Cross-platform integration of robotic intraoperative ultrasound using system-agnostic drop-in probes: technical feasibility and workflow standardization

技術要約：ロボット術中超音波のクロスプラットフォーム統合

問題提起
術中超音波（IOUS）は、低侵襲手術におけるリアルタイムの画像ガイダンスのための重要なツールであるが、そのロボットワークフローへの統合は依然として断片的である。現在のソリューションは、多くの場合、独自のプラットフォーム固有のプローブに依存しており、それがスケーラビリティを制限し、異なるロボットシステム間でのスキルの転移を妨げている。従来の腹腔鏡下超音波プローブの硬いシャフトは、取得角度を制約し、体腔内での操作を困難にしている。「ドロップイン」プローブ（柔軟なケーブルとロボット鉗子用のクリップを備えたもの）は解決策を提示するものの、多様なロボットアーキテクチャにわたる標準化されたシステム非依存のワークフローの欠如が、ロボット術中超音波（RIOUS）の広範な普及への障壁となっている。単一の手順フレームワークが、アーキテクチャの異なる複数のマルチポート・ロボットプラットフォームに対して、システム非依存のハードウェアを用いて成功裏に適用できるかどうかを判断する必要がある。

方法論
この技術的実現可能性調査は、フランスのストラスブールにあるIRC細胞（IRCAD）研究トレーニングセンターにおいて、腹部超音波ファントムを用いた非臨床的な実験環境下で実施された。本研究では、4つの異なるマルチポート・ロボット手術システムにおいて、標準化された6ステップのRIOUSワークフローの再現性を評価した：

1. da Vinci Xi（Intuitive Surgical社）
2. Hugo™ RAS（Medtronic社）
3. Toumai（MicroPort® MedBot™）
4. hinotori™（メディカロイド株式会社）

装置およびプロトコル：

• 超音波装置： ARIETTA 750VE（富士フイルムヘルスケア株式会社）。
• プローブ： 2種類のシステム非依存のドロップイン・リニアプローブ（L4K [12–2 MHz, 26 mm footprint] および L51K [15–3 MHz, 13 mm footprint]）をテストした。両者は、標準的なロボット鉗子用に設計された柔軟なケーブルとクリップを備えている。
• ファントム： 現実的なトロッカー構成と解剖学的構造をシミュレートするため、ボックストレーナー内に設置された検証済みのUS-3 IOUSFAN腹部ファントム。
• ワークフロー： すべてのプラットフォームに対して同一の構造化された6ステップ・プロトコルを適用した：
  1. ロボットカートおよびコンソールに対する超音波装置の配置。
  2. 起動前安全チェック（プローブの取り付け、ケーブルのルーティング、アームの干渉）。
  3. トロッカー構成（追加の12mmアクセサリートロッカーを利用）。
  4. 内視鏡による直接視野下でのプローブ挿入。
  5. コンソール構成および画像表示の統合。
  6. 標準的なロボット鉗子を用いた器具の選択およびプローブ操作。

主な結果
本研究は、標準化されたRIOUSワークフローが、評価された4つすべてのプラットフォームにおいて実現可能であり、再現可能であることを示すことに成功した。

• ハードウェア統合： 両方のドロップインプローブは、プローブの脱落、ケーブルの絡まり、またはロボットアームの干渉を起こすことなく、すべてのシステムにおいて体腔内への挿入および操作が可能であった。より狭い空間では小型のL51Kプローブが利点を示し、大きな構造物に対してはL4Kが優れた画質を提供した。
• 画像表示： すべてのシステムにおいて、リアルタイムのBモード画像が執刀医のコンソールに表示されたが、統合方式は異なっていた：
  • da Vinci Xi： ネイティブのTilePro™を利用し、同時分割表示を実現。
  • Hugo™ RAS： コンソールに隣接する補助モニターに信号を送信するために、Touch Surgery™ DS1エコシステムを用いた外部ワークフローが必要。
  • Toumai： 内視鏡ビュー上に超音波を重ね合わせるネイティブのPicture-in-Picture（PiP）機能を使用。
  • hinotori™： システムタワー接続を介した分割表示またはトリプルビュー機能を採用。
• 器具： すべてのプラットフォームにおいて、標準的なロボット器具を用いた安定した把持および操作が達成された。特定の推奨される鉗子はシステムごとに異なったが（例：da Vinci XiではMaryland bipolar forceps、Hugo RASおよびToumaiではCadiere forceps）、2種類のプローブモデル間でのクリップのグリップ安定性に有意な差は見られなかった。
• 一貫性： コアとなる手順（装置の配置、トロッカー戦略、プローブ挿入）はシステム間で一貫していたが、差異は部屋のレイアウト、可視化モダリティ、および特定の器具の好みに限定されていた。

主要な貢献

1. 初のマルチプラットフォーム実証： 本研究は、同一の実験条件下で、4つの異なるアーキテクチャを持つロボットシステムを用いて行われた、初のRIOUSワークフローの技術的デモンストレーションである。
2. 標準化されたプロトコル： 本研究は、各システムの技術的な特殊性に対処しつつ、共通の手順フレームワークを維持する、再現可能なシステム非依存の6ステップ・プロトコルを確立した。
3. システム非依存の生存能力： 本研究は、システム非依存のドロップインプローブがクロスプラットフォーム間のスキル転移を促進できることを検証しており、各ロボットメーカー向けの専用ハードウェアを開発する経済的および技術的負担を軽減するものである。
4. 教育リソース： 本研究は、各プラットフォームの完全なワークフローを記録した4つの構造化されたビデオベースのリファレンスマテリアルを作成し、外科医のトレーニングおよびロボット手術カリキュラムへのRIOUSの統合を支援することを目的としている。

意義および主張
本論文は、再現可能なシステム非依存のRIOUSワークフローは技術的に実現可能であると主張しており、これは、ロボット超音波の操作に関する習熟度が、完全に別個の学習カリキュラムを必要とすることなく、異なるロボットシステム間で転移可能であることを示唆している。この知見は、術中超音波の採用を制限する「プラットフォーム固有のサイロ」の形成を防ぎ、この分野における重要なギャップに対処するものである。

著者らは、本研究が、遠隔操作者が画像ガイダンスの下でドロップインプローブを操作し、その間に主執刀医が手術を行うという、将来の**遠隔手術（telesurgery）および遠隔メンタリング（tele-mentoring）**への応用における手順上の基礎を築くものであると強調している。さらに、本研究は、RIOUSが組織特性の評価や病変の局在化のための追加の視覚情報層を提供することで、ロボット手術における触覚フィードバックの欠如を部分的に補完できる可能性があると断じている。

著者らは、本研究がファントムモデルに限定されており、シングルポートシステムや正式な遠隔手術シミュレーションを含んでいないことを認め、主張に対して謙虚な姿勢を保っている。彼らは、手順フレームワークは転移可能であるが、超音波解釈スキルのクロスプラットフォーム間の転移可能性については、さらなる正式な調査が必要であると強調している。本研究は、標準化されたビデオ記録とシステム非依存のハードウェアが、協調的な画像誘導下ロボット手術への実践的な一歩となることを結論付けている。