現代の外科手術技術には、手先の器用さと外科解剖学に対する深い理解が求められます。患者へのリスクを最小限に抑えるためには、多大な訓練努力が必要です。従来、外科手術の訓練は主に人体標本に基づいて行われてきましたが、これには倫理的および経済的な制約がますます顕在化しています。
バーチャルトレーニングシミュレーターは、こうした限界を克服するだけでなく、特に若手研修医にとってさらなる利点をもたらします。手術の難しい部分について、特別な準備や使い捨て材料を必要とすることなく、いつでも何度でも繰り返し練習することができます。また、さまざまな可視化技術を用いることで、リスクのある解剖学的構造の位置をより深く理解することが可能です。さらに、自動評価機能により、トレーニングの進捗状況をモニタリングし、学習曲線として可視化することができます。
方法
VOXEL-MANシミュレーターは、医療画像処理、バーチャルリアリティ、およびロボティクスの手法に基づいています。実際のCTデータをもとに、患者のモデルがコンピュータ内で作成され、画面上に3次元で表示されます。手術器具はハプティックデバイスを使用して操作されます。そのハンドピースは空間内で自由に動かすことができます。特許取得済みのハプティックレンダリング技術により、器具と患者との接触が直接感知されるため、例えばわずかな凹凸も非常に正確に感知でき、器具にかかる圧力を調整しながら処置を行うことが可能です。模擬出血や吸引機能により、両手を使った手術の練習も行えます。
手術部位や手術器具の再現には、振動やドリルの音も組み込まれています。これにより、仮想患者に対する手術は、視覚的、触覚的、聴覚的な面で実際の手術に極めて近い体験となります。
すべてのVOXEL-MANシミュレーターは、ハンブルク・エップエンドルフ大学医療センター（UKE）やその他の主要病院の臨床パートナーと緊密に連携して開発されています。
用途
当社が市場に初めて投入した手術シミュレーターは「VOXEL-MAN TempoSurg」でした。2011年以降に導入された第2世代のラインナップには、「VOXEL-MAN ENT」が含まれており、これには中耳への外科的アプローチを行う「VOXEL-MAN Tempo」モジュールと、内視鏡下副鼻腔手術を行う「VOXEL-MAN Sinus」モジュールがあります。「VOXEL-MAN My Cases」を使用すると、CT画像から臨床症例をシステムにインポートし、トレーニング用症例として準備することができます。歯科分野では、「VOXEL-MAN Dental」が利用可能です。これは、さまざまな歯の形成処置に加え、インプラント治療や根尖切除術も網羅しています。「VOXEL-MAN 3D Printing」を使用すれば、仮想患者の3Dプリントモデルを、術前、術後、さらには術中においても作成することができます。最新の開発製品は、内科分野における腹部超音波および内視鏡下超音波（EUS）のトレーニング用「VOXEL-MAN Sonography」です。
現在、VOXEL-MANのシミュレーターは、世界中の大学や公立・私立病院で使用されています。当社のトレーニング用シミュレーターの有効性は、数多くの独立した検証研究によって実証されています。
注記
当社のシミュレーター事業は2025年に売却され、現在は関与しておりません。VOXEL-MANシミュレータにご興味をお持ちの方は、メーカーに直接お問い合わせください。写真は、ハンブルクのChristian Stelling Photographyより提供いただきました。
参考文献
- Eike Burmester, Ulf Tiede, Andreas Pommert: Sono meets VOXEL-MAN. Ultraschall in der Medizin 45 (S 01), 2024, S10 (abstract).
- Rudolf Leuwer, Andreas Petersik, Bernhard Pflesser, Andreas Pommert, Boris Tolsdorff, Karl Heinz Höhne, Ulf Tiede: VOXEL-MAN TempoSurg: A virtual reality temporal bone surgery simulator. Journal of the Japan Society for Head and Neck Surgery 17 (3), 2007, 203-207.
- Philipp Pohlenz, Alexander Gröbe, Andreas Petersik, Norman von Sternberg, Bernhard Pflesser, Andreas Pommert, Karl Heinz Höhne, Ulf Tiede, Ingo Springer, Max Heiland: Virtual dental surgery as a new educational tool in dental school. Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery 38 (8), 2010, 560-564.
- Boris Tolsdorff, Andreas Petersik, Bernhard Pflesser, Andreas Pommert, Ulf Tiede, Rudolf Leuwer, Karl Heinz Höhne: Individual models for virtual bone drilling in mastoid surgery. Computer Aided Surgery 14 (1-3), 2009, 21-27.
- Boris Tolsdorff, Andreas Pommert, Karl Heinz Höhne, Andreas Petersik, Bernhard Pflesser, Ulf Tiede, Rudolf Leuwer: Virtual reality: A new paranasal sinus surgery simulator. Laryngoscope 120 (2), 2010, 420-426.
- Norman von Sternberg, Mirko S. Bartsch, Andreas Petersik, Jörg Wiltfang, Wiebke Sibbersen, Torsten Grindel, Ulf Tiede, Patrick Warnke, Max Heiland, Paul A. J. Russo, Hendrik Terheyden, Philipp Pohlenz, Ingo Springer: Learning by doing virtually. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery 36 (5), 2007, 386-390.