ロボット手術

ロボット手術またはロボット支援手術とは、ロボットシステムを用いて行われるあらゆる種類の外科手術を指します。ロボット支援手術は、既存の低侵襲手術の限界を克服するとともに、開腹手術を行う外科医の能力（例えば、作業精度の向上）を高めることを主な目的として開発されました。

ロボット支援による低侵襲手術では、外科医は遠隔操作装置またはコンピューター制御システムを使用して、切開、止血、切除を行う。

• 遠隔操作式マニピュレーター（例：ダ・ヴィンチ手術システム）は、遠隔操作可能なマニピュレーターのシステムであり、外科医は手術台とは別の制御コンソールから立体視下でリアルタイムに手術を行うことができます。この場合、手術ロボットは患者の隣に設置され、ロボットアームは専用のトロカールを通して挿入されたエンドエフェクターを介して内視鏡のような操作を行います。手術助手と器械出し看護師は、エフェクター器具の交換や、内視鏡用把持器具を用いた吸引や一時的な組織の牽引などを行うために、手術台の傍らで介助を行う必要がしばしばあります。
• コンピュータ制御システムでは、外科医はコンピュータシステムを使用して制御データを伝達し、ロボットアームとそのエンドエフェクタを操作します。ただし、これらのシステムは入力にテレマニピュレータを使用する機能も備えています。コンピュータ制御方式の主な利点の1つは、手術を行うために外科医がキャンパスに物理的に赴く必要がないことであり、遠隔手術や、AI支援または自動化された手術の可能性につながります。

ロボット手術への資本障壁は、メドトロニックのHugoやCMRサージカルのVersiusのような低コストのモジュール式システムが既存のプラットフォームの代替品として市場に参入したことで低下しました。^{[ 1 ]}ロボットプラットフォームを使用すると、従来の腹腔鏡手術と比較して手術室での直接費用が通常1,500ドルから3,000ドル増加しますが、治療全体のエピソードを評価する医療経済分析では、この追加費用は入院期間の短縮、合併症率の低下、開腹手術への移行率の大幅な減少による下流での節約によって相殺されることが多いことが示唆されています。^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

標準的なハンドグリップを使用して、さまざまなサイズから超小型までのマニピュレーターやカメラを制御するという概念は、1942 年 8 月にロバート ハインラインの短編小説「ウォルドー」で説明されており、脳外科手術についても言及されています。手術を支援する最初のロボットはArthrobotで、カナダで生物医学エンジニアのJames McEwenとUBC の工学物理学卒業生である Geof Auchinleckが率いるチームが、その開発の基礎的な役割を果たした整形外科医のBrian Day 博士と協力して開発しました。 ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} Arthrobotは、1983 年にカナダのバンクーバーで Day 博士によって初めて手術で使用されました。^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}関節鏡手術を支援するように設計された Arthrobot は、手術中に患者の四肢を操作および配置するために外科医の音声コマンドに応答します。^{[ 8 ] [ 9 ]} 最終的に、最初の 12 か月 (1985 年) の間に60 件以上の関節鏡手術が行われ、ナショナル ジオグラフィックのビデオ「ロボット革命」でこの装置が紹介されました。さらに、同時期に開発された他の関連ロボット装置の中には、音声コマンドで手術器具を手渡す手術用スクラブナースロボットや、医療検査室用ロボット アームなどがありました。YouTubeのビデオ「Arthrobot – 世界初の手術用ロボット」では、これらのいくつかが動作している様子が紹介されています。^{[ 10 ]}

次の重要な節目は1985年に訪れ、ロボットアームPUMA560の支援を受けてCTガイド下での初の脳生検が行われた。 ^{[ 11 ]} 1985年には、神経外科手術中にCTガイド下で脳生検用の針の向きを定めるために、ロボットUnimation Puma 200が使用された。 ^{[ 12 ] [ 7 ]} 1980年代後半には、インペリアル・カレッジ・ロンドンが手術用ロボットシステムPROBOTを開発し、前立腺手術に使用された。^{[ 13 ]}このロボットの利点には、比較的小型であること、精度が高いこと、外科医の疲労がないことなどがあった。1990年代には、コンピュータ制御の手術機器が登場し始め、手術手順の精度と制御が向上した。この時期の最も重要なマイルストーンの 1 つは、 2000 年に食品医薬品局 (FDA)によって外科手術での使用が承認されたda Vinci サージカル システムの開発でした (Intuitive Surgical、2021 年)。 ^{[ 14 ]} da Vinci システムは、ロボット アームを使用して手術器具を操作することで、外科医がはるかに高いレベルの精度と制御で複雑な手術手順を実行できるようにします。^{[ 15 ]}さらに、1992 年に ROBODOC が導入され、最終的に股関節置換手術を支援できるようになったことで整形外科手術に革命をもたらしました。^{[ 16 ]}後者は、2008 年に FDA の正式な承認を受けた最初の手術用ロボットでした。^{[ 17 ]} Integrated Surgical Systems ( IBMと緊密に協力) の ROBODOC は、股関節置換のために大腿骨に精密なフィッティングを削り出すことができました。^{[ 18 ]} ROBODOCの目的は、インプラント用の大腿骨を削り出す従来の方法、すなわちハンマーとブローチ/やすりの使用を置き換えることであった。

ロボットシステムのさらなる開発は、SRI InternationalとIntuitive Surgicalによってda Vinci Surgical SystemとAESOPおよびZEUSロボット手術システムによるコンピュータモーションの導入によって行われた。^{[ 19 ]}最初のロボット手術は、オハイオ州コロンバスのオハイオ州立大学医療センターで、著名なアメリカ人心臓胸部外科医であるRobert E. Michlerの指導の下で行われた。^{[ 20 ]}

1994年に一般公開されたAESOPは、FDAの商用利用承認を受けた最初の腹腔鏡カメラホルダーであったため、ロボット手術における画期的な製品でした。さらに、宇宙で使用できるロボットアームの開発を目指していたため、米国政府宇宙機関NASAは、AESOPを製造したComputer Motion社に研究資金を提供した企業、政府機関、団体の1つでした。しかし、このプロジェクトは最終的に医療科学の方向へと進み、腹腔鏡手術で使用されるカメラの開発につながりました。1996年には、AESOP 2000手術ロボットに音声制御システムが搭載され、1998年には7自由度（7 DOF）機能が追加され、AESOP 3000ロボットシステムが強化され、人間の手の機能的な動作を効果的に模倣できるようになりました。^{[ 21 ]}

ZEUSロボット手術システムは1998年に商用化され、遠隔ロボット手術（テレプレゼンス手術とも呼ばれる）の始まりとなりました。遠隔ロボット手術では、外科医はコンソールを介してロボットを操作し、ロボットが患者に対して手術を行います。^{[ 22 ]} ZEUSは1997年にオハイオ州クリーブランドで卵管再接続の婦人科手術で初めて使用されました。^{[ 7 ] [ 23 ]}その後、1999年10月の拍動心冠動脈バイパス移植術^{[ 24 ]}や、2001年9月に遠隔で行われた胆嚢摘出術であるリンドバーグ手術^{[ 25 ]}など、他のいくつかの手術にも使用されました。 2003年には、ZEUSは19人の患者から左内胸動脈を採取することに成功し、全員が非常に良好な臨床結果を得たことで、心臓手術において最も顕著な功績を残しました。^{[ 26 ] [ 27 ]}

da Vinci のベースとなったオリジナルの遠隔手術ロボットシステムは、カリフォルニア州メンローパークのスタンフォード研究所インターナショナルで、 DARPAとNASAの資金援助を受けて開発されました。^{[ 28 ]}開腹腸吻合のデモンストレーションが米国軍医協会(AMSUS) に披露されました。^{[ 29 ]}遠隔手術ロボットは、当初は戦場やさまざまな遠隔地、またはアクセス困難な環境で遠隔手術を容易にして死傷者を減らすことを目的としていましたが、現場での低侵襲手術により有用であることが判明しました。^{[ 30 ] [ 31 ]}初期プロトタイプの特許は、カリフォルニア州マウンテンビューのIntuitive Surgicalに売却されました。da Vinci は外科医の手の動きを感知し、それを電子的に縮小された微細な動きに変換して、独自の小型器具を操作します。また、外科医の手の動きの震えを検出して除去し、ロボットがそれを複製しないようにします。システムで使用されるカメラは、外科医のコンソールに送信される真の立体画像を提供します。ZEUSと比較すると、da Vinciロボットはトロカールを介して手術台に取り付けられ、人間の手首を模倣することができます。2000年にda Vinciは一般的な腹腔鏡手術でFDAの承認を取得し、米国初の手術用ロボットとなりました。^{[ 32 ]} da Vinciシステムの使用例としては、1998年5月にドイツで行われた初のロボット支援心臓バイパス手術、1999年9月に米国で行われた初の心臓バイパス手術、2009年1月に行われた初の完全ロボット支援腎臓移植手術などがあります。 ^{[ 33 ]} da Vinci Siは2009年4月に発売され、当初は175万ドルで販売されました。^{[ 34 ]} 

2005年、犬と死体モデルで、da Vinciロボット手術システム用の経口ロボット手術（TORS）と呼ばれる手術技術が文書化されました。これは、頭頸部手術を行う唯一のFDA承認ロボットでした。^{[ 35 ] [ 36 ]} 2006年には、3人の患者がこの技術を使用して舌切除を受けました。^{[ 36 ]}その結果、脳神経、舌神経、舌動脈の視覚化がより鮮明になり、患者はより早く正常な嚥下に回復しました。^{[ 37 ]} 2006年5月、人工知能医師が行う初の無支援ロボット手術が、心臓不整脈を矯正するために34歳の男性に対して成功裏に行われました。手術の結果は、平均以上の人間の外科医よりも優れていると評価されました。この機械には10,000件の類似手術のデータベースがあり、設計者によれば「どんな患者にも手術を行うのに十分な資格がある」とのことだった。^{[ 38 ] [ 39 ]} 2007年8月、ロボティクス研究所および泌尿器科センター（ウィンターヘイブン病院およびフロリダ大学）のシジョ・パレカッティル博士は、慢性睾丸痛に対する精索神経切断のロボット支援顕微鏡手術を初めて実施した。^{[ 40 ]} 2008年2月、シカゴ大学コマー小児病院のモハン・S・グンデティ博士は、小児神経因性膀胱再建のロボット手術を初めて実施した。^{[ 41 ]}

2008 年 5 月 12 日、カルガリー大学でGarnette Sutherland 博士がNeuroArmを使用して、初の画像誘導 MR 対応ロボット神経外科手術を実施しました。^{[ 42 ]} 2008 年 6 月、ドイツ航空宇宙センター(DLR) は、低侵襲手術用のロボット システム、MiroSurge神経外科ロボット システムを発表しました。^{[ 43 ]} 2010 年 9 月、アイントホーフェン工科大学は、力覚フィードバックを採用した初の外科用ロボットであるSofie外科システムの開発を発表しました。^{[ 44 ]} 2010 年 9 月、リュブリャナ大学医療センターでBorut Geršak博士率いる外科医チームにより、大腿血管に対する初のロボット手術が実施されました。^{[ 45 ] [ 46 ]}

2017年、マイクロサージェリーおよびスーパーマイクロサージェリー専用に設計された初のロボットシステムであるMUSAシステムが、 Microsure社（オランダ、アイントホーフェン）によって開発され、導入されました。このシステムは、マーストリヒト大学医療センター+でリンパ浮腫患者のリンパ静脈吻合（LVA）手術に初めて臨床的に使用されました。^{[ 47 ]}

2019年、英国の医療機器会社CMR Surgical社はVersius Surgical Systemを発売した。同社は、独立モジュール式アームを備え、「素早く簡単にセットアップできる」ことで、より柔軟で汎用性の高い製品であると主張し、世界市場でDa Vinciサージカルシステムに挑戦しようとしている。Versiusの小型設計は、このシステムが事実上あらゆる手術室に適しており、立位でも座位でも操作できることを示している。^{[ 48 ]}

手術用ロボットによって大きく進歩した分野は、遠隔手術、低侵襲手術、無人手術です。ロボットを使用することで、手術は精密に行われ、小型化され、切開が小さくなり、出血量が減少し、痛みが軽減され、治癒時間が短縮されます。通常の操作を超える関節可動性と3次元拡大により、人間工学が改善されます。これらの技術により、入院期間、出血量、輸血、鎮痛剤の使用が減少します。^{[ 31 ] [ 114 ]} 既存の開腹手術技術には、手術部位へのアクセスが制限される、回復に時間がかかる、手術時間が長い、出血量が多い、手術痕や跡が残るなど、多くの欠点があります。^{[ 115 ]}

ロボットの費用は1台あたり100万ドルから250万ドルに及び、^{[ 116 ]}使い捨て消耗品の費用は通常1回の手術あたり1,500ドルですが、手術費用はそれよりも高くなります。^{[ 117 ]}システムを操作するには追加の外科的トレーニングが必要です。^{[ 112 ]}このようなシステムの購入が価値があるかどうかを判断するために、数多くの実現可能性調査が行われてきました。現状では、意見は大きく分かれています。外科医は、このようなシステムの製造元がこの新しい技術に関するトレーニングを提供しているものの、学習段階は集中的で、外科医は使用に習熟するために150～250回の手術を行う必要があると報告しています。^{[ 116 ]}さらに、トレーニング段階では、低侵襲手術は従来の手術の最大2倍の時間がかかる場合があり、手術室の混雑や、外科スタッフが患者をより長時間麻酔下に置くことにつながります。患者調査によると、患者は罹患率の低下、結果の改善、出血量の減少、痛みの軽減を期待してこの手術を選択しました。^{[ 114 ]}さらに、期待値が高いことが、不満や後悔の割合が高い理由を説明するかもしれない。^{[ 112 ]}

他の低侵襲手術アプローチと比較して、ロボット支援手術では、外科医は手術器具をより良く制御でき、手術部位をよりよく見ることができます。さらに、外科医は手術中ずっと立っている必要がなくなり、疲れにくくなります。自然に発生する手の震えは、ロボットのコンピュータ ソフトウェアによって除去されます。最後に、手術ロボットは、交代制の手術チームによって継続的に使用できます。^{[ 118 ]}腹腔鏡カメラの位置も、ロボット制御下では、人間の支援と比較して、意図しない動きが少なく、はるかに安定しています。^{[ 119 ]}ロボット支援手術をサポートするために複合現実を使用する方法は、 1992 年に空軍研究所で、人間の操作者を支援する仮想境界またはガイドを重ね合わせる「仮想フィクスチャ」を作成することによって開発され、安全性と精度を高める一般的な方法となっています。^{[ 120 ] [ 121 ] [ 122 ] [ 123 ]}

臨床応用における現在のロボット手術の使用に関して、いくつかの問題があります。現在臨床で使用されている一部のロボットシステムには触覚フィードバックが欠けており、力覚フィードバックや触覚フィードバックがありません。器具と患者の間の相互作用は感じられません。しかし、最近、外科医と組織の間の相互作用を改善するために、Asensus Surgical の Senhance ロボットシステムが触覚フィードバックを備えて開発されました。^{[ 124 ]}

ロボットは非常に大型になる場合もあり、計測機器に制限があり、現在のデバイスは単一象限の適用にのみ使用されるため、多象限手術に問題が生じる可能性がある。^{[ 125 ]}

米国産婦人科医会^{[ 126 ]}を含むこのシステムの批判者たちは、このシステムの使用を採用する外科医には習得に時間がかかること、そして従来の腹腔鏡手術後の結果よりも長期的な結果が優れていることを示す研究が不足していることを指摘している^{[ 117 ]}。新しく創刊されたJournal of Robotic Surgeryの記事は、一人の外科医の経験を報告する傾向がある^{[ 117 ] 。}

ロボット手術に関連する合併症には、手術を開腹手術に変更すること、再手術、永久的な損傷、内臓損傷、神経損傷などがあります。2000年から2011年にかけてロボット手術で行われた子宮摘出術75件のうち、34件で永久的な損傷、49件で内臓損傷が発生しました。前立腺摘出術では、永久的な損傷、神経損傷、内臓損傷の発生率がさらに高くなっています。さまざまな専門分野で、実際に開腹手術に変更したり再手術が必要になった手術はごくわずかでしたが、ほとんどの手術で何らかの損傷や障害が発生しました。例えば、冠動脈バイパス移植術7件のうち、1件で再手術が必要となりました。医療従事者がこの新しい技術の安全性についてより深く理解できるよう、合併症を把握し、報告し、評価することが重要です。^{[ 127 ]}ロボット支援手術で何か問題が発生した場合、責任の所在を特定することは困難であり、その安全性が、これらの手術がどれだけ早く広く普及するかに影響を与えるだろう。

ロボット手術の欠点の1つは、システムと器具の機械的故障のリスクです。2005年7月から2008年12月にかけて、ある単一施設でda Vinciサージカルシステムの機械的故障を分析する研究が行われました。この期間中、4台のda Vinciサージカルシステムを使用して合計1797件のロボット手術が実施されました。機械的故障は43件（2.4%）あり、そのうち24件（1.3%）は機械的故障または誤作動、19件（1.1%）は器具の誤作動でした。さらに、1件の開腹手術と2件の腹腔鏡手術への移行（0.17%）が行われました。したがって、機械的故障または誤作動の可能性はまれであり、開腹手術または腹腔鏡手術への移行率は非常に低いことがわかりました。^{[ 128 ]}

ロボット手術の現在の方法もオンラインで販売および宣伝されています。前立腺がんの摘出は、インターネットマーケティングを通じて人気のある治療法となっています。医療機器のインターネットマーケティングは、医薬品の宣伝よりも規制が緩くなっています。この種の手術の利点を主張する多くのサイトは、リスクについて言及しておらず、根拠のない証拠も提供していません。政府や医療団体がバランスの取れた教育資料の作成を促進することに問題があります。^{[ 129 ]}米国だけでも、ロボット手術を宣伝する多くのウェブサイトは、この種の手術に関連するリスクについて言及しておらず、資料を提供する病院は、リスクをほとんど無視し、利点を過大評価し、製造業者の影響を強く受けています。^{[ 130 ]}

日本のロボット心臓手術に対する医療保険適用範囲の拡大は、2018年の日本のテレビドラマ「ブラックピーン」の中心的なプロットポイントでした。このドラマは、伝統的な外科手術技術と最新の外科手術技術の導入との間の葛藤をドラマチックに描き、ダ・ヴィンチ手術システムを「ダーウィン」という名前で表現しました。日本の心臓手術のパイオニアであるニューハート渡辺国際病院の渡辺剛医師が、このシリーズに技術的な医療サポートを提供しました。^{[ 131 ] [ 132 ]}

2016年のステルスゲーム『ヒットマン』の最終ステージは、 高度な医療センターを舞台としており、ターゲットの1人が遠隔操作装置を使って手術を受けている。