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Three-Dimensional Quantification of Cardiac Surface Motion; A Newly Developed 3-Dimensional Digital Motion-Capture and Reconstruction System for Beati

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渡辺 俊樹/409●

心 表 面 冠 動 脈 運 動 の定 量 的 解 析

∼拍動下心臓手術のための心表面運動三次元デジタル解析 システムの開発∼

Three-Dimensional

Quantification of Cardiac Surface Motion; A Newly Developed

3-Dimensional Digital Motion-Capture

and Reconstruction

System for Beating

Heart Surgery

渡 辺 俊 樹(学 生 会 員)a*,織 田村 元 樹b,岡 田 昌 史b,中 村 仁 彦b,尾 股 定 夫c,横 山 斉a

a福 島 県 立 医 科 大 学 大 学 院 医 学 研 究 科 心 臓 血 管 外 科 学 b東 京 大 学 大 学 院 情 報 理 工 学 系 研 究 科 知 能 機 械 情 報 学 c日 本 大 学 工 学 部 電 気 電 子 工 学 科

Toshiki Watanabe, MDa, Motoki Odamura, PhDb, Masahumi Okada, PhDb, Yoshihiko Nakamura, PhDb, Sadao Omata, PhDc, Hitoshi Yokoyama, MD'

aDepartment of Cardiovascular Surgery

, Graduate School of Medicine, Fukushima Medical University bDepartment of Mechano -Informatics

, Graduate School of Information Science and Technology, University of Tokyo

cDepartment of E1ectrical and Electronics Engineering

, College of Engineering, Nihon University

Abstract

OBJECTIVE: This study was aimed to characterize quantitatively the three regional cardiac surface motions before and after stabilization using a stabilizer (Octopus4.3, Medtronics Inc.) by our newly developed "3-dimensional digital motion-capture and reconstruction system" in an animal experiment setting. METHODS: Ten pigs underwent full sternot-omy. Three tiny metallic markers (diameter2mm) coated with a reflective material were attached on three regional car-diac surfaces (LAD, RCA and LCX). These makers were captured by two high-speed digital video cameras (955frames/ s) as2-dimensional data, and reconstructed to3-dimensional data points. RESULTS: Virtual3-dimensional images of the beating heart surface were successfully reconstructed and details of the three regional cardiac surfaces were obtained. CONCLUSIONS: This system is useful for a precise3-D quantification of the heart surface movement, and development of a better stabilizer for beating heart surgery.

Key words

Beating heart surgery, Cardiac surface motion, Stabilizer, 3-dimensional analysis, Motion capture.

1. は じめ に 冠 動 脈 を正 確 に 吻 合 す る た め に は,よ り静 止 し た 術 野 が 必 要 で あ る.こ の 動 き の な い 術 野 は,心 臓 外 科 に お い て は,人 工 心 肺 に よ る体 外 循 環 法 を用 い 心 臓 を停 止 させ る こ とに よ り得 る こ とが 可 能 で あ っ た. しか し最 近 で は,機 械 的,薬 理 学 的 に 心 臓 表 面 の 運 動 を減 少 させ る方 法 や 器 具 が 開発 され,そ れ に伴 い 人 工 心 肺 を使 わ ず,心 臓 を止 め な い 冠 動 脈 バ イ パ ス 術(OPCAB)が 考 案 され た1)2)3)4)5).人工 心 肺 を用 い *福 島 県 立 医 科 大 学 大 学 院 医 学 研 究 科 心 臓 血 管 外 科 学 〒960-1295福 島 県 福 島 市 光 が 丘1 watatoshi@mua.biglobe.ne.jp 受 付2006年6月24日;採 択2006年11月22日

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な い 心 拍 動 下 冠 動 脈 バ イ パ ス 手 術 は,そ の低 侵 襲 性 か ら近 年 本 邦 で も 急 速 に普 及 し,冠 動 脈 外 科 の ス タ ン ダ ー ドと な りつ つ あ る.し か し,心 拍 動 下 の 内 径 15∼2mmの 冠 動 脈 を吻 合 す るた め技 術 的 に は 困難 で あ り,現 在 で も 心 拍 動 を 「固 定 化 」 す る種 々 の薬 理 学 的 機 械 的 方 法 が 考 案,検 討 され て い る1)2)3)4)5). そ の視 野 固 定 に お い て,ひ ろ く普 及 し て い る の が 吸 引 型 の 固 定 器 具(ス タ ビ ライ ザ)で あ る.し か し そ の 「固 定 性 」 の 評 価 は こ れ ま で 外 科 医 の 主 観 的 評 価 に 委 ね られ て き た.そ の た め,各 種 固 定 法 を比 較 評 価 す る こ とが で きず,科 学 的 客 観 的 評 価 が 不 可 能 で あ っ た.今 回 わ れ わ れ は 心 臓 表 面 運 動 解 析 シ ス テ ム を 開 発 し,動 物 実 験 にお い て 検 証 す る と と も に,ブ タ の 主 要 な冠 動 脈(左 冠 動 脈 前 下 行 枝(LAD),右 冠 動 脈(RCA),左 冠 動 脈 回旋 枝(LCX))の 運 動 を機 械 的 固 定 前 後 で 定 量 的 評 価 を行 な っ た. 2. 方 法 2.1  計 測 シ ス テ ム の 構 成 本 シ ス テ ム の 概 観 をFig.1に 示 した.本 シ ス テ ム は,硬 性 鏡 を 取 り付 け た2台 の 高 速 度 デ ジ タ ル ビデ オ カ メ ラ(DALSA-CA-D6;260×260pixels,frame

rate of955fbs,DALSA Inc.,Canada)と,硬 性 鏡 へ 光 を供 給 す る2台 の 光 源 お よ び 高 速 度 カ メ ラ か ら の リ

Fig.1•@ A schematic overview of this system. This system consists of two computers for processing and two high speed digital video cameras. Cardiac surface motion were cap-tured as2-dimensional coordinates, and reconstructed to consecutive3-dimensional data points by a newly developed computer program. The x-axis was classified as the direc-tion from the "head to tail" of the pig, the y-axis was classi-fied as the "left to right" side of the operating table, and the z-axis was classified as the "upward" vertical angle from the pig.

ア ル タ イ ム 画 像 取 り 込 み が 可 能 な 画 像 処 理 ボ ー ド (Viper digital;Coreco Inc.,Canada)を 搭 載 し た2台 の 処 理 用 計 算 機(Windows2000,CPU Intel Pentium43.06 GHz,1,048,092KB RAM)で 構 成 し た.高 速 度 カ メ ラ に よ り 心 臓 表 面 に 固 定 し た マ ー カ ー 周 囲 の 画 像 を, 硬 性 鏡 を 通 し て 取 り込 み,計 算 機 処 理 に よ っ て マ ー カ ー の 運 動 を ト ラ ッ キ ン グ し,連 続 し た 二 次 元 位 置 情 報 と し た.2台 の 計 算 機 は メ モ リ を 共 有 し,各 カ メ ラ よ り 得 ら れ た 二 次 元 位 置 情 報 を,1台 の 計 算 機 で 三 次 元 再 構 築 を お こ な っ た.ト ラ ッ キ ン グ は テ ン プ レ ー トマ ッ チ ン グ を 用 い マ ー カ ー を 追 従 し,連 続 し た 三 次 元 位 置 情 報 を 得 る こ と が で き た.マ ー カ ー は 直 径2mmの ス テ ン レ ス 性 の 真 球 を 用 い た が,高 速 度 カ メ ラ は 非 常 に 高 速 な た め 輝 度 の 高 い も の し か 認 識 で き ず,再 帰 性 反 射 材 を 真 球 に コ ー テ ィ ン グ し た.ま た,臓 器 反 射 に よ る 偽 ト ラ ッ キ ン グ を 予 防 す る た め に,3つ の マ ー カ ー が 三 角 形 の 頂 点 と な る よ う に 心 臓 表 面 に 固 定(7-0proleneで 縫 合)し,三 角 形 を マ ッ チ ン グ す る こ と に よ り テ ン プ レ ー ト マ ッ チ ン グ の 精 度 を 向 上 さ せ た(Fig.2)6)7)8)9).シ ス テ ム の 詳 細 は す で に 報 告 さ れ て い る 文 献 を 参 照 し て い た だ き た い6)7)8)9).キ ャ リ ブ レ ー シ ョ ン は 各 頂 点 に 再 帰 性 反 射 材 を 取 り付 け た 直 径2cmの 立 方 体 を 用 い,本 実 験 で はx軸 を ブ タ の 頭 側 か ら 尾 側 方 向,y軸 を 手 術 台 の 右 か ら 左 側 方 向,z軸 を 手 術 台 か ら 垂 直 に 上 方 向 と し た. 実 験 に 先 立 ち シ ス テ ム の 性 能 評 価 を 行 な っ た.1 μmの 精 度 の ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ(VEXTA SURUGA SEIKI,Japan)を 用 い 各 軸 の 誤 差 を 測 定 し た と こ ろ,

Fig.2  Fixing three markers to a target point (The left anterior descending coronary artery) under stabilization by Octopus 4.3.

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渡辺俊 樹/411●

Fig.3•@ Inspection of the system in each axis using three step-ping motors. Data presented as mean•}SD.

x軸:R2=0.9992±0.0005(n=5),y 軸:R2=0.9996 ±0.0001(n=5),z軸:R2=0.9987±0.0005(n=5) と満 足 す る 結 果 を え る こ と が で き た(Fig.3).ま た, こ の モ ー タ を 用 い マ ー カ を 一 定 速 度1.0mm/sで 動 か し 実 際 に 速 度,加 速 度 を 測 定 し た と こ ろ,速 度1.08 ±0.55mm/s(n=100),加 速 度0.006±0.005m/s2 (n=100)で あ っ た.平 均 フ レ ー ム 数 は480±16frames/ second(n=120),解 像 度 は,硬 性 鏡 先 端 か ら マ ー カ の 距 離 を10cmと し た 条 件 で70±6(n=20)μmで あ っ た. 2.2  In vivo実 験 ブ タ10頭(体 重52±13kg)を 用 い た.本 実 験 は 動 物 実 験 に 関 す る 指 針(日 本 動 物 実 験 学 会,Exp. Anim.36,285-288,1987)に 準 拠 し,す べ て の 操 作 は 可 能 な 限 り 愛 護 的 に 施 行 し た.ケ タ ミ ン(20mg/ kg),ア ト ロ ピ ン(1mg),ペ ン トバ ル ビ タ ー ル(30 mg/kg)を 筋 肉 注 射 し 鎮 静 を 得,耳 介 よ り末 梢 静 脈 ラ イ ン を 確 保 し た.気 管 切 開 に よ り気 道 確 保 し,機 械 的 陽 圧 喚 起(一 回 換 気 量10mL/kg,呼 吸 回 数20回/分, 吸 気 呼 気 比1:2)を 開 始 し た.麻 酔 は イ ソ フ ル レ ン ガ ス(0.5∼5%)と ペ ン トバ ル ビ タ ー ル の 間 欠 的 静 脈 注 射(10mg/kg/hour)で 維 持 し た.動 脈 圧 は 大 腿 動 脈 よ り連 続 で モ ニ タ し た.心 臓 は 胸 骨 正 中 切 開 で 露 出 し,ス ワ ン ガ ン ツ カ テ ー テ ル(Baxter Healthcare, Irvine,CA,USA)を 右 心 耳 よ り挿 入 し肺 動 脈 圧,右 房 圧,心 拍 出 量 を 連 続 で モ ニ タ し た.ま た,心 拍 数 は 体 外 式 ペ ー ス メ ー カ を 用 い て 一 定 と し た.洞 結 節 を 液 体 窒 素 で 冷 凍 凝 固 し,ペ ー シ ン グ ワ イ ヤ を 右 心 耳 に 固 定 し心 房 ペ ー シ ン グ で 心 拍 数 を120回/分 に 固 定 し た1)2). 対 象 と す る 冠 動 脈 は,左 冠 動 脈 前 下 行 枝(LAD), 右 冠 動 脈(RCA),左 冠 動 脈 回 旋 枝(LCX)と し,各 冠 動 脈 の 運 動 を 機 械 的 固 定 前 後 で 測 定 し た.固 定 器 具 は オ ク トパ ス4.3(Medtronic Inc.,Minneapolis,MN, USA)を 用 い,右 冠 動 脈 と左 冠 動 脈 回 旋 枝 を 測 定 す る 時 は,心 尖 部 吸 引 型 の 脱 転 器 具(Starfish; Medtronic Inc.,Minneapolis,MN,USA)を 用 い 心 臓 を 脱 転 し た. 実 際 の 手 術 で は,吻 合 が 困 難 と感 じ た と き に 吻 合 時 の み 数 秒 機 械 的 人 工 呼 吸 を 止 め る こ と が あ る.機 械 的 人 工 呼 吸 も 心 臓 表 面 運 動 に 大 き く影 響 し て い る と 考 え ら れ る た め,人 工 呼 吸 の あ る 群(ventilation group)と 測 定 中 人 工 呼 吸 を 停 止 し た 群(non-ventilation group)で の 比 較 検 討 も お こ な っ た.三 次 元 的 指 標 と し て 一 拍 移 動 距 離,最 大 速 度,最 大 加 速 度,最 大 減 速 度 を 各 冠 動 脈(LAD,RCA,LCX)で 算 出 し た. 2.3  デー タ の 統 計 処 理 数 値 は 平 均 ± 標 準 偏 差 で 示 し,統 計 処 理 はpaired t-testを 用 い,P<0.01を 有 意 差 あ り と し た.各 値 の 算 出 法 を 以 下 に 示 す. (1)一 拍 あ た り移 動 距 離: (2)最 大 速 度: (3)最 大 加 速 度: (4)最 大 減 速 度: (5)最 大 振 幅:

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=Max data-Min data of coordinate position of each axis at one beat 3. 結 果 実 際 に 得 られ た 三 次 元 位 置 情 報 よ り再 構 築 し た 左 冠 動 脈 前 下 行 枝(LAD),右 冠 動 脈(RCA),左 冠 動 脈 回旋 枝(LCX)の 運 動 の 軌 跡 をFig.4に 示 す.各 々 10秒 間 連 続 で記 録 した.上 段 に人 工 呼 吸 下,下 段 に 人 工 呼 吸 を 中 断 した 場 合 の 軌 跡 を示 した.人 工 呼 吸 下 で は 呼 吸 の影 響 を受 け 極 め て 複 雑 な動 き で あ る こ

Fig.4•@ A representative three dimensional reconstruction of cardiac surface motion at left anterior descending artery (LAD), right coronary artery (RCA) and left circumflex artery (LCX) under ventilation (Upper panel) and non-venti-lation (Lower panel). These trajectories are consecutive records of10seconds. The motions of each coronary artery are complicated.

Fig.5•@ Plots of planar motion in x-axis at the left anterior descending coronary artery before and after stabilization. Motion of the coronary artery was influenced by mechanical ventilation (low frequency motion pattern).

とが 分 か る が,人 工 呼 吸 を止 め た状 態 で も心 臓 表 面 は複 雑 な 運 動 を して い る こ とが 分 か る.ま たLADの X軸 に お け る軌 跡 をFig.5に 示 す.心 臓 拍 動 に よ る 波 形 と人 工 呼 吸 に よ る波 形 が 混 合 し て い る こ とが わ か る.最 大 振 幅(max amplitude),一 拍 あ た りの 移 動

Fig.6•@ Graphs of rate (%) of after stabilization compared with baseline. Baseline is value of before stabilization. Vertical bars are SD.*p<0.01compared with Max velocity in same group.**p<0.01compared with Max acceleration in same group.***p<0.01compared with Max deceleration in the

same group. Max amplitude and Distance of one cardiac cycle are significantly decreased after stabilization.

Fig.7•@ Move distance of one cardiac cycle (A), Max velocity (B), Max acceleration (C) and Max deceleration (D) after stabilization. There are no significant differences in all val-ues between ventilation and non ventilation. Vertical bars are SD.

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Fig.8•@ Break down in each axis of Move distance of one car-diac cycle (A), Max velocity (B), Max acceleration (C) and Max deceleration (D) after stabilization without ventilation. After stabilization, cardiac surface motion remained in all values especially at z-axis. Vertical bars are SD. *p<0.01 compared with Z-axis.

距 離(distance of one cardiac cycle),最 大 速 度(max velocity),最 大 加 速 度(max acceleration),最 大 減 速 度(max deceleration)を 算 出 し た と こ ろ,人 工 呼 吸 の 有 無 に か か わ らず,す べ て の 因 子 に お い て オ ク ト パ ス に よ る 固 定 に よ り固 定 前 に比 べ て 有 意 に 減 少 し て い た.し か し,振 幅 と一 拍 あ た りの 移 動 距 離 は20 %前 後 ま で 減 少 し て い る の に 対 し最 大 速 度,最 大 加 速 度,最 大 減 速 度 は40∼60%前 後 と有 意 差 を 認 め た(Fig.6). オ ク トパ ス に よ る 固定 後 の 人 工 呼 吸 に よ る 影 響 を Fig.7に 示 す.い ず れ の 冠 動 脈 も,ど の指 標 に お い て も 人 工 呼 吸 の 有 無 に お い て 有 意 差 は 認 め られ な か っ た も の の 増 加 傾 向 を 認 め た.次 に 固定 後 の 残 存 し て い る運 動 を軸 ご と に分 析 し比 較 検 討 をお こなっ た. 各 軸 間 で は,Z軸 に お い て 有 意 に 値 が 大 き い か,も し くは そ の 傾 向 が あっ た.こ れ は どの 冠 動 脈 で も 同 様 で あ り,オ ク トパ ス に よ る 固 定 後 も,心 臓 表 面 は Z軸 方 向 に よ り運 動 が 残 存 し て い た(Fig.8). 4. 考 察 心 拍 動 下 手 術 で は そ の外 科 的 難 易 度 を い か に 軽 減 して い くか が 重 要 で あ る.吻 合 の 難 易 度 を考 慮 す る と き,二 つ の 視 点 か ら考 え る必 要 が あ る と思 わ れ る. 一 つ は 吻 合 す る対 象 そ の も の の 動 き で あ り ,も う一 つ は 外 科 医 が 動 き に ど こ ま で 追 従 で き る か と いっ た 外 科 医 そ の も の の 内 因性 の 能 力 で あ る. 内 因 性 の 能 力 に つ い て はFittsの 法 則 に 代 表 さ れ る. 1954年,Fittsら は 動 い て い る 対 象 物 に 対 す る 外 科 医 の 追 従 性 の 関 係 を 報 告 し,対 象 と 外 科 医 の 距 離 が 短 く な れ ば な る ほ ど,ま た 対 象 が 大 き く な れ ば な る ほ ど,対 象 を と ら え る こ と は 容 易 に あ る と 述 べ た10). そ の 後,Jagacinskiら に よっ て,対 象 の 動 き の 速 度 が 増 す ほ ど,と ら え る こ と は 困 難 に な る と 修 正 さ れ た11).現 在 で は,対 象 の 運 動 が1HZ以 上 と な る と, 追 従 は 困 難 に な る と 報 告 さ れ て い る.こ れ は,心 拍 数60回/分 に 相 当 す る12)13)14)15).また,外 科 医 が 穿 刺 を す る 際 の 幾 何 学 的 な 解 像 度 の 限 界 は,100か ら 200μmで あ る と い わ れ て い る16).こ れ ま で 外 科 医 は,肘 を 固 定 し腕 を 安 定 さ せ る こ と や 拡 大 鏡 を 使 う な ど し て 外 科 医 自 身 の 能 力 の 限 界 を 向 上 さ せ,さ ら に 心 臓 を 停 止 さ せ る な ど し て,対 象 の 運 動 を こ の 限 界 の 範 囲 内 に な る よ う に し て き た と い え る. 他 方,対 象 そ の も の の 運 動 で あ る 心 臓 表 面 の 運 動 を 客 観 的,科 学 的 に 分 析 し た 報 告 は 非 常 に わ ず か で あ る.1996年,Borstら は ブ タ の 右 冠 動 脈 と 左 冠 動 脈 回 旋 枝 の 動 き を 機 械 的 固 定 前 後 で ア ナ ロ グ ビ デ オ カ メ ラ(50フ レ ー ム/秒)で 撮 影 し,心 臓 表 面 上 の マ ー カ ー を ビ デ オ フ レ ー ム ご と に 追 跡 し た17) .運 動 は 固 定 前 が10か ら15mm,固 定 後 は1.0か ら1.5mm の 範 囲 内 で あ る と報 告 し た が,二 次 元 の 解 析 で あ り, 時 間 的 解 像 度 も 不 充 分 で あっ た.2002年Detterら は orthogonal polarizations spectral imaging deviceを 用 い, 心 臓 前 壁 の 小 」血 管 の 移 動 を 測 定 す る こ と に よ り,心 臓 表 面 の 運 動 を 分 析 し た18).固 定 前 の 報 告 は な い が, 固 定 後 の 運 動 幅 は423.5±129.6μmで あ る と報 告 し た.シ ス テ ム の 構 造 上 左 前 下 行 枝 の 評 価 の み の 報 告 で あ り,ま た 三 次 元 的 な 分 析 も 不 可 能 で あっ た. 2003年,Koranskyら は,Digital sonomicrometryを 用 い は じ め て ブ タ 心 臓 表 面 運 動 を 三 次 元 で 分 析 し た. 固 定 前 後 で,運 動 幅 はx軸6.98±1.62mmか ら2.73 ±0 .64mm, .y軸6.47±1.12mmか ら3.48±0.89 mm,z軸7.90±1.82mmか ら3.99±1.32mm,最 大 速 度141.80±29.73mm/secか ら86.55±29.45mm/s, 平 均 速 度44.30±7.02か ら21.46±4.54mm/sと,ス タ ビ ラ イ ザ に よ つ て 有 意 に 減 少 す る と報 告 し た19). し か し シ ス テ ム の 構 造 上 対 象 は 左 冠 動 脈 前 下 行 枝 だ け で あ り,ま た,ヒ ト の 心 臓 へ の 適 応 は 不 可 能 で あ り,あ く ま で も 基 礎 的 研 究 で あっ た.2004年, Cattinら は 心 臓 表 面 運 動 を 三 次 元 的 に 分 析 す る た め に 心 臓 表 面 は1台 の デ ジ タ ル ビ デ オ カ メ ラ で 撮 影 し, 垂 直 方 向 は レ ー ザ セ ン サ で 測 定 を 試 み た20).固 定 後 の 運 動 幅 は 心 臓 表 面(xy平 面)で は0.22か ら0.81

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mm,垂 直 方 向(z軸)は0.5か ら2.6mmで あっ た. 最 も新 し い 報 告 で は,2005年 にLemmaら は2台 の デ ジ タル ビ デ オ カ メ ラ(50フ レー ム/秒)を 用 い 立 体 視 の 原 理 を 利 用 し ブ タ 心 臓 の 左 冠 動 脈 前 下 行 枝, 右 冠 動 脈,左 冠 動 脈 回旋 枝 の 運 動 を三 次 元 的 に再 構 築 し た21).運 動 幅 は1.5か ら2.4mmと 報 告 し て い る が,軸 ご と の分 析 は 報 告 され て い な い. こ れ ま で の先 行 研 究 か らの 課 題 は,(1)時 間 的 解 像 度 が い ず れ も 不 充 分 で あっ た.(2)冠 動 脈3領 域 を測 定 す る こ と が 不 可 能 で あっ た.(3)動 物 で は な く ヒ ト 心 臓 で の測 定 を想 定 し て い な い こ と な どが,あ げ ら れ る.こ れ ら の課 題 を 同時 に解 決 す る必 要 が あっ た. 今 回 わ れ わ れ が 開 発 した シ ス テ ム に は,こ れ ま で の 報 告 と 比 較 し,い くつ か の 利 点 が あ る.第 一 に, リ アル タ イ ム で ど の 冠 動 脈 の 三 次 元 運 動 も測 定 す る こ とが 出来 る.第 二 に,軸 を 自 由 に設 定 で き る の で, 各 冠 動 脈 問 の 比 較 が 可 能 で あ る.第 三 に,硬 性 鏡 を 使 用 して い る た め,対 象 に 接 近 し解 像 度 を あ げ る こ とが 可 能 で,ま た 滅 菌 可 能 で あ る た め 実 際 の 人 で の 手 術 に も応 用 可 能 で あ る.第 四 に,秒 間400フ レー ム 以 上 の 三 次 元 座 標 デ ー タ を保 存 可 能 で あ り,よ り 詳 細 な 分 析 が 可 能 で あ る と 同 時 に,心 臓 シ ミュ レー タ,心 臓 手 術 の ト レー ニ ン グモ デ ル な どへ の デ ー タ の利 用 が 可 能 で あ る. ま た,本 実 験 の 結 果 か ら,人 工 呼 吸 に よ り心 臓 表 面 運 動 が 影 響 を 受 け て い る こ と は予 想 の範 囲 内 で あ つ た が,他 に い くつ か の 新 た な知 見 を得 る こ とが で き た.第 一 に,心 臓 表 面 の 運 動 は 開 胸 時 に は,3領 域 と も 手 術 台 に対 し 垂 直 方 向 に よ り動 い て い た.こ れ は,ス タ ビ ラ イ ザ を 用 い 心 臓 表 面 を 固 定 し た 後 も 認 め られ た.心 臓 表 面 に対 し垂 直 方 向 に動 く と予 想 し て い た が,実 際 は手 術 台 に対 し垂 直 方 向 に動 い て い た.こ れ は,心 臓 背 面 の壁 側 胸 郭 に 対 す る反 動 力 の影 響 が 大 きい と考 え られ る.今 後 こ の垂 直 方 向 に 残 存 し た 心 臓 表 面 運 動 を よ り減 少 させ る よ うス タ ビ ラ イ ザ を改 良 し て い く必 要 が あ る.第 二 に,ス タ ビ ラ イ ザ に よ る 固 定 は,各 軸 方 向 の 振 幅,一 拍 あ た り の移 動 距 離,最 大 速 度,最 大 加 速 度,最 大 減 速 度 の い ず れ も有 意 に 減 少 させ て い た が,最 大 速 度,最 大 加 速 度,最 大 減 速 度 は,振 幅 と一 拍 あ た りの 移 動 距 離 に く らべ そ の減 少 率 は有 意 に 低 かっ た.先 行 研 究 で は振 幅 は30か ら50%,最 大 速 度 は60か ら70% で あ り,本 実 験 で は初 め て 各 冠 動 脈 領 域 す べ て測 定 し た が,ほ ぼ 同様 の結 果 で あっ た.こ れ は,動 き の 幅 は小 さ い が 速 く突 発 的 な 運 動 は残 存 し て い る こ と を 表 して い る と考 え られ る.第 三 に,ス タ ビ ラ イ ザ に よ る 固 定 後 は,心 臓 表 面 の 運 動 は,人 工 呼 吸 の あ る群 と人 工 呼 吸 を停 止 させ た 群 とす べ て の 因 子 に お い て 有 意 差 が な い こ と か ら,ス タ ビ ライ ザ は人 工 呼 吸 に よ る運 動 を 比 較 的 良 好 に 固 定 し て い る と考 え ら れ た. 5.  結 語 今 回 開 発 し た シ ス テ ム に よ り,心 臓 表 面 運 動 解 析 にお け る 問 題 点 で あっ た 以 下 の3点,(1)時 間 的 解 像 度 が 不 充 分,(2)冠 動 脈3領 域 を測 定 す る こ とが 不 可 能,(3)ヒ ト心 臓 へ の 応 用 が 不 可 能 で あ る こ と を解 決 し た.同 時 に,オ ク トパ ス とい う固 定 器 具 に は手 術 台 か ら垂 直 方 向 の 動 き が 残 存 す る こ と と,最 大 速 度, 最 大 加 速 度 な どで 示 され る速 く,突 発 的 な運 動 が 残 存 す る と い う問題 点 が あ る こ とが 示 され,今 後 の 改 良点 が 明 らか となっ た. 文 献

1) Bel A, Perrault LP, Faris B, Mouas C, Vilaine JP, Menasche P.Inhibition of the pacemaker current: a bradycardic thera-py for off-pump coronary operations. Ann Thorac Surg 1998; 66: 148-52.

2) Gulielmos V, Kappert U, Eller M, Sahre H, Alexiou K, Georgi C, et al. Improving hemodynamics by atrial pacing during off-pump bypass surgery. Heart Surg Forum2003; 6 (6): 179-82.

3) Yukio K, Kageharu K, Kazufumi M, Shimoji M, Tooru U, Katuya A, et al. Management of the Heart Rate during Coronary Artery Bypass Grafting on the Beating Heart: Newly Devised Methods of Decreasing Heart Rate-A Preliminary Report. Ann Thorac Cardiovasc Surg2001; 7: 358-67.

4) Robinson MC, Thielmeier KA, Hill BB. Transient Ventricular Asystole Using Adenosine During Minimally Invasive and Open Sternotomy Coronary Artery Bypass Grafting. Ann Thorac Surg1997; 63: S30-4.

5) Jansen E, Grundeman P, Borst C, Eefting F, Diepuis J, Nierich A, et al. Less invasive off-pump CABG using a suc-tion device for immobilizasuc-tion; the 'octopus' method. Eur J Cardiothorac Surg1997; 12: 406-12. 6) 樋 原 直 之, 小 林 祐 樹, 岡 田 昌 史, 中 村 仁 彦. 臓 器 運 動 補 償 機 能 を も つ 双 腕 マ ス タ ー ス レ ー ブ 手 術 ロ ボ ッ トシ ス テ ム. 日本 機 械 学 会 ロ ボ テ ィ ク ス メ カ ト ロニ ク ス 講 演 会'02講 演 論 文 集, 2002: 1P1-D10. 7) 織 田村 元 樹, 岡 田 昌 史, 中 村 仁 彦. 高 信 頼 性 ・高 安 全 性 外 科 手 術 支 援 ロ ボ ッ トシ ス テ ム の 構 築. 第21回 日本 ロ ボ ッ ト学 会 学 術 講 演 会 予 稿 集, 2003; 2F14. 8) 織 田村 元 樹, 岡 田 昌 史, 中 村 仁 彦. 高 信 頼 性 ・高 安 全 性 外 科 手 術 支 援 ロ ボ ッ トシ ス テ ム の 設 計. 第12回 日本 コ ン ピ ュ ー タ外 科 学 会 大 会 論 文 集, 2003: 123-124.

9) Nakamura Y, Kishi K. Robotic stabilization that assists car-diac surgery on beating hearts. Stud Health Technol Inform. 2001; 81: 355-61.

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渡辺俊 樹/415●

10) Fitts PM, Peterson JR. Information capacity of discrete motor responses. J Exp Psychol1964; 67: 103-12. 11) Jagacinski RJ, Repperger DW, Moran MS, Ward SL, Glass

B. Fitts' law and the microstructure of rapid discrete move-ments. J Exp Psychol1980; 63: 309-20.

12) Kunesch E, Binkofski F, Freund HJ. Invariant temporal characteristics of manipulative hand movements. Exp Brain Res1989; 78: 539-46.

13) Robert W. Selection and Control of action. In: Salvendy G, editor. Handbook of human factors and ergonomics. 3rd ed. Hoboken: John Wiley and Sons, 2006; 89-110.

14) Jacobs S, Holzhey D, Kiaii BB, Onnasch JF, Walther T, Falk V, et al. Limitation for manual and

telemanipulator-assisted motion tracking-implications for endoscopic beat-ing-heart surgery. Ann Thorac Surg2003; 76: 2029-36. 15) Falk V. Manual control and tracking-a human factor

analysis relevant for beating heart surgery. Ann Thorac Surg 2002; 74: 624-8.

16) Taylor RH, Jensen P, Whitcomb LL, Barnes A, Kumar R, Stoianovici D, et al. A steady-hand robotic system for microsurgical augmentation. Rob Res1999; 12: 1201-10. 17) Borst C, Jansen EW, Tulleken CA, et al. Coronary artery

bypass grafting without interruption of native coronary flow using a novel anastomosis site restraining Device

("Octopus"). J Am Coll Cardiol1996; 27: 1356-64. 18) Detter C, Deuse T, Christ F, Boehm DH, Reichenspurner

H, Reichart B. Comparison of two stabilizer concepts for off-pump coronary artery bypass grafting. Ann Thorac Surg 2002; 74: 497-501.

19) Koransky ML, Tavana ML, Yamaguchi A, Kown MH, Miniati DN, Robbins RC, et al. Quantification of mechani-cal stabilization for the performance of off-pump coronary artery surgery. Heart Surg Forum2003; 6 (4): 224-31. 20) Cattin P, Dave H, Grunenfelder J, Szekely G, Turina M,

Zund G. Trajectory of coronary motion and its significance in robotic motion cancellation. Eur J Cardiothorac Surg 2004; 25: 786-90.

21) Lemma M, Mangini A, Redaelli A, Acocella F. Do cardiac stabilizers really stabilize? Experimental quantitative analy-sis of mechanical stabilization. Interactive Cardio Vascular and Thoracic Surgery2005; 4: 222-26.

参照

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