小児内視鏡外科手術に関する研究
研究紹介
小児内視鏡外科手術の現状と課題、私たちの取り組み
内視鏡外科手術は、胸部や腹部に数か所小さな穴を開けて、専用の手術機器を挿入し、内視鏡による映像をテレビモニタでスタッフが共有しながら手術を行います（図１）。一般的に、従来の開胸・開腹手術より創が小さく整容性に優れ、術後回復が早く、側彎・胸郭変形といった晩期の合併症も抑えることができる、低侵襲で患者にメリットの大きい手術です（図２）
しかし、小児の場合、成人と比較して、非常に術野が小さく、組織も脆弱であるため、繊細かつ注意深い操作や効率的な動作といった小児独自の高度な技術が医師には要求されます。また、同一疾患であっても体格差、多彩な病型、合併奇形といった様々な要因による患者特異性/疾患特異性が大きく、毎回同じ条件下で手術が行えるとは限りません。これは特に高難易度の手術において顕著です。そのため、小児内視鏡外科手術は、疾患や施設を問わず標準的に行える治療であるという状況にはまだ至っておりません。
私たちは、小児内視鏡外科手術をより安全で効率的かつ簡易な手術として患者様に提供するため、臨床現場に生かせるツールや術者や助手のトレーニングシステムの構築、新しい低侵襲手術の開発といったことに取り組んでいます。
図1 内視鏡外科手術の様子
術者や助手などのスタッフは、内視鏡による映像をテレビモニタで共有しながら手術を行います
図2 開胸手術と内視鏡外科(胸腔鏡)手術の創部イメージ（食道閉鎖症を例に）
イラスト左：開胸手術の創部例（赤線）
イラスト右：内視鏡外科(胸腔鏡)手術の創部例（赤点3か所）
一般的に内視鏡外科手術の方が小さい創であり、整容性や側彎・胸郭変形といった合併症の面で優れている
小児内視鏡外科手術のためのトレーニングツールの開発
小児内視鏡外科手術は、技術習得が非常に難しいという現状があります。前述した理由の他に、小児疾患は疾患の種類は多岐に渡るものの、1疾患あたりの症例数は少ないため、１人の小児外科医が経験できる手術症例数が少ないことも課題となっています。
これらの問題を解決するために手術前に十分トレーニングすることの必要性が認識されていますが、小児用に市販されたツールはほとんどありません。
そこで、私たちは、高難易度に分類されるような手術を想定した、小児内視鏡外科手術の練習ができるトレーニングツールの開発を行っています。これまでに東京大学大学院工学系研究科との医工連携により乳児や新生児の胸郭を模したモデルを開発し、術者の内視鏡外科手術の熟練度の違いを評価する手技評価の研究をしてきました（写真）。
現在は、新生児の具体的な疾患を想定した練習をするため、疾患特異的な模擬臓器モデルやVR（バーチャルリアリティー）の技術を用いたモデルなどのトレーニングツールの開発を行っています。また、開発したツールを用いて、より効果的な練習を行うためのシステムを検討、内視鏡外科手術機器などのデバイスの評価、新規に開発したトレーニング方法の有用性の検証といったことにも取り組んでいます。これらは、名古屋大学をはじめ、その他複数の研究機関、企業とともに連携して開発を進めています。
内視鏡外科手術の手技評価実験の例（新生児食道閉鎖症モデル例）
手技評価やトレーニングとして用いるために、CTデータから3Dプリンターの技術を用いて新生児の胸郭を作製し、質感やサイズを疑似した食道チューブを内部に設置したモデルを開発（赤枠）
小児内視鏡外科手術のための手術機器の開発
小児内視鏡外科手術をより安全にかつ効率的に手術を行うために、小児用の手術機器開発にも取り組んでいます。今までに東京大学大学院工学系研究科との医工連携により、運針操作を容易にするために、術具先端部の屈曲や回転といった自由度を付加した小児用細径多自由度持針器の開発を行ってきました（写真）。
現在も、埼玉県立小児医療センター、立命館大学や企業と連携して内視鏡外科手術を安全に行うための機器開発に取り組んでいます。
小児用細径多自由度持針器
先端が回転・屈曲することで任意の角度で運針することができる持針器を開発
内視鏡手術におけるスコピストの手技評価とトレーニングシステム開発に関する研究
内視鏡手術において高度な技術が必要とされる術者の手技評価やトレーニングに関する研究は数多くされてきました。奥行情報が欠如し、触覚を用いることができない内視鏡手術では、モニタに映し出される視覚情報は極めて重要です。しかし、術中に術者の目の役割を果たすスコピストに関する研究は少なく、スコピストのトレーニング方法は確立されていません。
そこで本研究は、医工連携により、スコピストの技量を定量的に評価するシステムを構築し、スコピストとして必要な技術を習得するためのトレーニングシステムを開発することを目的としています。
私達はスコピストの手技評価が行えるモデルを開発し、これから内視鏡手術を習熟する研修医とすでに一定の経験がある非研修医では、技術の差があることを認めました。
手技評価モデルのタスクの一例
業績
- S. Takazawa, T. Ishimaru, K. Harada, K. Deie, A. Hinoki, H. Uchida, N. Sugita, M. Mitsuishi, T. Iwanaka, J. Fujishiro. Evaluation of Surgical Devices Using an Artificial Pediatric Thoracic Model: A Comparison Between Robot-Assisted Thoracoscopic Suturing Versus Conventional Video-Assisted Thoracoscopic Suturing. Journal of laparoendoscopic & advanced surgical techniques Part A. 2018, 28, 622-627.
- T. Ishimaru, K. Deie, T. Sakai, H. Satoh, A. Nakazawa, K. Harada, S. Takazawa, J. Fujishiro, N Sugita, M. Mitsuishi, T. Iwanaka. Development of a Skill Evaluation System for the Camera Assistant Using an Infant-Sized Laparoscopic Box Trainer. Journal of laparoendoscopic & advanced surgical techniques Part A. 2018, 28, 906-911.
- Deie K, Ishimaru T, Takazawa S, Harada K, Sugita N, Mitsuishi M, Fujishiro J, Iwanaka, T. Preliminary Study of Video-Based Pediatric Endoscopic Surgical Skill Assessment Using a Neonatal Esophageal Atresia/Tracheoesophageal Fistula Model. Journal of laparoendoscopic & advanced surgical techniques Part A. 2017;27(1):76-81.
- Takazawa S, Ishimaru T, Harada K, Deie K, Fujishiro J, Sugita N, Mitsuishi M, Iwanaka T. Pediatric Thoracoscopic Surgical Simulation Using a Rapid-Prototyped Chest Model and Motion Sensors Can Better Identify Skilled Surgeons Than a Conventional Box Trainer. Journal of laparoendoscopic & advanced surgical techniques Part A. 2016;26(9):740-7.
- Takazawa S, Ishimaru T, Fujii M, Harada K, Deie K, Fujishiro J, Sugita N, Mitsuishi M, Iwanaka T. A multi-degree-of-freedom needle driver with a short tip and small shaft for pediatric laparoscopic surgery: in vivo assessment of multi-directional suturing on the vertical plane of the liver in rabbits. Surgical endoscopy. 2015:30(8):3646-53.
- Harada K, Takazawa S, Tsukuda Y, Ishimaru T, Sugita N, Iwanaka T, Mitsuishi M . Quantitative pediatric surgical skill assessment using a rapid-prototyped chest model. Minimally invasive therapy & allied technologies : MITAT : official journal of the Society for Minimally Invasive Therapy. 2015;24(4):226-32.
- Takazawa S, Ishimaru T, Harada K, Tsukuda Y, Sugita N, Mitsuishi M, Iwanaka T. Video-based skill assessment of endoscopic suturing in a pediatric chest model and a box trainer. Journal of laparoendoscopic & advanced surgical techniques Part A. 2015;25(5):445-53.
- Ishimaru T, Hatanaka A, Takazawa S, Konishi K, Iwanaka T. Development of new devices for translumenal endoscopic esophageal anastomosis. Journal of laparoendoscopic & advanced surgical techniques Part A. 2014;24(4):268-73.
- Takazawa S, Ishimaru T, Fujii M, Harada K, Sugita N, Mitsuishi M, Iwanaka T. Assessment of suturing in the vertical plane shows the efficacy of the multi-degree-of-freedom needle driver for neonatal laparoscopy. Pediatric surgery international. 2013;29(11):1177-82.
- Ishimaru T, Takazawa S, Uchida H, Kawashima H, Fujii M, Harada K, Sugita N, Mitsuishi M, Iwanaka T. Development of a needle driver with multiple degrees of freedom for neonatal laparoscopic surgery. Journal of laparoendoscopic & advanced surgical techniques Part A. 2013;23(7):644-8.
- Ishimaru T, Iwanaka T, Hatanaka A, Kawashima H, Terawaki K. Translumenal esophageal anastomosis for natural orifice translumenal endoscopic surgery: an ex vivo feasibility study. Journal of laparoendoscopic & advanced surgical techniques Part A. 2012;22(7):724-9.
- Fujii M, Sugita N, Ishimaru T, Iwanaka T, Mitsuishi M. A novel approach to the design of a needle driver with multiple DOFs for pediatric laparoscopic surgery. Minimally invasive therapy & allied technologies : MITAT : official journal of the Society for Minimally Invasive Therapy. 2013;22(1):9-16.
- Ishimaru T, Iwanaka T, Kawashima H, Terawaki K, Kodaka T, Suzuki K, Takahashi, M. A pilot study of laparoscopic gastric pull-up by using the natural orifice translumenal endoscopic surgery technique: a novel procedure for treating long-gap esophageal atresia (type a). Journal of laparoendoscopic & advanced surgical techniques Part A. 2011;21(9):851-7.
学会発表
- Deie K, Ishimaru T, Takazawa S, Sato K, Fujishiro J, Iwanaka T
Development of an infantile thoracoscopic lobectomy model that can identify the patient’s specific anatomy for preoperative simulation.
IPEG’s 28th Annual Congress For Endosurgery in Children（2019.3.20-22, Santiago, Chile） - 出家亨一，内田広夫，増山秀徳，檜顕成，石丸哲也，田中智子，藤雄木亨真，大島一夫，横田一樹，村瀬成彦，住田亙，田井中貴久，城田千代栄，田中裕次郎，藤代準
小児高難度内視鏡手術の技術習得には疾患特異的模擬臓器モデルによるOff the Job Trainingは必須である
第31回日本内視鏡外科学会総会（2018.12.6-8福岡） - 出家亨一，石丸哲也，渡邊美穂，佐藤かおり，鈴木完，内田広夫，藤代準
小児胸腔鏡下肺葉切除術を安全に行うための術前シミュレーションモデルの開発
第80回日本臨床外科学会総会（2018.11.22-24東京） - 出家亨一，内田広夫，増山秀徳，檜顕成，石丸哲也，藤代準，城田千代栄，田中裕次郎
出生数減少時代の小児外科の担う役割『小児外科の明るい未来はどこに』 少ない経験数にも関わらず内視鏡手術を安全に行うための生体質感臓器モデルを用いたトレーニングの有用性
第55回日本小児外科学会学術集会 (2018.5.28新潟) - 出家亨一，内田広夫，檜顕成，石丸哲也，横田一樹，村瀬成彦，城田千代栄，田井中貴久，田中裕次郎，藤代準
小児内視鏡手術支援のための患者固有データを用いたトロッカーシミュレーションは非常に効果的である
第30回日本内視鏡外科学会総会（2017.12.8京都） - 内田広夫，出家亨一，増山秀徳，檜顕成，城田千代栄，横田一樹，村瀬成彦，田井中貴久，田中裕次郎，石丸哲也
新生児生体質感模擬臓器モデルを用いたシミュレータの開発とその効果
第30回日本内視鏡外科学会総会（2017.12.9京都） - 出家亨一，内田広夫，檜顕成，石丸哲也，藤代準，城田千代栄，横田一樹，村瀬成彦，田井中貴久，田中裕次郎，藤代準
小児内視鏡外科手術のためのOn the job training回避を目的とした統合的トレーニングシステムの開発
第26回日本コンピュータ外科学会大会 (2017.10.29名古屋) - 出家亨一，内田広夫，檜顕成，石丸哲也，藤代準，城田千代栄，田中裕次郎
小児内視鏡手術支援のための患者特異的バーチャルリアリティーシミュレーションシステムの開発
第54回日本小児外科学会学術集会 (2017.5.12仙台) - 石丸哲也，出家亨一，中澤敦士，原田香奈子，高澤慎也，杉田直彦，光石衛，岩中督
乳児内視鏡手術におけるスコピストの手技評価
第54回日本小児外科学会学術集会 (2017.5.12仙台) - 出家亨一、石丸哲也、原田香奈子、高澤慎也、檜顕成、杉田直彦、光石衛、藤代準、岩中督
小児内視鏡外科におけるadvanced surgeryとしての新生児食道閉鎖症シミュレータの有用性
第29回日本内視鏡外科学会総会 (2016.12.8-10横浜) - 高澤慎也、石丸哲也、檜顕成、原田香奈子、出家亨一、藤代準、杉田直彦、光石衛、岩中督、内田広夫
小児外科医にとって手術ロボットは有用か ―小児胸腔モデルを用いた縫合シミュレーション―
第29回日本内視鏡外科学会総会 (2016.12.8-10横浜) - 山下貴司、出家亨一、原田香奈子、高澤慎也、石丸哲也、岩中督、小林英津子、佐久間一郎
新生児胸腔モデルの開発と手技評価予備実験(第二報)
第25回日本コンピュータ外科学会大会(2016.11.26-27東京) - Deie K, Ishimaru T, Takazawa S, Harada K, Sugita N, Mitsuishi M, Fujishiro J, Iwanaka, T. Preliminary Study of Video-Based Pediatric Endoscopic Surgical Skill Assessment Using a Neonatal Esophageal Atresia/Tracheoesophageal Fistula Model. IPEG’s 25th Annual Congress For Endosurgery in Children (2016.5.24-28; Fukuoka, Japan)
- Takazawa S, Ishimaru T, Harada K, Deie K, Fujishiro J, Sugita N, Mitsuishi M, Iwanaka T. Pediatric thoracoscopic surgical simulation using a pediatric chest model and motion sensors can better identify skilled surgeons than a conventional box trainer. IPEG's 25th Annual Congress for Endosurgery in Children (2016.5.24-28; Fukuoka, Japan)
- 山下貴司、出家亨一、原田香奈子、高澤慎也、石丸哲也、岩中督、杉田直彦、光石衛、小林英津子、佐久間一郎
新生児胸腔モデルを用いた手術手技評価方法の開発
東京大学医学部附属病院先端医療シーズ開発フォーラム2016(2016.2.2東京) - 石丸哲也、高澤慎也、出家亨一、原田香奈子、佐藤英幸、山下貴司、杉田直彦、光石衛、藤代準、岩中督
小児外科領域におけるsimulator.labの現状と役割 医工連携による新生児・乳児胸腔鏡手術用シミュレータの開発
第28回日本内視鏡外科学会総会 (2015.12.10-12大阪) - 藤井雅浩、高澤慎也、原田香奈子、杉田直彦、石丸哲也、岩中督、光石衛
小児外科用多自由度持針器のための安定性を特徴とする操作部の開発
第24回日本コンピュータ外科学会大会(2015.11.21-23東京) - Ishimaru T, Takazawa S, Deie K, Iwanaka T,
Who is the best camera operator? : A questionnaire survey on essential requirements to be a good camera operator during pediatric endoscopic surgery.
IPEG’s 24rd Annual Congress For Endosurgery in Children (2015.4.13-19; Nashville, TN) - 高澤慎也、石丸哲也、藤井雅浩、原田香奈子、藤代準、宮川亨平、杉田直彦、光石衛、岩中督
細径多自由度持針器による生体内運針・吻合評価実験
東京大学医学部附属病院先端医療シーズ開発フォーラム2015(2015.1.22東京) - 原田香奈子、高澤慎也、佃勇佑、石丸哲也、杉田直彦、光石衛、岩中督
小児モデルを用いた手術手技評価
東京大学医学部附属病院先端医療シーズ開発フォーラム2015(2015.1.22東京) - 石川岳、原田香奈子、高澤慎也、石丸哲也、杉田直彦、岩中督、光石衛
新生児胸腔モデルの開発と手技評価予備実験
第23回日本コンピュータ外科学会大会(2014.11.8-9大阪) - 石丸哲也、高澤慎也、藤井雅浩、原田香奈子、佃勇佑、佐藤英幸、杉田直彦、光石衛、岩中督
新生児における内視鏡外科手術 トレーニング・手技評価とデバイスの開発新生児内視鏡外科手術発展のための医工連携の取り組み デバイスおよびトレーニングモデルの開発と手技評価
第27回日本内視鏡外科学会総会 (2014.10.2-4 盛岡) - Takazawa S, Ishimaru T, Harada K, Tsukuda Y, Sugita N, Mitsuishi M, Iwanaka, T.
VIDEO-BASED SKILL ASSESSMENT OF ENDOSCOPIC SUTURING IN A PEDIATRIC CHEST MODEL AND A BOX TRAINER.
IPEG’s 23rd Annual Congress For Endosurgery in Children (2014.7.22-26; Edinburgh, Scotland) - 高澤慎也、石丸哲也、小西健一郎、藤井雅浩、原田香奈子、杉田直彦、光石衛、岩中督
新しい内視鏡手術機器・材料の開発 生体内での運針における小児用多自由度持針器の有用性評価
第26回日本内視鏡外科学会総会 (2013.11.28-30福岡) - 石丸哲也、畑中玲、高澤慎也、小西健一郎、川嶋寛、岩中督
NOTESの現状と今後の展望 NOTES下食道吻合用新デバイスの開発
第26回日本内視鏡外科学会総会 (2013.11.28-30福岡) - 石丸哲也、畑中玲、高澤慎也、小西健一郎、岩中督
NOTES下食道吻合用新デバイスの開発
第7回NOTES研究会 (2013.11.27福岡) - 藤井 雅浩、高澤 慎也、石丸 哲也、原田 香奈子、杉田 直彦、岩中 督、光石 衛
小児外科用多自由度持針器を用いた運針動作の習熟と手術経験数の関係性
第22回日本コンピュータ外科学会大会(2013.9.14-15東京) - 佃勇佑、原田 香奈子、高澤 慎也、石丸 哲也、田中真一、藤井雅浩、杉田 直彦、岩中 督、光石 衛
小児外科を対象とした患者モデルの開発
第22回日本コンピュータ外科学会大会(2013.9.14-15東京) - Ishimaru T, Takazawa S, Uchida H, Kawashima H, Fujii M, Harada K, Sugita N, Mitsuishi M, Iwanaka T.
Development of a needle driver with multiple degrees of freedom for neonatal laparoscopic surgery. IPEG’s 22nd Annual Congress For Endosurgery in Children (2013.6.20-22; Beijing, China) - Ishimaru T, Hatanaka A, Takazawa S, Konishi K, Iwanaka T.
Development of new devices for translumenal endoscopic esophageal anastomosis.
IPEG’s 22nd Annual Congress For Endosurgery in Children (2013.6.20-22; Beijing, China) - 高澤慎也、石丸哲也、藤井雅浩、原田香奈子、杉田直彦、光石衛、岩中督
小児用多自由度持針器の開発腹腔鏡下肝門空腸吻合術を想定した垂直面に対する運針評価第50回日本小児外科学会学術集会 (2013.5.30-6.1東京) - 石丸哲也、藤井雅浩、原田香奈子、杉田直彦、光石衛、岩中督
先端に屈曲と回転の自由度を有する腹腔鏡用細径持針器の有用性評価
第25回日本内視鏡外科学会総会 (2012.12.7横浜) - 石丸哲也、畑中玲、川嶋寛、小室広昭、寺脇幹、藤代準、鈴木完、小西健一郎、魚谷千都江、竹添豊志子、岩中督
NOTES下食道吻合法の開発
第6回NOTES研究会 (2012.12.5横浜) - 藤井 雅浩、原田 香奈子、杉田 直彦、石丸 哲也、岩中 督、光石 衛
小児外科手術支援のための多自由度持針器の有用性評価
第21回日本コンピュータ外科学会大会(2013.11.2徳島) - 石丸哲也、畑中玲、川嶋寛、小室広昭、古村眞、杉山正彦、寺脇幹、鈴木完、小西健一郎、岩中督
NOTES下食道吻合法の開発
第49回日本小児外科学会学術集会 (2012.5.14横浜) - Ishimaru T, Iwanaka T, Hatanaka A, Kawashima H.
Translumenal esophageal anastomosis for NOTES: an ex vivo feasibility study.
IPEG’s 21st Annual Congress For Endosurgery in Children (2012.3.6-10; San Diego, CA) - 石丸哲也、藤井雅浩、杉田直彦、光石衛、岩中督
先端に屈曲と回転の自由度を有する腹腔鏡用細径持針器の開発
第24回日本内視鏡外科学会総会 (2011.12.7大阪) - 石丸哲也、川嶋寛、寺脇幹、小高哲郎、鈴木完、高橋正貴、岩中督
A型食道閉鎖症に対する新術式の開発 NOTESアプローチを用いたanimal study
第48回日本小児外科学会学術集会 (2011.7.22東京) - Ishimaru T, Kawashima H, Terawaki K, Kodaka T, Suzuki K, Takahashi M, Iwanaka T. Laparoscopic gastric pull-up by using the natural orifice translumenal endoscopic surgery (NOTES) technique: A novel procedure for treating long-gap esophageal atresia (type a).
IPEG’s 20th Annual Congress For Endosurgery in Children (2011.5.3-7; Prague, Czech Republic)