ナビゲーションシステム導入で手術精度向上と医療従事者負担軽減を実現

ナビゲーションシステムで手術支援技術革新

ナビゲーションシステムの基本原理と構成要素

ナビゲーションシステムは、手術中に手術器具の位置を三次元的に表示し、術者の手術を支援する医療機器です。この技術の基本原理は、カーナビゲーションと同様に、現在位置を正確に把握し、目標地点までの最適なルートを提供することにあります。
システムの核となるのは、位置計測装置（トラッキングシステム）で、主に光学式、磁場式、多関節アーム式の3つの方式が存在します。最も普及している光学式では、赤外線を利用した位置情報取得を行い、複数のCCDカメラを搭載したカメラユニットにより赤外線情報を認識します。
参考）https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8C%BB%E7%99%82%E7%94%A8%E3%83%8A%E3%83%93%E3%82%B2%E3%83%BC%E3%82%B7%E3%83%A7%E3%83%B3%E3%82%B7%E3%82%B9%E3%83%86%E3%83%A0

手術器具に取り付けられた反射素材や発光体の位置を検出し、事前に撮影されたCTやMRI画像と照合することで、器具が患者のどの部位にあるかをリアルタイムで表示します。これにより、手術者は重要な血管や神経の位置を常に把握しながら、安全で正確な手術を実行できます。
参考）https://www.m.ehime-u.ac.jp/school/neurosurgery/advanced-medicine/1483

ナビゲーションシステム活用による手術成績向上

脳神経外科領域では、ナビゲーションシステムの導入により手術成績が劇的に改善されています。愛媛大学医学部脳神経外科では、2001年以降悪性神経膠腫手術での摘出率向上を目的として画像誘導ナビゲーションを使用し、低侵襲手術の実現に成功しています。
特に重要な成果として、術中のbrain shift（位置情報のズレ）問題に対して、超音波診断装置とナビゲーション画像をリンクさせた「Synchronized Navigation」を駆使することで、術中画像補正が可能となりました。これにより、より精密で正確な手術が実現し、神経機能の温存を考慮した手術が可能になっています。
整形外科分野では、股関節の人工関節全置換術（THA）や脊椎手術において、手術精度の大幅な向上が報告されています。ナビゲーションシステムを用いることで、神経や血管などの重要な組織を傷つけることなく、患者個別の解剖学的特徴に合わせた最適な手術が行えるようになりました。
参考）https://www.seichokai.or.jp/hannan/dept/orthopaedic_surgery/page/37

ナビゲーションシステムの種類と特徴比較

現代のナビゲーションシステムは、使用する画像情報によりイメージベースナビゲーションシステムとイメージフリーナビゲーションシステムの2つに大別されます。

イメージベースナビゲーションでは、術前・術中の患者画像を表示し、脳神経外科ではCT・MRI・PET・SPECT・fMRIなど多彩なソースが活用されます。一方、イメージフリーナビゲーションは主に整形外科向けに開発され、患者画像を用いないため被曝軽減やコスト面での効果が期待されています。
最新の手術支援ロボット「Mako」や「ROSA」といった統合システムでは、術前計画の段階から手術実行まで一貫したサポートが可能となり、患者一人ひとりの関節状態に合わせた柔軟な対応が実現されています。
参考）https://www.uoeh-u.ac.jp/hospital/gaiyo/system.html

ナビゲーションシステム導入の経済効果と保険適用

ナビゲーションシステムの導入は、初期投資コストを上回る長期的な経済効果をもたらします。日本の診療報酬制度では、2008年より「画像等手術支援加算（ナビゲーション）」が設定され、その使用が推奨されています。これにより、医療機関にとって導入インセンティブが生まれました。
患者ナビゲーションシステムを活用したアメリカの事例では、システム利用により患者1人当たりの総医療費が月額429ドル削減されたという報告があります。これは主に入院患者治療関連のコスト削減効果によるもので、適切な治療導線により医療費の大幅削減が実現されています。
参考）https://www.cancerit.jp/gann-kiji-itiran/gann-iryou/post-73343.html

日本の手術ナビゲーションシステム市場は2024年に5億7230万米ドルに達し、2033年までに13億4250万米ドルに成長すると予測されています。年平均成長率8.9％という高い成長率は、低侵襲手術の需要拡大と費用対効果の高い外来手術センターの役割増大によって支えられています。
参考）https://www.imarcgroup.com/report/ja/japan-surgical-navigation-systems-market

ナビゲーションシステムの技術革新と将来展望

現在のナビゲーションシステムは、人工知能とコンピュータビジョンの統合により、次世代の手術支援技術へと進化しています。従来のディープラーニングアプローチでは計算コストが高く、複数のランドマーク間の空間関係を無視する問題がありましたが、高速でマルチランドマークのローカライズ機能を備えた自動手術計画モデルが開発されています。
参考）https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-20F20106/

拡張現実（AR）技術との融合により、生体内部の解剖学的立体情報を含む手術環境全体の位置情報可視化が可能となりました。これにより、外科医は仮想空間における術前患者三次元モデルと実空間の患者をシームレスに融合し、より直感的で正確な手術を実行できます。
参考）http://www.image.med.osaka-u.ac.jp/member/yoshi/paper/SatoIEICE2006survey.pdf

最新の顕微鏡連動型ナビゲーションシステムでは、従来のように専用ポインターで位置確認のたびに液晶画面を確認する必要がなくなり、術野から目をそらすことなく連続的な手術が可能になっています。これにより手術時間の短縮と安全性の向上が同時に実現され、医療従事者の負担軽減にも大きく貢献しています。
参考）https://www.pref.shiga.lg.jp/file/attachment/2072643.pdf

国産手術支援ロボット「hinotori」やメドトロニック社の「Hugo」など、日本でも多様なロボット支援システムが導入され、ナビゲーション技術と統合することで、より高度で安全な手術環境の構築が進んでいます。
参考）https://www2.hosp.med.tottori-u.ac.jp/kanijiru/backnumber/vol14/special/34581.html