ホーム inNavi Suite 日立メディコ 別冊付録 磁遊空間 Vol.25 最先端の脳腫瘍完全摘出システムが可能にする生存率向上と術後QOL確保 ─ 術中MRI導入から12年，進化を続ける東京女子医科大学先端生命医科学研究所のインテリジェント手術室

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最先端の脳腫瘍完全摘出システムが可能にする生存率向上と術後QOL確保
─ 術中MRI導入から12年，進化を続ける東京女子医科大学先端生命医科学研究所のインテリジェント手術室

伊関　洋 教授

村垣善浩 教授

東京女子医科大学が，2000年に国内で初めて術中MRIを導入し，インテリジェント手術室を立ち上げてから12年が経過した。インテリジェント手術室での脳腫瘍の手術は，神経膠腫を中心に，2012年7月現在で1080例に上り，非常に高い治療成績を上げている。術中MRIからスタートし，ナビゲーションシステム，脳機能解析，覚醒下手術，手術戦略デスクなど，高度な手法・多様なシステムを研究開発しながら，現在も進化を続けるインテリジェント手術の現状と今後について，パイオニアである東京女子医科大学・早稲田大学共同大学院の伊関　洋教授，同大学先端生命医科学研究所の村垣善浩教授を中心にお話しをうかがった。

■術中MRIから始まったインテリジェント手術室の歴史

東京女子医科大学は2000年3月，手術室内に日立メディコ社製永久磁石型オープンMRI「AIRIS-II」（0.3T）を設置し，日本初の術中MRIを行うインテリジェント手術室を立ち上げた（図1）。
翌2001年には，東京女子医科大学先端生命医科学研究所先端工学外科学分野（FATS）を組織し，安全・正確な手術支援のための技術を中心に，産官学共同での研究開発を開始。さらに，2008年4月に早稲田大学と共同で，医工融合研究教育拠点となる東京女子医科大学・早稲田大学連携先端生命医科学研究教育施設（通称：TWIns）を開設して生命科学系の研究室を集結させるとともに，企業や研究機関との共同研究を推進するための研究室・実験室であるメディカルイノベーションラボラトリー（MIL）を設置した。TWIns内には，先端生命医科学研究所とMILからなる先端生命医科学センターが置かれ，最先端医療の研究が日々行われている。
12年前に術中MRIを開始した理由について，伊関教授は次のように話す。
「術前にMRIを撮像して病変部を確認しますが，術中には脳が変形する（ブレインシフト）ため，術中に画像で確認しなければ正確に手術することはできません。当時，術中に用いるモダリティとしてCTや超音波がありましたが，被ばくがなく画質にも優れているMRIを用いることにしました。また，腫瘍の取り残しをなくす完全摘出のためにも，術中画像による確認は必須です」
導入を決めたオープンMRI「AIRIS-II」は，開口径43cmで撮像中の患者の様子を観察しやすく，5ガウスラインも狭いため，手術室内でも通常の手術器具を使えるなど，術中に用いるメリットが大きい。低ランニングコストもまた，重要な要件のひとつである。導入にあわせて，頭部固定具と受信コイルを一体化した手術用コイルをはじめ，さまざまな関連装置も開発した。0.3Tという磁場強度について伊関教授は，「さまざまなものが持ち込まれる手術室は，画像にノイズや歪みが出やすい過酷な環境なので，影響を受けにくい中低磁場装置が適していると考えました。0.3Tであっても十分な画質の術中MRI画像を得ることができるので，手術室にはあえてデメリットも多い高磁場装置である必要はないと考えます」と述べる。村垣教授も，「MRI単体でなく，手術室全体でチューンナップするという発想が必要なため，中低磁場装置でも十分競争力はあると思います」と語る。
同院のインテリジェント手術室は5.8m×4.2mと，MRIを設置するには狭い空間のため，工夫を凝らして快適な手術空間を作り上げた。MRI撮像時に素早く待避できる器械台の開発や，患者の状態が一目でわかるように透明なドレープを使用するなど，空間の利用と動線の効率化を徹底的に追究して今日に至っている。
脳腫瘍摘出手術では，1.5Tもしくは3T MRIで術前画像を撮像し，術中にAIRIS-IIで平均3回（2〜4回）の撮像を行う。まず，開頭した段階でナビゲーション用に撮像し，腫瘍摘出後にも残存腫瘍の確認のために撮像する。腫瘍の残存状況によって，摘出と撮像を繰り返して，腫瘍の完全摘出をめざす。
伊関教授，村垣教授が中心となって作り上げてきたインテリジェント手術室は，術中MRIにとどまらず脳機能解析や覚醒下手術などを取り入れ，情報の可視化・共有化を実現する情報誘導手術（脳腫瘍完全摘出システム）が行われるようになり，脳腫瘍に対する手術戦略は劇的に進歩している。

■生存率と術後QOLの向上をめざす高度な情報誘導手術

インテリジェント手術室で行われる情報誘導手術は，多様なシステムを組み合わせることにより可能となっている。術中MRIと，その最新の画像をもとにしたリアルタイムアップデートナビゲーションシステムが解剖学的情報を提供し，術前の脳機能マッピングと術中の脳機能解析により，言語野や運動野といった重要な機能を持つ脳の領域を確認しながら脳腫瘍の摘出を行う。さらに，脳腫瘍では25％程度の症例で覚醒下での手術を行っており，術中に患者の協力を得て脳機能を確認しながら腫瘍摘出を行うことで，運動麻痺や言語障害といった術後合併症予防が可能となっている（図2〜7）。“脳腫瘍摘出率・生存率の向上”と“患者の術後QOL確保”という明確な目的に向けて，これらのシステム・手法の研究開発を続けてきた。
これまで数多くの覚醒下手術を手掛けてきた村垣教授は，このように高精度なシステムにより腫瘍の摘出率が向上しているいま，脳腫瘍摘出手術の戦略においてまず重要なことは，“患者の理解”であると強調する。
「術前に予想される悪性度，摘出の可否などを説明し，患者さんに病状を理解してもらうことから始まります。摘出するにしても，取り残しが多ければ増悪，再発のリスクが高くなって生存率に影響すること，一方で，腫瘍が言語野や運動野などに浸潤している場合もあり，取りすぎると合併症の可能性もあることなどを説明します。悪性度や生存期間を理解した上で，機能を残すのか，できる限り摘出するのかという患者さんの意向は，摘出の最終段階でのわれわれの判断に影響してきます。覚醒下手術中に，“リハビリを頑張るので取ってください”と言われたこともあります。これは，説明の上での決定を患者自身が行う，インフォームド・コンセントを超えた，インフォームド・ディシジョンと言えます」

●覚醒下手術の実際（図2〜7）

図2　覚醒下手術の様子
手術室では，平均3回のMRI撮像を行い，慎重に脳機能のチェックをしながら腫瘍を摘出していく。手術に必要な情報を大画面モニタで表示し，すべてのスタッフが情報を共有することで，迅速な意思疎通を図り，見落としを防ぐとともに，自主的に判断して行動することができる。

図3　術前の検査画像
a：MRIと3種類のPETの融合画像，b：機能MRI（fMRI）と三次元脳画像

図4　術前の脳機能マッピング画像
左右を決める空間感覚，計算する・書くといった複数の機能を持つ頭頂葉に腫瘍がある難しい症例。まずT1画像をもとに脳表面のしわの情報などを得て脳の三次元画像を作成し，脳に電極を埋め込んで，田村特任助教らが3週間かけて脳機能を解析，マッピングを行った。

図5　摘出中の術中MRI画像（0.3TオープンMRI：AIRIS-II）
上段：T1WI，下段：T2WI（抜粋）
T2WIで腫瘍・摘出腔の一部は高信号（白）に明瞭に描出される。

図6　IEMAS（Intraoperative Examination Monitor for Awake Surgery：覚醒下手術における術中高次機能検査システム） 覚醒下手術での言語機能のモニタリングにかかわる情報（患者の表情，患者に提示するイラスト，脳波モニタの数値など）を集約して表示する。手術中に，術前マッピング画像をもとに言語機能や運動機能を確認していく。言語領域では，イラストを見せながら電気刺激（50Hz，3ms）を与え，刺激を与えたタイミングに名称を答えられるかなどのテストを行う（図6では｢カバ｣）。他にも，刺激を与えた時に，音が聞こえるか，しびれる部分があるかなど，多くの情報を引き出す。

図7　覚醒下手術での脳機能解析 術前の脳機能マッピングにより脳機能領域はおおむね把握しているが，より安全で確実な腫瘍摘出を行うため，手術室には脳機能解析グループも入り，覚醒下で脳にダイレクトに電気刺激を与えて脳機能をチェックする。（左下は田村特任助教）

脳機能解析を担当する田村　学特任助教は，手術で脳機能解析グループが担う役割について次のように話す。
「術中は，患者さんや執刀医との連携を重視し，限られた時間の中で患者さんの状況を正確にとらえ，手術進行を妨げずに執刀医に伝えて，安全に手術を行えるようにすることが大切だと考えています。術前に脳機能マッピングを行い，手術においてどの情報が重要かを判断し，その情報を手術中に最大限に生かすことをめざしています」
情報誘導手術では，解剖学的情報（術中MRI，アップデートナビゲーション），機能的情報（脳機能解析，覚醒下手術），組織学的情報（術中迅速病理診断，フローサイトメトリー）をナビゲーションとして用いて統合し，その統合情報をもとに意思決定が行われる。
村垣教授は，情報の可視化の意義は非常に大きいと述べる。
「情報はすべて可視化され，手術室から離れたTWIns内の手術戦略デスク（図8）に送られます。患者さんのモニタ情報はもちろん，術野や手術室内の映像もリアルタイムに把握することができ，手術戦略デスクからサポートできます。手術室にいないことで，“どこまで完全な手術をめざし，どこで手術をやめるか”という判断を冷静かつ客観的に行え，患者さんやご家族の立場に立って指示を出すことができていると思います」
伊関教授もまた，「執刀医という指揮官だけが全体を把握し指示するのではなく，手術チーム全員が情報を共有し，手術の流れを把握して，判断・行動するチーム医療を実現しています。情報誘導手術は，前線のスタッフに情報を与えて決断支援を行える手術システムです」と話す。

図8　手術戦略デスク
モニタには，手術室の内部や入口の映像，術前の検査画像，術前・術中のMRI画像，病理画像，術野の顕微鏡画像，ナビゲーション画像などが表示され，リアルタイムに手術情報を得ることができ，意思決定支援を行う。

■高い治療成績と患者の意思決定への参加

インテリジェント手術室では，情報誘導手術を年間100例前後行っており，2012年7月現在で症例数は1080例を超える。術中MRIはマシントラブルとベッドの故障により実施できなかった2例を除いた全例で行っており，脳腫瘍の摘出率は平均91％と高い成績を誇る。また，従来の腫瘍摘出手術では，5年生存率がグレード3で約25％，グレード4では約7％であるのに対し，情報誘導手術により，グレード2で95％，グレード3で78％，グレード4では19％と，従来平均の約3倍の生存率となっており，その有用性は明らかである（図9）。
伊関教授は，情報誘導手術の意義について，「脳腫瘍摘出手術では，最初の手術で腫瘍を全摘出できるかどうかが予後を大きく左右します。また，脳機能評価や覚醒下手術により，可能な限りQOLを保って安全に行うことも大切です。手術の可視化によって患者さんも意思決定に参加できるようになり，医療者と患者さんが一緒に手術に取り組んでいるという実感があります」と述べる。インフォームド・コンセントの観点からも，患者の意思決定への参加は，今後の手術には必須になることが予想される。

図9　神経膠腫グレード2，3および4における生存率

■手術を標準化し，ロバスト性を向上させる次世代手術室｢SCOT｣

術中MRIから始まった情報誘導手術は，さまざまなシステムを取り込みながら進化し続けており，いまも複数の手術支援システムの研究・開発が進行中だという（図10）。そして，それらの技術・システムの集大成が，インテリジェント手術室が進化した次世代手術室「SCOT（Smart Cyber Operating Theater）」である。SCOTは，ITやスマート化技術により，高度に安全化・快適化・省エネ化された手術室で，室内の映像や音などの手術情報の収集，医療スタッフの行動分析，医療行為と患者動態の客観的・分析的記録を行い，結果として有意情報の抽出と選択提示を行う。それにより，手術を標準化し，手術チームスタッフの不具合や装置の故障が生じた場合でも，システム全体として危険な状態にならないロバスト性の向上を図る。
そして，実際の手術において，目標を明確化して達成度を評価し，次に行うステップや手術全体の目標を再設定するプロセスをコントロールして意思決定支援を行うのが，手術戦略デスクシステムである。
SCOTの発想自体はすでに2002年頃からあり，理想とするSCOTの構築に向けて少しずつ作り上げてきた。SCOTの当面の目標について伊関教授，村垣教授は，「患者動態や手術記録をはじめ，スタッフの動き，機器のログなど，手術中には膨大なデータが得られます。これらをデータマイニングし，蓄積されるビッグデータを処理して有用な情報にし，例えば，“今のまま続けたら雨が降るから傘を用意しろ”というように，手術の未来予測をするシミュレータを作りたいと考えています」と構想を述べる。現時点でも，情報を共有することでチーム医療を実現しているが，SCOTがより理想型に近づくことで，最適化・標準化された，さらに安全・正確な手術の実施が可能となるだろう。

図10　現在開発中のKinect
PC版のKinectを使用し，モニタ表示画面非接触コントロールシステムを開発中。上下左右の手の動きだけで，画像表示の滅菌操作ができる。操作者を認識させ（操作者のシルエットを緑で表示），画像の移動やズーム，変更が可能。操作者の体格差もあることから，個別のセッティングをめざしている。（デモ操作は，開発者の吉光喜太郎特任助教）

■これからの最先端医療 ─ 術中MRIの普及と治療イノベーション

国内の術中MRIは，導入を検討している施設を含めると20近くに上る。今後，導入施設はますます増えるだろうと伊関教授は予測する。
「術中MRIを用いた手術の5年生存率が発表され始めて，関心が高まっているので，導入施設が一気に増える可能性があります。今は，患者さん自身が積極的に情報を集めて病院を選ぶ時代になっています。術中MRIを使わずに手術をする施設は淘汰される時代が来るかもしれません」
伊関教授，村垣教授らは，これまでの12年間に試行錯誤しながら現在のシステムを作り上げてきたが，同じシステムで術中MRIを導入する施設には，蓄積してきた情報やノウハウをすべて提供して，高い水準でスタートできるようにしているという。
最後に，今後の医療の方向性や未来の手術室について，伊関教授と村垣教授は，「究極の手術室は，医師がそこにいないかもしれません。集束超音波治療やドラッグデリバリーシステムなどが用いられ，あらゆることをセンサーリングし，高度にロボット化されて，治療そのものの概念が変わると思います。そのようなイノベーティブな医療を実現するためには，医学教育の変革も必要です。最先端医療とは確立されていない医療であるため，安全・確実に実績を積み上げることが大切です。危険を察知して未然に防ぐSCOTは，最先端医療のための手術室なのです」と語った。
術中MRIから始まった情報誘導手術は，多様なシステムにより，最小限のリスクと最大限の脳腫瘍摘出を可能にした。究極の医療をめざすSCOTの進化に終わりはない。

（2012年7月11日取材）

東京女子医科大学
先端生命医科学研究所
〒162-8666　東京都新宿区河田町8-1 TWIns
TEL 03-5367-9945
http://www.twmu.ac.jp/ABMES/

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