2017 Fiscal Year Research-status Report
3Dプリンターによる立体模型を用いた脳神経外科手術教育システムの確立
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16K10800
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| Research Institution | Toho University |
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Principal Investigator |
周郷 延雄 東邦大学, 医学部, 教授 (80287515)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
根本 匡章 東邦大学, 医学部, 准教授 (60266971)
近藤 康介 東邦大学, 医学部, 講師 (70349877)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 3Dプリンター / 立体模型 / 頭蓋底外科 / 脳腫瘍 / 頭蓋底腫瘍 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、脳神経外科医の手術教育方法を確立するために、術前神経放射線画像データから3D プリンターを用いて様々な手術に則した立体模型を作製することにある。研究実施計画として、以下の5項目を挙げており、1. 三次元画像解析ソフトを用いて神経放射線画像データから三次元合成画像を作成する、2. 3D プリンターを用いて各手術法に則った立体模型を開発する、3. 立体模型の解剖学的再現性および精度を評価する、4. 立体模型を用いた手術教育システムを構築する、5. 本教育システム自体の評価を行う、である。
初年度（平成28年度）にはこれらのうち、1から3の項目として、三次元合成画像の作成、医療画像データにおけるDICOMデータフォーマットからSTLデータフォーマットへの変換とその際の誤差の縮小の研究を行い、本研究における立体模型の解剖学的精度を向上させた。次いで、3D プリンターによる立体模型のひとつとして、頭蓋底腫瘍を網目状構造に変換することで腫瘍深部を透見できるシミュレーション用模型を作成し、その有用性を学会で発表するとともに国際学会誌に掲載した。平成29年度には、頭蓋底外科手術の技術として必要な前床突起削除が可能な立体模型を作製した。本模型と元データである三次元合成画像との良好な解剖学的再現性を証明した上で、本模型の前床突起削除を行い、その手術練習用模型としての有用性を示すことができた。本内容は国際学会誌に掲載された。
現在、錐体骨内部に包埋された微小解剖学的部位を様々に色付けし、経錐体骨到達法の手術練習用模型を作製、その解剖学的精度を検証中である。その後、本模型に対して、脳神経外科医に手術用顕微鏡下で経錐体骨到達法の開頭および錐体骨のドリリングを行わせて、その練習用模型としての有用性を評価する予定である。これらにより、研究実施計画の項目4および5に移行する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実施計画として、1. 神経放射線画像データからの三次元合成画像の作成、2. 3D プリンターを用いた各手術法に則った立体模型（部分的な網目状構造、内部が色付けされた骨）の開発、3. 立体模型の解剖学的再現性および精度の評価、4. 立体模型を用いた手術教育システムの構築、5. 本教育システム自体の評価の5項目を挙げている。初年度（平成28年度）はそれらのうち1から3の項目として、神経放射線画像データからの三次元合成画像の作成、CT、MRI、脳血管造影の複数の画像データの位置合わせを行い、次いで、三次元合成画像をDICOMデータフォーマットからSTLデータフォーマットへの変換によって、3Dプリンターを用いた立体模型を造形した。加えて、立体模型における腫瘍を網目状構造化し、腫瘍深部を透見できる手術シミュレーション用模型の開発に成功し、国際雑誌に論文掲載させた。また、頭蓋底外科手術の手技のひとつである前床突起削除のための立体模型を作製し、その手術シミュレーションの有用性を国際雑誌に掲載発表した。
現在、経錐体骨到達法用の立体模型の作製に着手しており、研究実施計画の項目4および5へと順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度以後は、5項目の研究実施計画のうち、項目4および5に進む予定である。現在、CTやMRIから、手術時に重要な構造物である錐体骨内の微小解剖部位（三半規管やその周囲の緻密骨、蝸牛、耳小骨、顔面神経管、乳突洞等）の画像抽出を行って三次元合成画像化し、それぞれ色付けされた各微小解剖学的部位を錐体骨内部に包埋させた3D プリンターによる立体模型を作製中である。
この立体模型を用いて経錐体骨到達法を顕微鏡下に行うことで、ドリリング用模型としての有用性、錐体骨内の微小解剖部位の精度、本立体模型の教育的有用性を検討する予定である。
最終的に、部分的に網目状構造化された立体模型、ドリルで前床突起削除が可能な立体模型、経錐体骨法の開頭から錐体骨削除までできる立体模型を使って、脳神経外科手術の教育システムを開発する。具体的な若手脳神経外科医（受講者）への教育方法としては、教科書による基礎知識の習得、指導者による講義、実際の同一症例の神経放射線画像（CT、MRI、脳血管造影）の読影、三次元合成画像による検討、実際の手術動画を用いた指導を行った上で、これらの立体模型を用いて手術手技実習を行う。本教育システム自体の評価は、受講者のアンケート調査（各立体模型の精度や再現性、骨のドリリング、手術法の理解度）をもとに行う。また、実施した際の費用（立体模型作製にかかる費用および諸経費）、実施時間、人的負担、準備時間等についても併せて評価する。
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| Causes of Carryover |
理由;本研究において、研究費を要する中核は3Ｄプリンターで立体模型を作製する際の素材粉末、専用糊(バインダー)などの消耗品であるが、安価に購入することができた。結果的に研究費の支出が少なくなったが、研究に問題はない。
使用計画;平成29年度繰越金については、様々な検討を行うために3Ｄプリンターで多数の立体模型を作成する際の素材粉末、専用糊（バインダー）などの消耗品を購入予定である。また、必要に応じて、3Ｄプリンター（ダヴィンチ）専用のパソコン、手術用顕微鏡、手術用ドリルのメンテナンスにも経費を使用する予定である。
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Research Products
(7 results)
