客观日本

提高肘部内窥镜手术的安全性,利用AR显示原本看不见的神经和骨骼

2021年04月05日 信息通信

名古屋大学的山本美知郎特任讲师等人开发出了不容易损伤神经的新式肘关节手术法。该方法组合使用“关节镜”(一种内窥镜)和增强现实(AR)技术。肘关节周围的神经可以在显示器上悬浮显示。在利用猴子实施的实验中,几乎没有任何误差地显示了肘关节附近的神经和骨骼。打算2030年前后在普通医院等普及该方法。

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在摄像头拍摄的猴子肘关节周边的实际图像上重叠显示原本看不见的神经和骨骼(图片由名古屋大学提供)

关节镜是插入关节中名为关节腔的缝隙内的小型摄像头。医生看着显示出来的图像做手术。与切开患部的手术相比,优点是患者的负担较轻。

肘部的关节镜手术主要针对因年龄的增长或肘关节的过度使用而造成软骨磨损的肘关节骨关节炎和类风湿性关节炎等。患肘关节骨关节炎后,骨头上会长出刺状物,引起疼痛,关节难以弯曲。治疗方法是刮骨或除刺。

用关节镜看到的是包覆整个关节的膜和关节中的软骨等。无法看到关节外的骨骼和神经,因此手术时可能会损伤神经。需要设法提高手术的安全性。

此次,研究团队开发出了可以将计算机图形(CG)重叠在关节镜顶端的摄像头拍摄的图像上来显示神经和骨骼位置的系统。其原理是,把提前利用计算机断层扫描装置(CT)和磁共振成像装置(MRI)获得的骨骼和神经信息重叠在实际的影像上。

该系统会随时监测摄像头顶端的位置,移动摄像头的话,神经和骨骼的CG也会随之移动。据介绍,不会增加患者的负担。

研究团队利用新开发的系统观察了猴子的肘关节。摄像头拍摄的位置与摄像头顶端相距2厘米时,神经和骨骼的位置信息误差低于2毫米。这种水平被认为可以应用于临床。

除肘部外,关节镜还被用于膝部、肩部和腕部等多个部位。膝部手术通常从前侧插入关节镜,而神经分布于后侧,因此受到损伤的风险比较低。

腕部手术一般也是从手背侧插入关节镜,而非有神经分布的手掌侧。但肘部的关节周围都有神经分布,因此容易损伤神经。山本特任讲师说:“肘部使用关节镜做手术时,每次都胆战心惊”。

据悉,运动员对伤口小、恢复快、能尽快开始康复训练的关节镜手术的需求比较大。但如果在手术中损伤了神经,就有可能结束运动生涯。新技术有望减轻这种担忧。

研究团队今后计划在真正的患者身上验证新系统的有效性和易用性。打算边在临床现场使用,边进行改良。

表 关节镜的发展历程

1918年

利用膀胱镜观察膝关节

1959年

开发出全球首款实用型关节镜“渡边式第21号关节镜”

1980年代

以欧美为中心在全球逐渐普及开来

2009年

开发出术前模拟技术

2030年前后

在手术的同时进行引导的技术成熟

还有望改善医疗的地区差距

使用关节镜的手术方法从日本传到了全世界。东京帝国大学(现在的东京大学)1918年利用膀胱镜观察了膝关节。渡边正毅(已故)等人1959年开发出来的关节镜被评价为全球第一款实用型关节镜。1980年代以后,欧美地区也普及了关节镜。

据悉,关节镜很难操作,需要高超的技术。医生要根据画面上显示的有限信息准确掌握患处并进行切除,还要避开神经分布的位置,难度非常高。美国的学会实施的调查显示,在肘部的关节镜手术中发生神经损伤的患者,有一半都需要再进行神经移植或修复等手术。

因此,业界还一直在研发不需要高超技术的系统。其中之一就是大阪大学的村濑刚副教授与冈久仁洋助教等人开发的术前模拟技术(模拟实验)。可以根据磁共振成像装置(MRI)等拍摄的患处信息等确认手术过程。

此外还在开发在手术的同时准确捕捉并导向患处和神经位置的技术。大阪大学正研究将其用于肘部的关节镜手术。到2030年前后,如果能利用数字技术补充以前看不到的信息,还有望改善医疗的地区差距。

日文:下野谷涼子、《日经产业新闻》,2021年3月19日
中文:JST客观日本

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