形成外科でのCAE活用と今後の展望

永竿先生 : 臨床医になって10年弱だった頃、最初は有限要素法について勉強し、構造解析の知識を学びました。私はもともと数学が好きだったので、仕組みを理解してから実際のソフトウェアをいじるようにしていきました。

医学から工学というと、かなり飛躍というか全く別の分野と思われているきらいがあるのですが、そういった分野に関する先入観がないと、医学でも極めて工学的な発想をします。例えばこれ、ご覧になって分かりませんか。

頬骨骨折例でここのところが折れて、こちらは明らか落ちてしまっていますよね。だから、この骨を元の位置に戻して止めなければなりません。止めるには、ミニプレートという、小さなネジを使うのですが、建築を行う際でも、適当にくぎを打ったらそこの柱が崩れたりしますよね。

頬骨骨折固定応力解析

それと同じことが骨でも起こります。例えば骨を戻してここにプレートで止めるとします。ところがこの骨も黙ってここにいられるわけではなく、周りに筋肉でついていますし、皮膚によって圧力も受けます。だからせっかく止めてもネジが外れたり、ネジとともに固定した小さなプレートが少し曲がってしまうことはよくあります。これを「技術者の経験」とか「きちんと手術をすればそうはならない」という方もいるのですが、私は誰がやっても良くなる手術方法を開発しなければならないと思っています。
頭蓋骨の部分をネジとプレートで止めるときは、建築でドアを作るときの蝶番と同じような感じで、このような論議は医学の学会でもよくされています。しかし、それに関する客観的なエビデンスを与えようという試みは出ていませんでした。ご年配の先生が経験から「これはこうじゃなきゃ駄目」とか「ネジは太いものを使わないといけない」と言っても、僕はかなりそれに反発を感じていました。

同じネジを使うにしても、直径が2ミリのネジと4ミリのネジだと、患者さんにとっての負担が全然違います。
直径が太いネジを打つと、あとで気になりますし、そのネジを使うためには1センチで済む傷を3センチにしなければなかったりします。

手術で骨の位置を元に戻して、固定するのは、まさに大工さんと同じ発想なので、医学とか工学とか、そういう先入観をなくして考えた場合には極めて自然なことなのです。医学からよく工学にジャンプをしますねと、よく言われるのですが、考えてみると当たり前のことなのです。手術を勘に頼っている人たちもいますが、テクノロジーが発展している現代では、人体は住宅やマンション以上に、より緻密に計画が練られてしかるべきではないでしょうか。顔の骨を整復する上でも効率的に少ない固定部位で固定するってことは必要なのです。

私の専門分野で漏斗胸という病気があります。漏斗胸の本質はあばらの変形です。凹んでいる肋骨を治すのですが、患者のCT画像から3Dモデルを作成し3Dプリンティングする場合も骨と軟骨の部分の素材を分けて作成します。

何番目の骨を外せば、うまく骨全体が上がってくるのかを手術の前に検討し、決めなければいけません。だから形を変えるという点では、医師が行っていることと大工さんが建築で行っていることは、ほとんど同じなので、建築でCADが使えるのと全く同じような意味で医療でもCAEが有用だということです。

また唇裂という病気も割と多く500人に1人くらい発症しているのですが、これもどうやって治すかっていうと、手術でもちろん治すんですが、手術方法に関して昔から発展してきて、いろんな方法があるんです。単純に考えると縫えばいいように思うかもしれないけれど、無理やり縫っても傷が開いたりするんです。だからどういうふうにデザインして皮膚を縫うかっていうことが昔から研究されてるんです。