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低侵襲・機能温存へのこだわり

顕微鏡手術

顕微鏡手術

脳神経外科手術成績の向上に最も寄与したものの一つが手術顕微鏡です。1960年代頃から導入された顕微鏡下手術microsurgeryは、脳神経外科手術の安全性と有効性を飛躍的に向上させました。現在では脳神経外科手術の多くが顕微鏡下で行われています.当教室初代教授である杉田虔一郎先生は、信州医学雑誌に寄稿した総説「顕微鏡下手術のための脳神経外科手術器械の考案・改良」にて顕微鏡手術の特長を,「第一はものが拡大されて見えること、第二は狭い術野の奥でも完全な照明が得られること」と述べています。当教室実験室には、杉田先生が開発に携わり、実際に手術室で使われていた顕微鏡2台が設置されており、若手脳神経外科医が日夜訓練を行っています。

脳血管内治療

脳血管内治療は、開頭(かいとう)する代わりに鼡径(そけい)からごく細いカテーテルを頚部や頭蓋内の血管まで挿入して、血管の中から脳の血管の疾患を治療する手術法です。治療に使用するカテーテルや器材の改良と技術の進歩に伴い、これまでの開頭手術では治療が困難であった様々な疾患の治療の可能性が広がってきています。
脳血管内治療は、大きく分けて脳や頚部などにできた異常血管を血管の中から塞ぐ「塞栓術」と、狭くなったり詰まってしまった血管を拡げたり詰まりを取り除く「血行再建術」があります。塞栓術で治療が可能な疾患としては脳動脈瘤、脳や脊髄の血管にできた先天性奇形(動静脈奇形)と後天性の血管異常(動静脈瘻)などがあります。また、開頭手術で脳腫瘍を摘出するのに先立って脳腫瘍に血液を送っている血管を塞いで手術をやり易くする「術前塞栓術」も行っております。特に脳動脈瘤の塞栓術においては、動脈瘤を塞ぐ際にコイルが大切な脳の血管へとはみ出して脳への血液の流れを妨げる事を避けるVRDと呼ばれる特殊な器具や、特殊な樹脂などで被われて動脈瘤を効果的に閉塞するコイルなど、最新の技術や器具を導入しております。信州大学脳神経外科は脳動脈瘤などに対する開頭手術では世界でもトップレベルの技術と実績を持っていますが、脳血管内治療でも開頭手術に劣らない先進的かつ安全な治療を行っております。
また、近年は生活の西洋化や社会の高齢化などに伴って、動脈硬化による頸動脈や頭蓋内動脈の狭窄症や不整脈によって心臓にできた血の塊(血栓)が脳に流れて脳の血管がつまってしまう「脳塞栓症」の患者さんが増加しています。血管の狭い部分をバルーン(風船)のついたカテーテルで拡張してそこに金属製の柱(ステント)を留置する「血管形成・ステント留置術」や、カテーテルを使って血栓を取り除いて詰まっていた血管を再開通させる「血栓吸引・除去術」の必要な方が増加しています。こういった患者さんに対しても、高い技術と最新の機材を用いた治療を行っております。

脳血管内治療を行う主な疾患

  1. 塞栓術
    脳動脈瘤(破裂、未破裂)
    脳・脊髄動静脈奇形
    脳・脊髄動静脈瘻
    脳腫瘍(術前塞栓)
  2. 血行再建術
    頸動脈・脳動脈に対する血管形成/ステント留置術
    脳塞栓症に対する血栓吸引・除去術
コイル塞栓術前      コイル塞栓術後
コイル塞栓術前
(右内頚動脈瘤)
  コイル塞栓術後
     
頚動脈ステント術前   頚動脈ステント術後
頚動脈ステント術前
(頚部内頚動脈狭窄症)
  頚動脈ステント術後

内視鏡手術

低侵襲手術のための究極のアイテムである内視鏡での手術も行っております。外径5mmの軟性内視鏡鏡筒には高解像度カメラ、光源、ワークチャンネルがあり、細いワイヤー状の鉗子や凝固切開用器具やバルーンカテーテルなどを手として用いながら病変部を操作します。特に有用なのは脳室内腫瘤摘出術や第3脳室底開窓術です。また、さらに細い硬性内視鏡(4mmと2.7mm)では、特に狭く深い病巣に対して有効であり、顕微鏡下では観察できない部分を視認下で行える下垂体腺腫摘出術を行っております。

脳室内腫瘍手術1  脳室内腫瘍手術2  脳室内腫瘍手術3  脳室内腫瘍手術4
脳室内腫瘍手術

下垂体手術1  下垂体手術2  下垂体手術3  下垂体手術4
下垂体手術

頭蓋底外科手術

頭蓋底外科は脳をできるだけ圧迫せずに、頭蓋骨を削除することで病変に到達するという方法で、脳へのダメージを減らす手術方法です。骨を削る操作に時間が掛かるため大変なのですが、ナビゲーションシステムや我々が培ってきた微小解剖の知識を使って、より安全に手術が行えるように努力しております。しかし何でも骨を削ると良いという訳ではありません。骨を削りすぎて外観に問題が出ては意味がありませんので、美容的に許容される範囲でより有効な方向から病変に至るような工夫をしております。

 

電気生理モニタリング

脳神経外科手術は脳や脊髄、脳神経機能をいかに温存して病変を治療するかという命題への挑戦であるともいえます。当科では脳神経外科手術において、病気の種類や性質に応じて各種誘発電位を測定し、神経機能を温存する安全な手術に取り組んでいます。
現在、臨床応用している電気生理モニタリングは視覚終発電位(visual evoked potential, VEP)、体性感覚誘発電位(somatosensory evoked potential, SEP)、運動誘発電位(motor evoked potential, MEP)、聴性感覚誘発電位(auditory brainstem response, ABR)、蝸牛神経電位(cochlear nerve action potential, CNAP)、異常筋反応(abnormal muscle response, AMR)、球海綿体病変(bulbocavernous reflex, BCR)です。
手術の目的や病気の種類・部位に応じてこれらの術中誘発電位測定を組み合わせて行い、より質の高い手術を目指しています。特にVEPの臨床応用、下位脳神経運動誘発電位測定の臨床応用では国内・世界で有数の実績と自負しています。

<参考文献>

  1. Intraoperative Monitoring of Motor Evoked Potential for the Facial Nerve Using a Cranial Peg-Screw Electrode and a "Threshold-level" Stimulation Method. Goto T, Muraoka H, Kodama K, Hara Y, Yako T, Hongo K. Skull Base 20(6):429-34, 2010
  2. Standard and limitation of intraoperative visual evoked potential. Kodama K, Goto T, Sato A, Sakai K, Tanaka Y, Hongo K. Acta Neurochir (Wien). 152(4):643-8, 2010

画像診断

頭の中は重要な構造物であふれています。重要な構造物と病変との関係を事前によく観察することが患者さんへの低侵襲に大きく関わることは言うまでもありません。信州大学が保持する最新のMRI、CT、血管撮影装置の画像を駆使し、術前にワークステーション上で立体画像に変換し、手術操作時にどう見えるのかをシミュレーションしております。MRIから神経線維を描出できるようになっており、運動神経など重要な神経と病変との関係も確認することができます。

下垂体腫瘍    三叉神経痛    脳動脈瘤    神経線維と病巣を確認
下垂体腫瘍   三叉神経痛   脳動脈瘤   神経線維と病巣を確認
             
後頭部の筋肉を描出   蝸牛、三半規管、神経        
後頭部の筋肉を描出   蝸牛、三半規管、神経        

<参考文献>

  1. Cerebral aneurysm clips in the 3-tesla magnetic field. Laboratory investigation. Kakizawa Y, Seguchi T, Horiuchi T, Hongo K.J Neurosurg. 2010 Oct;113(4):859-69.
  2. Investigation of radiofrequency-induced temperature elevation of aneurysm clips in a 3.0-tesla magnetic resonance environment.Watanabe A, Seguchi T, Koyama J, Aoyama T, Miyahara T, Kakizawa Y, Hongo K.Neurosurgery. 2007 Nov;61(5):1062-5; discussion 1065-6.
  3. Prediction of functional outcome in acute cerebral hemorrhage using diffusion tensor imaging at 3T: a prospective study.Kusano Y, Seguchi T, Horiuchi T, Kakizawa Y, Kobayashi T, Tanaka Y, Seguchi K, Hongo K.AJNR Am J Neuroradiol. 2009 Sep;30(8):1561-5. Epub 2009 Jun 25.

ロボット手術

未来の脳外科手術はいかにあるべきか?その答えの一つが「ロボット手術」です。
信州大学脳神経外科では、執刀医が行う手術をサポートするさまざまな「手術支援ロボット」の研究と開発を行っています。

近代の脳神経外科手術の歴史は、「限られた術野を限られた視野から覗いて、いかに細かい作業を正確に行うか」という技術開発の歴史でもありました。多くの先達によってより広い視野と術野を得るための様々な手術器具や手術方法が編み出され、様々な脳腫瘍や脳血管障害の患者さんを治療することが可能になりました。信州大学脳神経外科でも、初代教授の杉田虔一郎先生以来、脳動脈瘤の手術に用いる「杉田クリップ」、患者さんの頭部が手術中にずれないように固定する装置、安定した手術を行うための術者用の椅子や手術台、など、さまざまな手術装置や手術器具、手術方法などを開発して、世界へ送り出し続けてきました。これらの多くは、現在も世界中の脳神経外科で使用され続けています。

これからは、より安全で確かな手術を、患者さんにとってより負担の少ない方法で行うことがますます求められます。そのために欠かせない技術の一つが、術者を支えたり術者の限界を向上させるための手術用ロボットの活用なのです。

NeuRobot (HUMAN)

1997年、当教室は手術ロボットの研究と開発をスタートさせました。このロボットは術者の操作によって動くマスタースレーブ型のロボットマニピュレーターで、新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の支援を受け、東京大学工学部、東京女子医科大学脳神経外科、日立製作所との共同研究により製作されました(図1, 2)。「NeuRobot(ニューロボット)」と名付けられたこのロボットは、2002年8月、「マスタースレーブ型」の手術ロボットとしては世界で初めて実際の脳腫瘍摘出手術に臨床使用され、手術は無事成功しました(文献1, 2)。
NeuRobotは実際に作業を行うマニピュレーターの「スレーブ部分」と、術者が操作する「マスター部分」で構成されています。マニピュレーターは先端が直径10mmの円筒となっており、円筒には直径3mmのロボットアームが3本、5本の洗浄吸引用の細管、直径4mmの立体内視鏡が組み込まれています。特筆すべきはそのロボットアームです。各々のアームは術野の中で前進後進、屈曲、回転の操作が可能であり、アーム先端部には直径1mm以下の様々な手術器具 (鉗子、はさみ、レーザーメスなど)を装着して使用することが出来ます(図3)。術者はマスター部分のハンドルを操作して0.02mmの精度でロボットアームを操作することができます。

NeuRobotの外観 図1 NeuRobotの外観。左のスレーブ部分先端の内視鏡カメラ映像が中央のモニターに映し出されている。執刀医は、モニター映像を見ながら、右のマスター部分のハンドルを操作して手術を行う。

ロボットを用いた低侵襲手術の概念図 図2 ロボットを用いた低侵襲手術の概念図。左:これまでの顕微鏡下手術では、大きな開頭と大きな脳の切開と圧排が必要であった。右:低侵襲手術を行うためには、小さな開頭と小さな脳切開で術野に到達し、同時に、術野での操作性能を上げることが必要である。

ロボットアームの構造 図3 ロボットアームの構造。左:直径10 mmの外筒の中に内視鏡と直径3mmのロボットアームが3本入る。ロボットアームには取り外し可能な直径1mmの手術器具を装着することが出来る。右:先端部の写真。左側のアームには微細鉗子、中央にはKTP laserを装着している。

EXPERT

また当教室では、2006年から早稲田大学理工学部や東京女子医科大学脳神経外科と共同で「EXPERT(エキスパート)」という自動追従型手台ロボットの開発研究も行っています。このロボットのアーム先端には手術中に術者が腕を載せる台が付いており、手術操作中は静止していて術者の腕を支え、術者が腕の位置を変えるとロボットは全自動で追従して動き、新しい位置で再び静止して術者の腕を支えます(図4)。このロボットの特徴は、各関節の動力にモーターを一切使わず、バネの力とブレーキ解除の制御によってロボットの追従動作を実現している点です。EXPERTは、術者の腕のふるえを軽減させ、疲労も軽減させて、手術操作性を向上させます(文献3)。既に2009年から実際の手術に臨床使用されており(図5)、市販化へ向けた開発が進行中です。

EXPERTの外観 図4 EXPERTの外観。術者が腕を載せる台が、ロボットアームの先に付いている。術者の腕の動きや力のかけ具合をセンサーで感知し、手を止めておきたいのか、次の場所へ移動させたいのか、という術者の意図を判断して動作する機能を持つ。

EXPERTを実際の手術室で使用している様子 図5 EXPERTを実際の手術室で使用している様子。ロボットには滅菌したビニールの覆いが掛けられ、術者の腕を支えている。

組織把持ロボット

さらに当教室では、これまでNeuRobotやEXPERTの研究開発で培われた経験や得られた知見をもとに、2011年からは東京女子医科大学先端生命医科学研究所と共同で、脳外科手術中に脳などの組織を「把持して保持していてくれるロボット」の研究開発を開始しました。このロボットは術者の「三本目の手」となって術者を補助し、顕微鏡下で行われる手術操作を向上させてくれるものと期待されています。

ロボット手術は特別な手術ではなく、手術ロボットは手術道具の一つと考えています。これまでにも様々な手術器具や手術方法が開発され手術成績が向上してきたように、手術ロボットは現在考えられている手術限界を打ち破り、より低侵襲手術を目指す力となり得ます。しかし、ロボットの開発には精密な機械加工技術と巨額な投資が必要です。産官と連携を持って開発にあたることが、将来のこの分野の発展には欠かせません。当教室は今後も引き続き研究を進め、ロボット手術のメリットを生かして、患者さんに優しいより安全で確かな脳神経外科手術を追求して皆様へ貢献できるよう、努めて参ります。

<参考文献>

  1. Hongo K, Kobayashi S, Kakizawa Y, et al.: NeuRobot: telecontrolled micromanipulator system for minimally invasive microneurosurgery. Neurosurgery 51:985-988, 2002
  2. Goto T, Hongo K, Kakizawa Y, et al.: Clinical application of robotic telemanipulation system in Neurosurgery. Case report. J Neurosurg 99:1082-1084, 2003
  3. Yako T, Goto T, Hongo K.: Usefulness and limitation of a freely movable armrest in Microneurosurgery. International Journal of Neurology and Neurosurgery 1(4):185-190, 2009
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