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テキスト | アミノ観察

次のレオナルド・ダ・ヴィンチは誰ですか?これは医療業界が最も注目している問題かもしれません。

ダ ヴィンチ手術ロボットは、革新的な技術を備えたユニークな製品であり、手術ロボットのほぼ同義語となっています。しかし、幅広い手術応用シナリオと多くの問題点を考慮すると、市場はさまざまなシナリオでの手術ロボットに大きな期待を抱いています。

現在、顕微手術ロボットは次の技術的高地であるだけでなく、次の爆発的な分野でもあります。数十年にわたる探求を経て、この分野は「特異点」の瞬間にますます近づいています。

今年2月、海外の顕微手術ロボットのスター企業メディカル・マイクロインスツルメンツ社は1億1000万ドルという巨額の資金調達を受けた。

国内では、アンテック・マイクロエレクトロニクスやディシ・メディカルなどの企業がすでに計画を策定しており、進捗を加速するための資金援助を受け続けている。たとえば、Dishi Medical は眼科手術を入り口としており、現在中国で確認臨床試験を実施しています。

では、微細手術ロボットの分野で、次のレオナルド・ダ・ヴィンチは誕生するのでしょうか？

/01/ 「人」では解決できない課題

外科の分野では、マイクロサージェリーが技術的に最先端であることは間違いありません。いわゆるマイクロサージャリーとは、光学拡大装置や顕微手術装置を使用して、非常に狭い範囲で複雑かつ精密な手術を行うことを指します。

古典的な顕微手術では、医師は顕微鏡を使用してわずか1ミリメートル、さらには数十分の1ミリメートルの血管や神経を探索して見つけ、ミクロン単位でクモの糸と同じくらい細い縫合糸を使用して正確に修復する必要があります。重要な血管や神経をすべて縫合します。

顕微手術の視野は通常わずか 2 ～ 3 cm であるため、医師のわずかな手の震えが手術の成否に直接影響する可能性があります。したがって、顕微外科医の技術は安定していて、正確で、正確で熟練している必要があります。

現在、顕微鏡と機器の進歩により、顕微外科医は直径0.3～0.8ミリメートルの血管を接続する超微細手術を行うことができるようになりました。

マイクロサージャリーの独自の利点に基づいて、このマイクロサージェリーは眼科、耳鼻咽喉科、脳神経外科、形成外科、泌尿器科などのさまざまな外科分野で広く使用されています。

急速な進歩にもかかわらず、顕微手術には限界があります。

まず、間違いを犯す可能性が依然として高いということです。顕微手術では誤差がほとんど許されない極めて正確な手術が要求され、わずかな震えでも不必要な害を引き起こす可能性があります。理論的には、これらの損傷を回避する必要がありますが、手術の複雑さのため、依然として多くの課題があります。臨床的には様々な合併症を伴いますが、その割合は決して低くありません。データによると、網膜上膜剥離手術における合併症の発生率は2%から30%の範囲です。

第二に、長期にわたる手術は不確実性をもたらしやすいです。患者の状態に応じて、顕微手術の手術は数時間から10時間以上、場合によっては30時間以上かかることもあります。したがって、すべての手術は医師の技術と忍耐力に対する究極の挑戦となります。さらに、これは疲労を引き起こし、意図しないエラーのリスクを高める可能性があります。

第三に、これは臨床実践にとって最も制限的なものでもあり、外科医の訓練は困難であり、非常に長い時間がかかります。なぜなら、顕微手術には外科医の高度な手術スキルが必要であり、外科医がそのような手術を臨床で実行できるようになるまでには広範な訓練が必要だからです。医師の才能と忍耐力が求められる一方で、長期にわたる研修も必要となります。切断された指の再植術 (顕微手術の特徴的な技術) を完了できる顕微外科医には通常 3 年の訓練が必要で、訓練サイクル全体には 10 年以上かかる場合もあります。

したがって、さまざまな制限の下で、世界の医学界は顕​​微手術におけるロボット技術の応用を模索し、さまざまな顕微手術ロボット (MSR) システムを開発してきました。

暑さもますます高くなってきました。 2000 年から 2022 年まで毎年出版された MSR 関連の論文の数は、Google Scholar でさまざまなキーワードを検索することによって取得されました。図からわかるように、MSR 関連の研究数は全体的に増加傾向にあります。

MSR システムが顕微手術の分野に大きな影響を与える可能性があることを示すさまざまな兆候があります。

/ 02/ チェンジメーカーの継続的な出現

深刻な問題点に基づいて、世界中の多くの企業がこの分野に注力しており、探求の過程でさまざまな技術的アイデアが生まれています。

一つはハンドヘルドロボットシステムです。

ハンドヘルドロボットシステムでは、手術ツール自体が「ロボットツール」と呼ばれる小さなロボットシステムに改造されます。外科医はそれを操作して外科手術を行います。ロボットツールは、震えのキャンセルや深さのロックなどの機能を提供するため、「ステディハンド」とも呼ばれます。

「Micron」はその典型的な例であり、その核心は手持ちのマニピュレーターを通じて自身の動きを感知し、手の震えなどの誤った動きを選択的に除去することです。その後、ロボットはアクティブ誤差補正を通じてツール先端で安定した動作を生成します。 Micron ロボットは操作が簡単で、実際の顕微手術器具を保持するアームが装備されており、ホルダーに簡単にフィットし、従来の手術用顕微鏡と互換性があります。

2つ目は遠隔操作ロボットシステムです。

遠隔操作ロボット システムでは、外科医はマスター モジュールを操作してスレーブ モジュールを制御します。スレーブ モジュールは外科医の手を置き換えて手術ツールを操作します。このシステムは、サーボ アルゴリズムを介してモーション スケーリングと震えフィルタリングを統合します。さらに、手術ツールの先端に触覚フィードバックまたは深度感知アルゴリズムを統合することで、3 次元の認識が可能になります。

典型的な例は、コンピューター、入力モーション コントローラー、器具マニピュレーター、手術台に取り付けられたヘッドレストで構成される「Precies Surgical System」です。最適なパフォーマンスを実現するように設計されたこのシステムは、機械式 RCM、停電保護、ジョイント トルクの最小化を実現するパラレログラム リンケージと調整可能なカウンターウェイトを備えています。 PSS はダイナミック スケーリングを使用して、機器先端の粗い動きを正確な 4 軸の動きに変換します。さらに、OCT ベースの距離境界を利用して意図しない動きを防止し、医原性網膜外傷を軽減するために震えフィルタリングを組み込んでいます。その他の機能には、触覚フィードバック、自動器具交換、網膜に近い聴覚フィードバック、事故発生時に直ちにプローブを取り外すための強化された格納機構が含まれます。これらの機能により、精度と安全性が向上し、偶発的な組織損傷のリスクが軽減されます。

第三に、共同運用ロボットシステム。

共同操作ロボット システムでは、外科医とロボットが同時に手術ツールを操作します。外科医は手動で手術器具を直接操作して動作を制御しますが、ロボットは補助的な役割を果たし、手の震えを補助的に補償したり、手術器具を長時間固定したりすることができます。

DiShi Medical の DiShi Weifeng 眼科手術ロボットはその典型的な例です。この手術システムでは、マスターハンドが医師、スレーブハンドが医師の意図に​​従って動くロボットとなります。注射プロセス全体はいくつかのステップに分かれており、最初に医師がロボットのジンバルを制御して眼外の位置を決め、次に眼内の位置を決め、次にハンドルを制御して端を網膜病変領域に徐々に近づけます。網膜下の位置に薬剤を注射する必要がある場合、ロボットは動かず、人の手が介在することはありません。所要時間は約 3 分です。 200 マイクロリットルの薬液を注入する場合を例に挙げます。このプロセス中、医師は時間、速度、流量を監視するだけで済みます。その後、プロセス全体が行われます。常に医師の監督下にあり、決定も医師が行います。

4 つ目は、部分的に自動化されたロボット システムです。

部分的に自動化されたロボット システムでは、特定の手順または手順ステップがロボットによって自動的に実行されます。ロボットは手術器具の動きを直接操作および制御します。処理された画像情報はロボットにフィードバックやガイダンスとして提供されます。視覚情報は同時に外科医に送信され、外科医はいつでも上書きコマンドを提供して、部分的に自動化された手術を監督できます。

この分野では「IRISS」システムが代表例です。 「IRISS」システムに基づいて、外科医はカスタマイズされた一対のマスターコントローラーを介してスレーブマニピュレーターを遠隔操作し、ヘッドアップモニターを介して術中の3D視覚フィードバックを観察することで視覚情報を取得します。さらに、このシステムは、ロボット手術における制御パフォーマンスと安全性を強化するための震えフィルタリングおよびモーション スケーリング機能を提供します。 IRISS の性能はブタの単眼で検証されており、外科医は前水晶体嚢切除術、硝子体切除術、網膜静脈カニューレ挿入術およびその他の複雑な手術を含む、IRISS を使用した一連の網膜硝子体手術を成功裡に行っています。

しかし、模索しているプレーヤーはたくさんいますが、客観的に見ると、ほとんどの企業はまだ模索の初期段階にあります。したがって、この場の爆発は依然として特異点の瞬間の到来を待つ必要がある。

/ 03/ 特異点の瞬間を待つ

これらの技術革新が成功する前に、一連の複雑な問題を解決する必要があります。

まず、臨床領域と工学領域の問題を効果的に解決するには、学際的なアプローチが必要です。機能の論理的な配置は非常に明確です (正確な配置とジッターの防止)。最初に適切なハードウェアを開発する必要があります。これは簡単な作業ではありません。たとえば、ロボットによっては、既存のロボット アームがそのような高精度の要件を満たすことができない機能が必要になる場合があります。そのため、制御システムの構築や機械構造全体の設計を含め、基礎から完全に独立して設計する必要があります。

同時に、臨床使用の要件を満たすためにこれらの高精度部品を組み立てるプロセスも非常に複雑です。たとえば、DiShi Medical は、左目の手術が必要な場合は機械を左側に配置し、右目の手術が必要な場合はプロトタイプを右側に配置すると述べました。実際の使用では、移動ロボットが状況を複雑にします。課題は、ロボットの動作ストロークが瞳孔間距離 1 つ増加することです。わずか数センチメートルですが、機械構造の変化により重量が変化し、それに応じてモーターにかかる負荷も変化します。多くの主要コンポーネントと機械的要素が必要です。構造を再設計する必要がある。

第二に、ロボットの設計は医師の手術条件を満たさなければなりません。ロボットは単独で存在するものではありません。医師のニーズと問題点を深く理解することが重要なノウハウです。したがって、企業は開発プロセス全体を通じて、専門のエンジニアが外科医と緊密に連携して、臨床ニーズを満たさない一部の機能を排除する必要があります。医療機器の関連規格を遵守し、継続的に反復する能力を備えています。

製品開発が成功しても、その後の事業化には医師の教育など多くの課題が伴います。基本的に言えば、ロボットは医師の教育プロセスを、たとえば 10 年から 5 年に短縮することができます。しかし、臨床医や患者の信頼を得るには、まだやるべきことがたくさんあります。

全体として、製品の性能は「1」ですが、医師の教育などの問題は「0」です。現在、顕微手術ロボットの中心的なタスクは「1」の問題を解決することであり、そうして初めて複数の「0」の蓄積について話す資格が得られます。