JP2011113056A - 鏡視下手術シミュレーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実際の操作をシミュレートでき、術者のトレーニングのみならず、助手等に対する教育指導にも優れる鏡視下手術シミュレーション装置を提供する。
【解決手段】簡易腹部モデル100とカメラ200とモニター300とを具備し、簡易腹部モデル100は、人体の腹部をモデルとして大きさが決定され上面に開口部101Aを備えるボックス101と、気腹状態の腹壁をモデルとして開口部101Aを覆うように配置された弾性のあるメッシュカバー102と、ボックス101内部に配置される臓器モデル105と、ボックス101内面と臓器モデル105との間に配置され、臓器モデル105を立体的に配置するスペーサーと、ボックス101内の臓器モデル105を可動可能に支持する支持手段と、ボックス101内の臓器モデル105の手術シミュレート部位付近を撮像するカメラ200と、撮像された映像を表示させるモニター300とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鏡視下手術シミュレーション装置に関し、特に腹腔鏡手術における臓器展開や操作手順のシミュレーションに好適な鏡視下手術シミュレーション装置に関するものである。

鏡視下手術は、細長い内視鏡カメラを腹部や胸部に挿入し、モニター画面上に映し出された映像を見ながら行う外科手術である。従来の開腹手術に比べて切開部分が小さく、傷跡があまり目立たないことや術後の回復が早いなどの利点があること、被術者の心理的抵抗を軽減できること等から、近年多くの外科手術において採用されている。

一方、鏡視下手術では、手術の術野が狭く、また立体的な映像が得られないことから、鏡視下手術の操作に精通した術者が手術を行う必要があり、手技の十分なトレーニングと術前の十分なシミュレーションが重要とされている。

鏡視下手術のトレーニング装置としては、例えば、形成層を２つ以上の層で構成した擬似臓器を有する内視鏡用トレーニング装置（特許文献１）や、手術用器具を挿入可能なパネルを有するボディフォーム装置を備え、器具の内部動作のビデオ画像をカメラで取り込み、取り込んだ画像を出力モニタに表示させる手術トレーニングシミュレータ（特許文献２）が、提案されている。

特開２００４−４９４７９号公報 特表２００５−５２５５９８号公報

特許文献１のトレーニング装置は、擬似臓器を２以上の層で構成することで、例えばがん細胞を含む粘膜のみを切除するトレーニングを行うことを主たる目的とする。また、特許文献２のトレーニングシミュレータは、カメラにより取り込んだ器具の内部動作のビデオ画像を出力モニタに表示させる際に３Ｄデータを生成するものであるが、内部シーンのグラフィック表現の生成に複雑なソフトを構築する必要がある。

そこで、本発明は、簡易な構造により、実際の鏡視下手術と同様の操作のシミュレーションを実現できる鏡視下手術シミュレーション装置を提供することを目的とする。さらには、手術の助手に対するトレーニングや医学生等に対する教育指導にも優れる鏡視下手術シミュレーション装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る鏡視下手術シミュレーション装置は、
鏡視下手術における人体の腹部をモデルとして大きさが決定され上面に開口部を備える箱状体と、
鏡視下手術における気腹状態の腹壁をモデルとして前記開口部を覆うように配置され、内部を透視可能でかつ鏡視下手術用器具を挿通可能な上部カバーと、
前記箱状体の内部に配置されるシミュレーション対象の臓器モデルと、
前記箱状体の内面と前記臓器モデルとの間に配置され、前記臓器モデルを前記箱状体の内部に立体的に配置するスペーサーと、
前記箱状体の内部に配置された臓器モデルを可動可能に支持する支持手段と、
前記箱状体の内部に配置された臓器モデルの手術シミュレート部位付近を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された映像を表示させるモニター手段と、
を有することを主要な特徴とする。

本発明に係る鏡視下手術シミュレーション装置は、前記上部カバーが、気腹状態の腹壁をモデルとして半楕円形状又は半円形状に上方に突出する形をなしていることを第２の特徴とする。

本発明に係る鏡視下手術シミュレーション装置は、前記上部カバーが、気腹状態の腹壁に類似する弾性を有することを第３の特徴とする。

本発明に係る鏡視下手術シミュレーション装置は、前記上部カバーが、メッシュ状部材から構成されていることを第４の特徴とする。

本発明に係る鏡視下手術シミュレーション装置は、前記上部カバーに設けられて鏡視下手術用器具を挿通可能な任意の隙間のいずれか１又は複数箇所に、鏡視下手術用器具の挿入位置の目印となる目印部材が装着可能であることを第５の特徴とする。

本発明に係る鏡視下手術シミュレーション装置は、前記撮像手段がカメラであり、実際の鏡視下手術における内視鏡カメラの映像を再現する位置および角度で、箱状体に取付けられていることを第６の特徴とする。

本発明に係る鏡視下手術シミュレーション装置は、前記上部カバーの上に保護カバーが装着可能とされていることを第７の特徴とする。

以上説明したように、本発明に係る鏡視下手術シミュレーション装置によると、シミュレート対象の臓器モデルを鏡視下手術における体内と類似の条件下に配置して、鏡視下手術における実際の操作に極めて近い形での臓器展開や操作手順をシミュレートし、手術の術者やその助手に対する効果的な技術トレーニングを行うことができる。

また、臓器展開の操作中にその様子を、内部を透視可能でかつ鏡視下手術用器具を挿通可能な上部カバーを通して直接透き見することができるので、開腹手術と同様の立体感をつかみながらのトレーニングや、手術初心者や医学系学生等に対する教育指導、手術デモンストレーションの効果を高めることができる。

さらに、臓器展開の操作の様子を立体的につかみながら、同時にモニターに映し出される平面的な映像と比較することもできるから、鏡視下手術の操作に対する理解がより深まり、トレーニング効果を格段に高めることができる。

本発明の鏡視下手術シミュレーション装置を用いて、鏡視下手術をシミュレートしている様子を示す全体斜視図、 箱状体に訓練対象の胃モデルが立体的に配置された状態を示す図で、メッシュカバーを外した状態を示す平面図、 図２における胃モデルに着脱可能な大網モデルが装着された状態を示す平面図、 図２における箱状体に弾性のあるメッシュカバーを装着した状態を示す平面図、 図４におけるＡ−Ａ線矢視断面図、 図４におけるＢ−Ｂ線矢視断面図、 図４におけるＣ−Ｃ線矢視断面図、 本発明の他の実施形態を示すもので、メッシュカバーの上に保護カバーを装着した状態を示す平面図である。

次に本発明の最良の実施形態を、図面を参照して説明する。図１において、符号１は腹腔鏡手術シミュレーション装置である。ここで、腹腔鏡手術は胸腔鏡手術等と並び鏡視下手術の一つである。

腹腔鏡手術シミュレーション装置（以下、シミュレーション装置という）１は、気腹状態の腹部を簡易に再現した簡易腹部モデル１００と、カメラ２００と、モニターとしてのパソコン３００を備えている。

簡易腹部モデル１００は、上面に開口部１０１Ａを備える箱状構造のボックス（箱状体）１０１を備えている。ボックス１０１は、透明なプラスチック素材からなり、気腹状態の腹部の腹腔内を想定して内部の大きさが決定されている（例えば、図１に示すボックス１０１の大きさは、およそ縦３５ｍｍ×横２５ｍｍ×高さ２８ｍｍである）。ここで、気腹状態とは、腹腔鏡手術において、体腔内へ炭酸ガス（ＣＯ_２）を充填し、腹壁を気圧で挙上させた状態をいう。

ボックス１０１の開口部１０１Ａには、同開口部１０１Ａを覆う弾性のあるメッシュカバー（上部カバー）１０２が、ボックス１０１の両側板１０１Ｂの上端位置から上方に湾曲して突出する半楕円形の形をなして、両側板１０１Ｂ間に複数の固定部材１０３により取付固定されている。メッシュカバー１０２は、気腹状態の腹壁をモデルとして再現するもので、弾性素材をマス目の径が約１ｃｍとなるように縦横に格子状に配置して接合され、上方に湾曲する半楕円形状に張設することにより、気腹状態における腹壁の弾性力に近い弾性力が付与されている。

固定部材１０３はボックス１０１の側板１０１Ｂに設けられたピン孔１０３ａに対し側板１０１Ｂの外側から挿入される固定ピン１０３ｂと、側板１０１Ｂの内側から固定ピン１０３ｂの先端が螺合され連結される固定プレート１０３ｃとから構成されるが、かかる構造には限定されない。メッシュカバー１０２の一方の側端には固定ピン１０３ｂの位置に合わせてスリット１０４が設けられ、スリット１０４の奥部に固定ピン１０３ｂを位置させることにより、メッシュカバー１０２の一方の側部を側板１０１Ｂの内面に支持固定し、その一方でスリット１０４によりメッシュカバー１０２の一方の側部を側板１０１Ｂの内面から外してメッシュカバー１０２を容易に開くことが可能となっている。

図２は、メッシュカバー１０２を外した状態のボックス１０１の平面図を示している。ボックス１０１の内部にはシミュレーション対象の胃モデル１０５が立体的に配置されている。図２において、図の右側が胸部側、左側が腰部側である。胃モデル１０５は、人体の腹部腹腔内における胃の実際の立体的配置を再現する形で配置されている。

胃モデル１０５とボックス１０１の底板１０１Ｃとの間には、中央から腰部側寄りに背柱をモデルとする第１スペーサー１０６と、第１スペーサー１０６の両脇に左右の腎臓をモデルとする第２スペーサー１０７および第３スペーサー１０８が配置固定されている。これら第１〜第３スペーサー１０６〜１０８は、いずれも実際の背柱および肝臓を想定してこれに類似する硬質素材（例えばウレタン発泡体）から構成されている。胃モデル１０５が載置される部位には、腹腔内における背柱および左右の腎臓の実際の形状を再現するように傾斜面１０６Ａ、１０７Ａ、１０８Ａが形成されている。

第１スペーサー１０６の胸部側寄りには膵臓をモデルとする第４スペーサー１０９が配置固定されている。この第４スペーサー１０９は実際の膵臓を想定してこれに類似する弾性素材（例えばスポンジ状素材）から構成されている。膵臓を想定した第４スペーサー１０９と右の腎臓を想定した第３スペーサー１０８との間には実際の腹腔を想定して窪み１１０が形成されている。

胃モデル１０５は、実際の胃臓器を想定して柔軟かつ弾性のある素材から構成され、ボックス１０１の内部において、胃モデル１０５の食道接続部１０５Ａが前板１０１Ｄのやや右寄りに位置し、十二指腸接続部１０５Ｂが左の側板１０１Ｂの中央寄りに位置し、前記第４スペーサー１０９の上面から第３スペーサー１０８、第１スペーサー１０６、第２スペーサー１０７の上面にかけて立体的に配置されている。窪み１１０においては、スペーサーがないので、胃モデル１０５の当該部位は、その柔軟素材に従って、窪み１１０に落ち込む形状となっている。これによって、胃モデル１０５は、前述したように、人体の腹部の腹腔内における胃の実際の立体的配置を再現する形で配置されている。

胃モデル１０５は、底板１０１Ｃ上に固定された２つの支持プレート１１１，１１１間に、食道接続部１０５Ａおよび十二指腸接続部１０５Ｂが架設される形で、可動可能に支持されている。胃モデル１０５の食道接続部１０５Ａおよび十二指腸接続部１０５Ｂにはそれぞれ挟持部材１１２が装着されている。そして、各挟持部材１１２の支持孔１１２ａに係止されたフック部材１１３，１１３が対応する支持プレート１１１，１１１の支持孔１１１ａに係止されることにより、両支持プレート１１１，１１１間に胃モデル１０５が可動可能に支持されている。

２つの支持プレート１１１の各支持孔１１１ａは、上下方向に等間隔で多数設けられている。これにより、フック部材１１３の係止位置を上下に変更することが可能であり、胃モデル１０５の食道接続部１０５Ａおよび十二指腸接続部１０５Ｂの架設高さを、実際の食道接続高さおよび十二指腸接続高さに合わせて調整可能となっている。

胃モデル１０５の外側面には、図３に示すように、食道接続部１０５Ａの近くから十二指腸接続部１０５Ｂの近くにかけて、内臓器官の一種である大網をモデルとする網目状の大網モデル１１４が面ファスナー１１５を介して着脱可能に取り付けられている。面ファスナー１１５は、胃モデル１０５側の面ファスナー片１１５Ａと大網モデル１１４側の面ファスナー片１１５Ｂから構成されている。大網モデル１１４は、柔軟性素材により構成され、胃モデル１０５の外側面から第１〜第３スペーサー１０６〜１０８の上面、さらにはボックス１０１の左右側板１０１Ｂ近傍の腰部側寄りと後板１０１Ｅの近傍まで広範囲に配置されている。

図４は、ボックス１０１にメッシュカバー１０２およびカメラ２００が取付けられた平面図を示している。同図では線図の煩雑さを避けるため大網モデル１１４が省略されている。図５は図４のＡ−Ａ線矢視断面図、図６は図４のＢ−Ｂ線矢視断面図、７図は図４のＣ−Ｃ線矢視断面図である。図６および図７では分かりやすくするためメッシュカバー１０２を図４の左半分又は右半分のみ表わしている。カメラ２００は、これらの図に示されるように、実際の腹腔鏡手術において外部から腹部の手術部位に挿入される内視鏡カメラの位置および角度を再現するように配置されている。

すなわち、カメラ２００は、ボックス１０１の後板１０１Ｅの上端中央において、前面を斜め下向きの角度とし、前面のＣＣＤレンズ部２０１が、ボックス１０１の底板１０３Ｃを見下ろす角度、すなわちボックス１０１内の胃モデル１０５の手術シミュレーション部位付近を向く角度で支持アタッチメント２０２により支持されている。支持アタッチメント２０２は、カメラ２００を保持する保持台２０３と、ボックス１０１の後板１０１Ｅの上端中央に着脱可能に固定されたクリップ部材２０４とを備え、保持台２０３下面の支柱２０３Ａがクリップ部材２０４上面のジョイント部２０４Ａに対し前後左右に傾斜可能に支持されている。これにより、手術シミュレーション部位の位置に合わせてカメラ２００の上下角度および左右の向きを調整可能である。

かかるカメラ２００によって、実際の腹腔鏡手術における映像をパソコン３００の画面上に再現することができる。なお、符号２０５はカメラ本体２０１とパソコン３００とをつなぐ通信ケーブルである。

次に、上記構成のシミュレーション装置１を用いて、術者および助手を例にして、両者が腹腔鏡手術の臓器展開（視野展開）操作をシミュレートする方法について説明する。

図１は、上記構成のシミュレーション装置１を用いて両者が腹腔鏡手術の臓器展開操作をシミュレートしている様子を示している。実際の腹腔鏡手術においては、体腔内へ炭酸ガス（ＣＯ_２）を充填して腹壁を気圧で挙上させて視野を確保し、細長い腹腔鏡カメラと細長い専用鉗子を腹腔内に挿入し、同器具を用いて臓器展開しながら、胃切除等の外科手術を行う。

本シミュレーション装置Ｓは、簡易腹部モデル１００が最初から気腹状態に設定されている。そこで、簡易腹部モデル１００の左右に立ち、気腹状態のメッシュカバー１０２の任意の隙間Ｓからそれぞれ２本の細長い専用鉗子（直径２〜１０ｍｍ）１５０を腹腔内部を再現したボックス１０１内部に挿入する。なお、簡易腹部モデル１００は、メッシュカバー１０２のあらゆる隙間Ｓから専用鉗子１５０を挿入可能である。

図１に示すメッシュカバー１０２には、任意の隙間Ｓのうち、実際の腹腔鏡手術における腹部の器具挿入位置（切開位置）に相当する位置に目印となる挿入リング１１６が取付けられている。これにより、挿入リング１１６を目印として、実際の腹腔鏡手術と同じ位置および向きを再現し、専用鉗子１５０をボックス１０１内に容易に挿入できる。

そして、簡易腹部モデル１００の左右から、上部のメッシュカバー１０２を通して、ボックス１０１内の胃モデル１０５に対する専用鉗子１５０による展開操作および操作手順のシミュレートが可能である。一方の術者は展開操作および操作手順のデモンストレーションを行うことが可能であり、また、他方の助手は展開操作および操作手順のトレーニングを行うことが可能である。

胃モデル１０５は、腹部の腹腔内における胃の実際の立体的配置を再現する形で配置されるとともに、可動可能に支持されているので、実際の腹腔鏡手術を再現する展開操作が可能である。また、胃モデル１０５には面ファスナー１１５により大綱モデル１１４が取付けられているので、専用鉗子１５０を用いて、実際の腹腔鏡手術を再現する分離操作あるいは接合（縫合）操作が可能である。

胃モデル１０５の展開操作中、大網モデル１１４の分離・接合操作中は、メッシュカバー１０２を通してボックス１０１内の操作の様子を直接透き見することができるから、助手は回復手術と同様の立体感をつかみながら、展開操作方法や操作手順を十分に理解することができ、トレーニング効果を高めることができる。

メッシュカバー１０２は気腹状態の腹壁を再現する弾性力が付与され、専用鉗子１５０の操作時に気腹状態の腹壁と同様の抵抗を感じさせることができ、簡易なメッシュカバーでありながら、実際の腹壁と同様のリアリティーさをもたらすことができる。

また、胃モデル１０５の展開操作、大網モデル１１４の分離・接合操作は、ボックス１０１の後板１０１Ｅに実際の腹腔鏡手術における腹腔鏡カメラを再現するように支持されたカメラ２００により撮影され、ケーブル２０４を介してパソコン３００に画像データが送られ、パソコン３００の画面上に同時に平面的な映像として映し出される。助手は、臓器展開の操作の様子を立体的につかみながら、同時にモニターに映し出される平面的な映像と比較することにより、トレーニング効果を格段に高めることができる。また、術者は、モニターに映し出される映像と実際の臓器展開の操作を比較しながらデモンストレーションできる。

本シミュレーション装置１を用いることによって、術者や助手に対するトレーニングだけでなく、腹腔鏡手術の未経験または初心者、例えば研修医、医学系学生、看護師、看護学生等に対し、腹腔鏡手術の手順を提示することが可能となり、これらの者は腹腔鏡手術の操作の様子を、ボックス１０１内を直接透し見して立体的に理解し、あるいは同時にパソコン３００の画面上で狭い術野を見比べることによってより深く理解することができるようになり、専門的な医学教育や指導に有効に利用できる。

また、臨床実験では、腹腔鏡手術の操作の検証や手術前のシミュレーションによる手術計画の立案、さらには手術手技の創意工夫、新しい手技の開発への利用も可能である。

簡易腹部モデル１００は、箱状構造のボックス１０１に弾性のあるメッシュカバー１０２を取付けることにより気腹状態の腹部の腹腔を簡易に再現し、内部に胃モデル１０５および大網モデル１１４を可動可能に立体的に配置することにより腹部の腹腔内の臓器を簡易に再現することができた。これにより、従来に比べて腹部モデル、ひいてはシミュレーション装置を安価に製作可能である。

図８は、本発明の他の実施形態を示すもので、オプションとして、メッシュカバー１０２の上に透き見を不能とする保護カバー１１７を装着可能としたものである。保護カバー１１７には図１におけるメッシュカバー１０２の挿入リング１１６の位置に合わせて専用鉗子１５０の挿入穴１１７ａを設けるようにしている。

以上の実施形態においては、簡易腹部モデル１００において、ボックス１０１内部に胃モデル１０５および大網モデル１１４を可動可能に立体的に配置するようにしたが、本発明の鏡視下手術シミュレーション装置１は、簡易腹部モデルにおいて、大腸モデルおよび周囲の臓器等を配置してのシミュレーションや、簡易胸部モデルにおいて、内部に左右の肺モデル等を配置してのシミュレーションに適用できることは言うまでもない。

かくして、本発明の鏡視下手術シミュレーション装置１によれば、簡易な装置を用いて、実際の鏡視下手術と同様の操作のシミュレーションを実現できるとともに、手術の助手に対するトレーニングや医学生等に対する教育指導にも優れる装置を提供することができる。

本発明に係る鏡視下手術シミュレーション装置は、鏡視下手術における術者や助手の操作トレーニング装置として、あるいは研修医等に対する医学教育用の装置として、さらには実際の鏡視下手術における操作の検証や手術前のシミュレーションによる手術計画の立案向け等に用いる装置として幅広く利用可能である。

１ 腹腔鏡手術シミュレーション装置（鏡視下手術シミュレーション装置）
１００ 簡易腹部モデル
１０１ ボックス（箱状体）
１０１Ａ 開口部
１０１Ｂ 側板
１０１Ｃ 底板
１０１Ｄ 前板
１０１Ｅ 後板
１０２ メッシュカバー（上部カバー）
１０３ 固定部材
１０３ａ ピン孔
１０３ｂ 固定ピン
１０４ スリット
１０５ 胃モデル（臓器モデル）
１０５Ａ 食道接続部
１０５Ｂ 十二指腸接続部
１０６ 第１スペーサー
１０７ 第２スペーサー
１０８ 第３スペーサー
１０６Ａ，１０７Ａ，１０８Ａ 傾斜面
１０９ 第４スペーサー
１１０ 窪み
１１１ 支持プレート
１１１ａ，１１２ａ 支持孔
１１２ 挟持部材
１１３ フック部材
１１４ 大綱モデル
１１５ 面ファスナー
１１５Ａ，１１５Ｂ 面ファスナー片
１１６ リング
１１７ 保護カバー
１１７ａ 挿入穴
１５０ 専用鉗子
２００ カメラ
２０１ ＣＣＤレンズ部
２０２ 支持アタッチメント
２０３ 保持台
２０３Ａ 支柱
２０４ クリップ部材
２０４Ａ ジョイント部
２０５ 通信ケーブル
３００ モニター（モニター手段）
Ｓ 隙間

Claims (7)

1. 鏡視下手術における人体の腹部をモデルとして大きさが決定され上面に開口部を備える箱状体と、
   鏡視下手術における気腹状態の腹壁をモデルとして前記開口部を覆うように配置され、内部を透視可能でかつ鏡視下手術用器具を挿通可能な上部カバーと、
   前記箱状体の内部に配置されるシミュレーション対象の臓器モデルと、
   前記箱状体の内面と前記臓器モデルとの間に配置され、前記臓器モデルを前記箱状体の内部に立体的に配置するスペーサーと、
   前記箱状体の内部に配置された臓器モデルを可動可能に支持する支持手段と、
   前記箱状体の内部に配置された臓器モデルの手術シミュレート部位付近を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像された映像を表示させるモニター手段と、
   を有することを特徴とする鏡視下手術シミュレーション装置。
2. 前記上部カバーが、気腹状態の腹壁をモデルとして半楕円形状又は半円形状に上方に突出する形をなしていることを特徴とする、請求項１記載の鏡視下手術シミュレーション装置。
3. 前記上部カバーが、気腹状態の腹壁に類似する弾性を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の鏡視下手術シミュレーション装置。
4. 前記上部カバーが、メッシュ状部材から構成されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のうちいずれか一項に記載の鏡視下手術シミュレーション装置。
5. 前記上部カバーに設けられて鏡視下手術用器具を挿通可能な任意の隙間のいずれか１又は複数箇所に、鏡視下手術用器具の挿入位置の目印となる目印部材が装着可能であることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のうちいずれか一項に記載の鏡視下手術シミュレーション装置。
6. 前記撮像手段がカメラであり、実際の鏡視下手術における内視鏡カメラの映像を再現する位置および角度で、箱状体に取付けられていることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のうちいずれか一項に記載の鏡視下手術シミュレーション装置。
7. 前記上部カバーの上に保護カバーが装着可能とされていることを特徴とする、請求項１ないし請求項５のうちいずれか一項に記載の鏡視下手術シミュレーション装置。

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