消化管内視鏡を用いた縦隔内革新的手術のための消化管壁外同期可視化システムの開発

• Project/Area Number: 23K11864
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90130:Medical systems-related
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 中野 明 千葉大学, 医学部附属病院, 助教 (00846165)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中口 俊哉 千葉大学, フロンティア医工学センター, 教授 (20361412) ; 上里 昌也 千葉大学, 大学院医学研究院, 講師 (70436377)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
• Keywords: 消化管内視鏡 / Notes / 食道 / 食道内視鏡 / 縦隔内診断 / 手術ナビゲーションシステム

Outline of Research at the Start

経口内視鏡による仮想縦隔内ナビゲーション・システム構築を目的とし、基礎的な工学実験と臨床的な医学的実験を行う。基礎実験においては、仮想縦隔空間の構築において、内視鏡の移動距離を利用する方法、磁気を用いた空間情報を用いる方法の2通りで実験を行い比較検討する。より実用性の高い方法を用いて臨床的な医学実験に応用する。具体的にはClinical Anatomy Labにおいて用いられるご献体や、さらに全身麻酔下に動物を用いて、CT画像を用いた仮想縦隔モデルを作成し、本ナビゲーション・システムを用いてマーキング、処置などを行い誤差や有用性を検討する計画である。

Outline of Annual Research Achievements

令和５年度の研究目標は後続する臨床研究の基礎となる工学的実験の実施及び手法の確立である。具体的には、CT等のデータから構築される仮想3Dモデルに対して、軟性内視鏡を挿入した際に内視鏡先端が空間内のどこにあるかをリアルタイムで表示し、実空間の動きを仮想空間に連動させて表示可能なシステムの開発である。このシステムの構築のため、工学的実験として２つの手法を用いてドライボックスにて実験を行った。
①外部設置カメラによる内視鏡挿入距離計測を用いた方法：内視鏡挿入口に設置した外部カメラでスコープの移動量を認識・検出することで挿入長を予測し、スコープの移動量に応じて想定経路上を移動させ、位置を仮想3Dモデルに表示させた。②磁気空間位置情報の解析による挿入距離と位置、回転の計測を用いた方法：磁気位置追跡システムAuroraを利用し、内視鏡先端にセンサープローブを装着し位置を３次元座標として検出させた。Aurora上の座標をCT座標へ変換し、仮想空間内での内視鏡先端の位置姿勢を算出・表示させた。
どちらの手法においても、実在の内視鏡と仮想内視鏡の画面と動きを連動させることが可能であったが、生体の柔軟性や心拍・呼吸変動の影響を含めた実用性の検討のためブタを用いた動物実験を施行した。生体ブタを用い、撮影したCTから胸部3次元画像を構築し、食道壁外の縦隔臓器を仮想空間に表示させると同時に、実空間と仮想空間の位置合わせを行うことで仮想空間に内視鏡先端を表示させた。その仮想空間下に、気管分岐部などのターゲットとなる複数のポイントを食道壁内に止血クリップでマーキングし、CTを再度撮影、各ターゲット・ポイントにおける画像上の誤差を測定・評価した。本年は②の手法でブタを用いた動物実験を自治医科大学メディカルシュミレーションセンターにおいて２回施行し、現在結果解析中である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

理由：現時点で、工学的な基礎実験を完了し、今後の基本となるシステム構築と実装は完了している。またそのシステムを使用しての動物実験を本年度２回施行し、現在結果を解析中である。

Strategy for Future Research Activity

本年度施行した２回の動物実験の結果を解析し、同システムの正確性、実用性、安全性を検証する。壁外環境の把握を支援するこのシステムの実現可能性が示すことができ、仮想縦隔内視鏡に用いる最適方法を定めることができたならば、その方法を用いて今後、Clinical Anatomy Lab（CAL）を利用したご献体を用いた人体での応用実験に向けた学内倫理審査申請の準備や、可能ならば食道アカラシアに対する手術POEMの際に全身麻酔下仰臥位の患者を対象として食道内視鏡下仮想縦隔鏡を実施するための倫理申請を準備する予定である。