パルスジェットメスによる末梢神経機能温存下拡大経蝶形骨洞腫瘍摘出法の開発

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 24592152
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小川 欣一 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 非常勤講師 (60606383)
• 研究分担者: 冨永 悌二 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (00217548) ; 中川 敦寛 東北大学, 大学病院, 助教 (10447162) ; 鷲尾 利克 独立行政法人産業技術総合研究所, ヒューマンライフテクノロジー研究部門, 研究員 (40358370) ; 荒船 龍彦 東京電機大学, 理工学部, 助教 (50376597) ; 大谷 清伸 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (80536748)
• キーワード: 低侵襲手術 / 医工学 / 破断強度 / 機能温存 / 流体工学 / 視覚誘発電位 / 脳神経外科 / トランスレーショナルリサーチ

研究概要

本研究の目的は、末梢神経機能温存下に腫瘍を摘出する手術デバイス（パルスジェットメス）の開発である。初年度はホルミウムヤグ（Ho:YAG）レーザーのパルス発振で誘発した微小液体ジェットの流体制御に関する流体工学的な基礎実験を行い、模擬モデル実験と併せて、組織選択性向上のため各パラメータの最適化を行った。更には当初の計画を前倒しし、デバイスの試作を行い、拡大蝶形骨骨到達法下に摘出術を行い、視神経を巻き込む、あるいは近接する頭蓋底腫瘍21例において視覚誘発電位（visual evoked potential: VEP）モニタリング下にパルスジェットを使用した。その結果、19例において肉眼的全摘出が得られた。腫瘍残存が認められた2例はいずれも髄膜腫で、レンズ核線条体動脈の起始部に意図的残存を図った症例であった。16例で術中VEPの改善が得られ、2例は不変、3例は一時的に悪化したことから操作を中断した。術後は評価の困難であった1例を除く20例、40眼で術前と同等以上の状態が得られた。
現在、東北大学病院倫理委員会の承認を得て、ヒト脳摘出病理標本における物性値ライブラリーを開発しており、今回得られた知見とあわせて、臨床応用の際に適切なパルスジェットの条件設定を行う上で、有用なデータとなるものと考えられる。
次年度は、本年度の検討結果を踏まえ、デバイスの改良を進めるともに、視神経より細径の脳神経における神経機能温存下の組織切開に関する概念実証（proof of concept: POC）に取り組む。具体的には、ラット、ウサギ、ブタモデルを用いた動物実験の評価系を構築し、動物実験を用いて末梢神経温存下の脳摘出に関する非臨床POCを確立し、研究期間終了時に倫理委員会の承認を得て臨床応用に移行可能な知見を得る事を達成目標とする。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初は、平成25年度は24年度で得られた基礎実験結果に基づき、神経温存下パルスジェットメスの試作、ならびに動物実験モデルを用いた神経機能温存評価系の構築を行う予定であったが、前年度に前倒しして施行することができたことから、当初平成26年度に予定していた倫理委員会申請を行い、臨床応用を開始し、非常に優れた臨床成績を示した。

今後の研究の推進方策

視神経は脳神経中もっとも太い神経である。本手術用治療器の利点を生かし、さらにこれまで困難であった場面の課題解決を促進するものとするために、開発中の物性値ライブラリーの解析結果とあわせて、さらに細径の脳神経の温存下の組織切開に関する非臨床POCおよび臨床POCに向けた取り組みを行う。

次年度の研究費の使用計画

平成25年度はパルスジェットメスの試作および動物実験モデルを用いた神経機能温存評価系の構築を行う予定であったが、前年度にこれらの計画を前倒しして施行することができたことから、臨床応用を早くに開始することができ、当初の予定より実験に必要とする消耗品等の経費を効率的に使用することができた。また、臨床応用を開始することに伴い、学会等への参加をセーブして専念したため、旅費の使用も抑えられた。
平成26年度使用額は今年度の研究が当初計画以上に効率的に推進したことによる未使用額である。この未使用額は動物実験モデルを用いた神経機能温存評価系のさらなる構築を推し進めるために、平成26年度請求額と合わせ、平成26年度の研究計画であるPOCに向けた取り組みを遂行するために必要となる動物（ラットおよびブタ）購入費、動物飼育費、さらに評価を行うための標本製作費等に充てる。

研究成果

• [雑誌論文] Tissue dissection before direct manipulation to the pathology with pulsed laser-induced liquid jet system in skull base surgery - Preservation of fine vessels and maintained optic nerve function (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Ogawa, Atsuhiro Nakagawa, Toshikatsu Washio, Tatsuhiko Arafune, Teiji Tominaga
  • 雑誌名: Acta Neurochirurgica 巻: 155（10） ページ: 1879-1876
  • DOI: 10.1007/s00701-013-1817-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental Application of Pulsed Laser-Induced Water Jet for Endoscopic Submucosal Dissection: Mechanical Investigation and Preliminary Experiment in Swine (2013)
  • 著者名/発表者名: Chiaki Sato, Toru Nakano, Atsuhiro Nakagawa, Masato Yamada, Hiroaki Yamamoto, Takashi Kamei, Go Miyata, Akira Sato, Fumiyoshi Fujishima, Masaaki Nakai, Mitsuo Niinomi, Kazuyoshi Takayama, Teiji Tominaga and Susumu Satomi
  • 雑誌名: Digestive Endoscopy 巻: 25（3） ページ: 255-263
  • DOI: 10.1111/j.1443-1661.2012.01375.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pulsed laser-induced liquid jet for skull base tumor removal with vascular preservation through the transsphenoidal approach. 6 th International Congress of the World Federation of Skull Base Societies & 10 th European Skill Base Society Abstract Award 2012 (2013)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Y, Nakagawa A, Tominaga T.
  • 雑誌名: 東北医学会雑誌 巻: 125 ページ: 95-97
• [雑誌論文] Pulsed-liquid jet surgical device: Evolution from shock/bubble interaction to clinical application. Proceedings of the Tenth International Conference on Flow Dynamics (2013)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa A, Ohtani K, Ogawa Y, Endo T, Iwasaki M, Niizuma K, Arafune T, Washio T, Kato T, Kudo D, Nakanishi C, Sakurai T, Kamiyama Y, Sato C, Yamada M, Nakano T, Yamashita S, Suzuki T, Tanaka Y, Hagiwara Y, Kunikata H, Kawamoto S, Tominaga T.
  • 雑誌名: Proceedings of the 10th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2013) 巻: - ページ: 568-569
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of liquid reservoir effect induced by pulsed laser liquid jet (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Arafune, T. Kato, E. Kobayashi, T. Washio, A. Nakagawa, Y. Ogawa, T. Tominaga
  • 雑誌名: Conferemce Proceedings of the 35th Annual International Conference of the IEEE EMBS 巻: - ページ: 918-921
  • 査読あり
• [学会発表] Pulsed-Liquid Jet Surgical Device: Evolution from Shock Bubble Interaction to Clinical Application (2013)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa A. Ohtani K, Ogawa Y, Endo T, Iwasaki M, Niizuma K, Arafune T, Washio T, Kato T, Kudo D, Irinoda T, Nakanishi C, Sakurai T, Kamiyama Y, Sato C, Yamada M, Nakano T, Yamashita S, Suzuki T, Tanaka Y, Takagi N, Imai Y, Hagiwara Y, Kunikata H, Kawamoto S, Tominaga T.
  • 学会等名: 10th International Conference on Flow Dynamics
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 20131125-20131127
• [学会発表] Piezo actuator-driven pulsed water jet for neurosurgery: laboratory evaluation with the swine model and implications of mechanical properties (2013)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa A, Endo T, Ogawa Y, Iwasaki M, Niizuma K, Kanamori M, Washio T, Tominaga T.
  • 学会等名: 4th International MASSIN Congress
  • 発表場所: 神戸ポートピアホテル（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 20130904-20130906
• [学会発表] 衝撃波のトランスレーショナルリサーチ：脳損傷から医療機器開発まで (2013)
  • 著者名/発表者名: 中川敦寛、大谷清伸、小川欣一、遠藤俊毅、岩崎真樹、鷲尾利克、荒船龍彦、加藤峰士、山内康司、冨永悌二
  • 学会等名: 第9回流体科学におけるバイオ・医療に関する講演会
  • 発表場所: 東北大学流体科学研究所
  • 年月日: 20130724-20130724
• [学会発表] Translational research for blast-induced traumatic brain injury: Injury mechanism to development of medical instruments (2013)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa A, Ohtani K, Arafune T, Washio T, Iwasaki M, Endo T, Ogawa Y, Takayama K, Tominaga T.
  • 学会等名: 29th Interntational Symposium on Shock Wave
  • 発表場所: Memorial Union (Mdison, WI, U. S. A.)
  • 年月日: 20130716-20130718
• [学会発表] 最大限の病変摘出と機能温存の両立を支援するパルスジェットメス：低侵襲手術用治療器開発に向けた取り組み (2013)
  • 著者名/発表者名: 中川敦寛、小川欣一、隈部俊宏、遠藤俊毅、岩崎真樹、新妻邦泰、荒船龍彦、鷲尾利克、加藤峰士、冨永悌二
  • 学会等名: 第22回 脳神経外科手術と機器学会
  • 発表場所: キッセイホール（長野県松本市）
  • 年月日: 20130412-20130413
• [備考] 知と創生宮城県エリア
  • URL: http://sendai-cyber.icr-eq.co.jp/project/development/files/development_01_07.pdf
• [備考] 東北大学シーズ集
  • URL: http://www.rpip.tohoku.ac.jp/seeds/profile/312/lang:jp/