VinUni大学の医師とエンジニアのグループが開発したこの装置は、世界中の同様の製品に比べてわずか10分の1のコストで、膝関節置換術で正確な結果を得るのに役立つ望遠鏡のようなものです。
ヴィンユニ大学医学3D技術研究センター（ヴィンユニ3Dラボグループ）のファム・チュン・ヒュー博士とその同僚たちは、人工関節置換手術の位置を最大98%の精度で特定できるパーソナライズ手術ナビゲーションデバイス（PSI）の開発に成功しました。この研究は、 VnExpressが主催する2023年科学イニシアチブで準賞を受賞しました。
この装置は、外科医が手術中にプログラミング計画に従って骨切開を行うのを支援し、人工関節の設置精度を高め、患者にとっての手術の有効性と安全性を最適化します。ベトナムでは、これまで関節置換手術におけるPSIの応用に関する研究は行われていませんでした。
BSCK IIのファム・チュン・ヒエウさんは、膝関節置換術用手術誘導装置の製品で2位を獲得しました。写真：ジャン・フイ
ヒュー博士は、損傷した骨や関節構造の治療・再建手術を行う際には、高精度のガイダンス補助具によるサポートが不可欠であると述べました。骨や関節系は3次元空間における複雑な動的バランスシステムであるためです。人工関節を最適な位置に正しく配置しないと、体の動きの軸が変化し、術後の可動性に影響を与えるだけでなく、痛みが長引いたり、人工関節の寿命が短くなったりする可能性があります。
現在、人工関節とそれに付随する誘導装置は輸入されており、欧米人の体型に合わせて設計されています。ベトナム人の骨格とこれらの器具の不適合は、インプラントの正確な配置に影響を与え、治療効果を低下させるだけでなく、経験豊富な外科医が不足している場合は合併症を引き起こす可能性もあります。
ロボットやナビゲーションなどの他の測位システムを使用すると、多くの場合、複雑すぎて手術時間が長くなり、非常に高額な投資コストが必要になるため、ベトナムの大多数の人々の状況にはあまり適していません。
「研究チームは、患者の組織に安全に接触できる生体適合性3D素材でプリントされた、パーソナライズされた手術誘導装置のアイデアを開発し、現在入手可能な装置に比べて低い製造コストで、精度と安全性を実現しました」とヒュー博士は述べた。
全膝関節置換術における個別手術ガイダンス装置。写真：ヴィンユニ大学医学3D技術センター
研究チームは、PSIの最終製品を開発するまでに1年以上を費やし、最適な設計を算出し、数百ものプロトタイプをテストしました。これらの設計は、CTスキャンやMRIスキャンから得られた骨構造データに基づいて作成され、各患者の骨の正確な位置に合わせて成形されました。
この装置のおかげで、外科医は手術部位を明確に露出させ、2～3個の小型3Dプリントデバイスを用いて各骨片の位置を正確に特定するだけで済みます。以前は、外科医は四肢の他のランドマークを介して間接的に複雑な方法で位置を特定するために、約30個の機械ツールを使用する必要がありました。
さらに、この研究では、研究チームは3Dプリント技術を用いて患者自身の膝関節の解剖モデルを印刷しました。印刷された解剖モデルは、外科医が手術ガイダンスデバイスを用いて正式な術前シミュレーションを行うのに役立つだけでなく、人工関節置換術を学び始めた若い医師のトレーニングにも役立ちます。
そのため、医師はそれぞれの症例で2回手術を行います。手術前には、ガイディング補助具と組み合わせた解剖模型を用いて手術を行い、その後、設計されたPSIカッティングトレイを用いて患者に実際の手術を行います。
情報受付から切削金型完成までの全工程は平均3日（最短2日）で完了し、コストは世界の類似製品と比較してわずか1/10です。
チームは、ヴィンメック医療システムにおいて、3Dプリント技術を用いて、約50件の膝関節全置換術、40件の股関節置換術、その他数百件の関節置換術や骨アライメント手術を成功裏に実施してきました。これらの手術には、個別化手術ガイダンスデバイスが用いられています。この技術は、口蓋裂児の鼻の型、複雑な心血管疾患に対する介入用ステントの個別化を支援する解剖模型、頭蓋骨欠損に対する3Dチタンパッチ型の作成にも応用されています。
ヴィンユニ大学医学部3D技術研究センターの医師とエンジニアのグループ。写真： NVCC
ビンメック・ヘルスケア・システム整形外科・スポーツ医学センター長のトラン・チュン・ドゥン教授は、VnExpressの取材に対し、医療における個別化治療は世界的な潮流であり、手術ガイダンス装置の開発は手術効率の最適化に貢献すると述べた。これまで、経験豊富な外科医でも手術の精度は最大で約90%しか達成できなかったが、手術ガイダンス装置を用いることで、精度は98%に近づく可能性がある。「ナビゲーション技術は、精度向上に役立つ『ファインダー』のようなもので、手術の成功率向上に重要な役割を果たします」とドゥン教授は述べた。
ヒュー博士チームとVinUni 3D Labのソリューションは、ユン教授から高く評価されました。この新技術は、患者の自然な解剖学的パラメータに適したパラメータを持つ「図面」を、個々の患者に合わせて正確に作成し、手術時間を短縮するのに役立つからです。「パーソナライズされた切削型を作成する3Dプリント技術は標準化の意味も持ち、近い将来、ベトナム人の特性に適した製品を大量生産できるようになるでしょう」とユン教授は述べています。
ダン教授は、現在、世界中の医療現場で手術誘導装置を応用するには、製造に約3～6週間かかり、約3,000米ドルの費用がかかると付け加えた。しかし、新しい3Dプリント技術を用いることで、製造期間はわずか2日程度に短縮され、費用も数百万ドンに抑えられる。ダン教授は、次の段階では、VinUni 3D Labが他の多くの外科用途で製品を標準化し、医師の手術効率向上に貢献するとともに、国内のより多くの患者が世界の先進的な科学技術の恩恵を受けられるようになることを期待している。
授賞式後、ヒュー博士は喜びを語り、今回の受賞はチームにとって交流と学びの場となり、製品を紹介する場となったと同時に、高い専門性を持つ審査員の方々から製品のさらなる改良に役立つ意見をいただいたと述べました。「この製品が多くのユーザー、特に人工関節置換手術や整形外科的外傷を受ける患者さんに届けられ、より適切なコストで優れた改良製品が生まれることを願っています」とヒュー博士は語りました。
2年目を迎えるVnExpressの2023年科学イニシアチブコンテストは、科学技術を愛する人々のための遊び場を創出し、40歳未満の専門および非専門の科学者を対象として、科学技術の進歩の応用を加速するためのイニシアチブ、ソリューション、つながりを模索することを目指しています。
ヌー・クイン
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