患者登録

患者登録は、コンピュータ医療画像によって収集された仮想 3D データセットの参照位置を患者の参照位置と相関させるために使用されます。この手順は、術前の登録と手術中の臨床状況の再現性を保証するために、コンピュータ支援手術において非常に重要です。この文脈以外で「患者登録」という用語を使用すると、医療機関のファイルに患者を登録する手順と混同される可能性があります。

コンピュータ支援手術では、最初のステップは、手術を行うべき領域の正常組織と病理組織の形状を非常に正確に再現する 3D データセットを収集することです。これは主に、その領域のCT スキャンまたはMRIスキャンを使用して取得されます。患者登録の役割は、データセットの理想に近い参照再現性を取得することです。これは、収集されたデータセットの位置 (オフセット) を外科的介入中の患者の位置と相関させるためです。患者登録により、(1) 術前スキャンと手術の両方で患者の同じ厳密な位置を維持する必要がなくなり、(2) 介入中に患者が動いた場合でも、手術ロボットに患者に対して正確に動作するために必要な参照情報が提供されます。

応用

患者登録は主に頭部外科（口腔外科、脳神経外科、耳鼻咽喉科）で使用されていました。マーカー登録とマーカーレス登録の登場により、この概念は腹部外科にも拡張されました。

ヘッドフレームの使用

人間の組織の 3D マッピングの最初の試みは、 1906 年にV. ホースリーと R. クラークによって行われました。 ^{[1]彼らは、頭部に固定する必要のある長方形の}定位ヘッドフレームを作成しました。これはデカルト原理に基づいており、神経生理学的実験用の針状電極を正確かつ再現性のある方法で誘導することを可能にしています。彼らは動物実験を行い、小脳のマッピングに貢献することができました。ホースリー–クラーク装置の改良版は、今日でも実験的脳外科手術で使用されています。^[要出典]

人間用の最初の定位固定装置も、1947年にE.シュピーゲルとH.ワイシスによって脳神経外科で開発されました。^{[2]この装置は}パーキンソン病の外科的治療に使用され、その後、腫瘍、血管奇形、機能的脳神経外科などの外科的治療にも応用が広がりました。このシステムは、ヘッドフレームと、空間の3つの平面すべてで撮影されたX線画像の両方に基づいていました。

定位手術のさらなる発展は、1980年にブラウン、ロバーツ、ウェルズによってなされました。^{[3]彼らは、}CTスキャンと脳神経外科的介入中に頭蓋骨に装着するハローリングを開発しました。この方法により、手術のガイダンスが改善され、実際にコンピューター誘導手術の最初の開発となりました。

頭部の患者登録は、CT スキャンとヘッドフレームやハローリングなどの機械的な参照装置を組み合わせるという同じ原理に基づいて、ほぼ 20 年間にわたって開発されてきました。しかし、臨床経験から、ヘッドギアは装着が非常に不快で、協力的でないため小さな子供には装着不可能であることが判明しました。さらに、ヘッドフレームは術前データ収集時や手術中にアーティファクトを作成する可能性があります。^{[引用が必要]}

参照マーカー

肌

1986年、ロバーツとストローベーンによって異なるアプローチが開発されました。^[4]彼らは、術前CT登録と術中の両方で、患者の皮膚上のいくつかのマーカーをランドマークとして使用しました。これは、患者登録における当時の新しい流れでした。それでも、この方法は時間がかかり、マーカーの位置の正確な再現性は疑問視されています。

骨

骨構造は、患者登録のランドマークの安定性と再現性を大幅に向上させることができます。この概念に基づいて、局所麻酔下で皮膚の表層にある骨構造に一時的なマーカーを埋め込むというさらなる技術が使用されました。^[5]これは、表面マーカーとCT登録と組み合わせられました。^[6]この技術には、骨インプラントを配置するための最小限の外科手術がさらに必要であり、患者に感染のリスクがあるという欠点があります。

咬合器に固定されたモデルに基づいて、顎骨の骨切りのための骨セグメントナビゲーションを使用した手術計画（赤外線デバイスに基づく登録）

歯科用スプリントマーカー

歯科用スプリントは、歯科補綴、歯列矯正、顎変形症手術において、咬合器に鋳造モデルを配置するための3D参照ランドマークを転送および再現するために伝統的に使用されてきました。スプリントに複数の赤外線マーカーを塗布し、赤外線カメラを使用することで、より正確な位置合わせが実現しました。^[7]

マーカーレス患者登録

解剖学的ランドマーク

解剖学的ランドマークの識別に基づく最初の試みは、CaversaccioとZulligerによって行われました。^[8]この方法は、CT登録と相関して、頭蓋骨上の特定の人体計測点と他の解剖学的ランドマークを識別することに基づいています。しかし、ランドマークは、患者のデータセット登録と手術中に正確に指摘および再現することができないため、この方法は十分に正確ではありません。

表面登録

1998年以来、Marmullaと同僚らは、問題に対する異なるアプローチを用いた新しい手順を開発しました。^[9]^[10] CTデータセットの収集と外科的介入の両方において、患者登録は、特徴的な表面マーカーではなく、完全な領域と表面を登録することによって行われました。これは、レーザースキャナーと小型の誘導送信機を使用することで実現しました。この方法により、患者登録の精度が大幅に向上しました。

このコンセプトに基づいて、同じチームによっていくつかの登録およびナビゲーションシステムが作成されました。外科セグメントナビゲーター (SSN および SSN++)は、口腔および顎顔面外科用に初めて開発されたシステムです。このシステムは、CT データセット、表面レーザースキャンデータセット、および患者の頭部に取り付けられた小型の誘導送信機によって生成されたデータセットの 3 つの異なる座標セットを関連付けます。コンピューター支援手術用実験ユニット (LUCAS) は、実験室での手術計画に使用されます。この技術的および外科的な進歩により、機械的なガイダンスシステムが不要になり、決定の精度が向上し、手術行為の精度が向上しました。

ライアソン大学（現トロントメトロポリタン大学）の研究グループは、光トポグラフィ画像（OTI）を使用して開いた手術部位の表面の3Dモデルを作成し、脳神経外科ナビゲーション用のCTおよびMRIデータセットに表面を登録する方法を開発しました。^[11]^[12] OTI技術は、7D Surgicalのナビゲーションプラットフォームにライセンス供与されています。^[12]

参考文献

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