要な課題である.これまで,神経機能温存と病変根治性の向上を目的に,さまざまな術中支援装置が開発・適用されてきた.代表的なものとしては,somatosensory evoked potential(SEP)・motor evoked potential(MEP)をはじめとした術中神経生理モニタリングや術中CT・MRI・血管造影(DSA)などの放射線学的画像診断システム,インドシアニングリーン(ICG)・5アミノレブリン酸(5ALA)・フルオレセインを使用した術中蛍光診断がある.しかし,現在のところ脊髄手術における術中蛍光診断の適用は,脳手術への適用と比べて,いまだ報告は少なく一般的であるとは言い難い.本稿では,脊髄手術における術中蛍光診断としてのICGビデオ血管造影(ICG-VA)の有用性について報告する.

Nomade

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 腰痛治療の手術成績向上への取り組みは,私のライフワークのひとつです.Failed back surgery syndromeは,術前の症状が不変,または悪化している状態,もしくは,術前より軽快しているが,日常生活の支障が残存している状態を意味します.以前から他施設の治療に関する不満足症例の受診が多いことに私は関心をもっていました.手術不成功という認識でしたが,果たしてそうであろうかという疑問が常に頭をもたげていました.なぜなら,今の時代において,そうそう手術に失敗することはないからです.また,自験例に関しても同じ思いを有していました.自分では完璧な手術をしたと思っていても,術後に患者さんの症状がすっきり取れない症例や,まったく症状が残ってしまう症例が,ある一定の割合で存在したからです.そこで思いついたのが,われわれが手術をすべき部位でありながら見逃してしまっている病変,従来の画像診断法では隠されている病変が存在しているのでないかという仮説です.そして,この問題の解決の試みとして,画像診断困難症例の診断精度向上のために3次元画像モダリティーを臨床応用した結果,椎間孔や椎間孔外という,われわれが通常手術を実施してきた脊柱管の外の領域でも比較的高率に神経圧迫が生じているという事実を解明することができました.この新知見を解明してから,私の腰痛治療の手術成績は格段に向上しました.現在,私は腰痛手術の治療成績のよりいっそうの向上のために,国内外において本疾患の啓発に努めております.

 その活動の中で,是非とも実現したいと思っているのが,医学部で用いる教科書や臨床医が参照する診療ガイドラインに腰椎椎間孔狭窄症の章を追記することです.なぜなら,きちんとした医学教育を受けずに育った医者は,やぶ医者になってしまうリスクを有しているからです.やぶ医者の語源については,ことわざの「藪をつついて蛇を出す」,すなわち,余計なことをして,かえって事態を悪化させてしまうからとする説があるようです(Wikipediaより引用).以下に,実臨床でやぶ医者が腰椎椎間孔狭窄症を患っている患者さんを診ることによって,治らないばかりか,かえって新たな病気をつくってしまっている事例,どのような悲劇が生まれているのかを紹介したいと思います.

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 心臓手術・脳手術と同様に,脊椎手術においても低侵襲手術の流れが止まらない.それどころか,黄河やガンジス河のごとき大きな流れとなりつつある.顕微鏡手術から始まった低侵襲除圧の歴史は長いが,工学系機器の進歩によって生まれたMEDから加速がついて,新しい機器・手技が次々と生まれるようになった.低侵襲除圧に続いて,最小侵襲脊椎安定術(minimally invasive spine stabilization:MISt〔ミスト〕)という概念が生まれた.MIStは脊椎手術の一目標である脊椎固定に拘泥しない革新的な概念で,教科書を1ページ目から書き換える可能性をもっている.この背景には,脊椎以外は健康という理想的な脊椎疾患患者がいなくなり,内科的並存疾患やがん闘病中,超高齢者といった患者ばかりになったために,医療への要請が手術ファーストから患者ファーストに変わったことがある.

 筆者はMIStの中では経皮的椎弓根スクリュー(percutaneous pedicle screw:PPS)が最も重要な手技と考えている.この数十年間に培った手技やリスク回避のノウハウの蓄積,椎間板生検からkyphoplastyに至る経験によって,導入初期から比較的安全性の高い手技となり欠かせない術式となっている.PPSの次に重要な手技が側方経路椎体間固定術(LIF)である.今回の日本MISt研究会監修による『MISt手技における側方経路椎体間固定術(LIF)入門』は,日本のMISt界を牽引する4人のエキスパートの編集の下,脂の乗った若手からベテランにより執筆されたものである.総論に始まり,OLIF/XLIFの相違や使い分け,手術手技のさまざまな工夫が示され,変性疾患から腫瘍や骨折などへの使用,ACRやX-core,さらにOLIF51など,これまでの限界を破ろうというデバイスの紹介もされている.

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脊椎脊髄ジャーナル
31巻11号 (2018年11月)
電子版ISSN: 印刷版ISSN:0914-4412 三輪書店

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