【分析】神経制御分野における3Dプリント技術の応用

2007年、神経調節は科学、医学、バイオエンジニアリングを組み合わせた分野であり、移植可能または非移植可能な手段を通じて中枢神経系と末梢神経系を調節し、神経機能を回復して患者の生活の質を向上させます。近年、神経調節技術は、神経系の損傷、慢性疼痛、膀胱や胃腸の機能障害などの疾患に広く使用されています。その中で、仙骨神経調節は、切迫性尿失禁、切迫性頻尿症候群、非閉塞性尿閉の治療に承認されている、埋め込み型でプログラム可能な仙骨神経調節システムです。現在までに、世界中で何十万人もの患者がこの治療を受けています。
「第3次産業革命」の重要なシンボルの1つとして知られる3Dプリント技術は、コンピューターデジタルイメージング技術とマルチレベル連続印刷に基づく新興のラピッドプロトタイピング技術です。近年、精密医療やパーソナライズ医療の概念が導入され、医療分野での3Dプリント技術の応用がますます広まっています。 Waranらは、3Dプリント技術を使用して医療モデルの印刷や教育用の頭蓋骨モデルの作成ができると報告しました[1]。 Matthewらは、CTの3次元再構成と3Dプリント技術を使用して、小児の肩甲骨腫瘍のモデルを作成し、医師の術前疾患分析を支援しました。現在、3Dプリントモデルはさまざまな材料を使用して印刷されており、整形外科用医療機器、生体組織、臓器に使用できます。その応用展望は非常に広いです。

では、3Dプリント技術は仙骨神経調節の分野に応用できるのでしょうか?仙骨孔の正確な穿刺位置決めは、仙骨神経治療手術における最も重要なステップの1つです。現在、臨床現場では、穿刺は通常、CアームX線位置決めのガイドの下で完了します。仙骨の仙骨孔の解剖学的位置は個人差があり、人間の仙骨孔のサイズはわずか2mmであるため、仙骨神経治療における穿刺の正確な位置決めは非常に難しく、時間がかかり、手術の難易度が高くなります。

2016年12月、上海交通大学付属仁済病院泌尿器科は世界で初めて3Dプリント技術を仙骨神経治療に応用することに成功した[3]。この研究では、仙骨神経調節手術を受けた患者12名を選び、ランダムに5例の対照群と7例の実験群に分けました。対照群は、X線透視下での従来の交差位置決め法を使用し、実験群は3Dプリント技術を使用して、パーソナライズされた穿刺ナビゲーションテンプレート位置決め法を製造しました。患者は検査前に3点固定位置決め法を受け、体表面に3つの不透明なマークを人工的に形成し、ナビゲーションテンプレートの配置による偏差を防ぐために特殊な染料でマークしました。必要な部分の CT データを取得するために、手術前に仙骨と尾骨の CT スキャンを実施しました。 CTデータを処理して対応する軟部組織と骨組織のデータを取得し、これに基づいて手術で使用する穿刺ナビゲーションテンプレートの3次元設計を取得し、3Dプリンターで印刷して（図1）、S3針穴に正確に位置決めします。

図1：3Dプリント技術次に、2つの患者グループ間で穿刺回数、穿刺に要した時間、術後感染などの術後合併症を比較して臨床効果を評価しました。結果は表1に示されています。両グループの患者は創傷感染なしで手術を完了しました。実験グループの穿刺回数、穿刺成功時間、術中調節テスト時間は、対照グループよりも有意に短かったです。この研究の結果は、3D プリント技術を仙骨神経調節手術に適用することの実現可能性と有効性を示唆し、仙骨神経調節の正確で個別化された治療の方向性を示しています。
表1: 対照群と実験群における手術中の臨床指標の統計

3D プリント技術は神経学の分野で幅広い応用の可能性があることを示す研究が増えています。 2017年、MG Tavernerらは、重度の脊柱側弯症や骨粗しょう症の患者に最適な治療法を模索するため、神経調節の分野に3Dプリントを応用しました。まず、3Dプリント技術を用いて脊髄CTスキャン画像を3Dモデル化しました（図2）。このモデルを基に、T12/L1位置に脊髄刺激実験を行うのに十分なスペースがあることがわかりました。フェーズ I 実験の結果、脊髄刺激により患者の座る、立つ、歩く、家事、社会的な行動が大幅に改善されたことが示されました。永久インプラント後、患者の痛みもある程度軽減されました。

図2: 3Dモデル
医療分野における 3D プリント技術の応用は目覚ましい成果を上げています。3D プリント技術は、パーソナライズされた医療用品の製造に使用できます。デジタル医療と新材料技術の段階的な発展に伴い、神経調節分野における3Dプリント技術の応用展望は広がるでしょう。

出典: ニューロモジュレーション

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