原理:物体はすべて固有の振動数(共鳴周波数)を有している。共鳴周波数f0(Hz)で振動している物体が物質Xに接触すると、周波数が変化し新たな共鳴周波数fx(Hz)で振動する。この変化(f＝fx-f0)は音響工学上、物質Xの硬さと相関する。この原理を基本に、f値(Hz)により物体の硬さを定量できるセンサーを開発した。

　Sensor systemの構造:胸腔鏡下手術仕様のsensor probe(touch sensor)は長さ350mm、最大径7.5mmで内径10mmのtrocarから胸腔内に誘導できる。probeの先端に直径3mmの球上のsensor tipが装着されprobeに内臓された92kHzの共鳴周波数を持つPiezoelectric transducer(PeT)と一体化している。sensor tipが物体に接触したとき生じるf(PeTの共鳴周波数の変化)をPeTに隣接したvibration detectorが感知し増幅器に信号を送る。増幅器は変化した共鳴周波数でPeTを振動させる。このフィードバック回路によりPeTを持続的に振動させることができる。

　f値は連続的にFrequency counterで計測され,コンピューター画面上に縦軸を周波数,横軸を時間(秒)としてf曲線が描かれる。

　腫瘤探査法:sensor tipを軽く肺にあて、そのまま肺表面をゆっくり滑るように動かすと、f曲線は肺組織固有の硬さを示す値(約-800Hz)を推移しながら平坦に描かれたが、probeが周囲組織より硬い腫瘤上を通過すると、f曲線が突然上方(硬い方)に偏位するのが観察された。このf曲線におけるSudden Upward Jump(SJ)の出現により腫瘤の位置を知ることができた。(図1)

(図1)f曲線上に出現するsudden upward jump説明本文参照

　豚切除肺にシリコンボールを埋め腫瘤探査のシミュレーションをおこなった。腫瘤モデルとして直径3,6,10mmの3種類のシリコンボールを作成し、それぞれを完全虚脱した切除肺内において深さ3,5,8,10mmの部位に埋め探査した。

　1994年8月から1995年1月まで13例、計15個の腫瘤に応用した。4個が転移性、11個が診断未確定腫瘤で、1個を除き術前胸部X線写真,CTスキャンで確認された。(表1)

図表

　胸腔鏡下、sensor probeを径10mmのトロッカーから胸腔内に誘導し胸腔内の種々の構造物に触ってそれぞれの硬さを測定した後、前述した方法で腫瘤を探査した。

　小腫瘤と肺内気管支との鑑別を目的としてneedle sensorを開発した。基本原理はtouch sensorと同じであるが、球状のtipの代りに直径0.5mm、長さ21mmの針が装着されセンサー機能を有する先端1mmの部位に接した物体の硬さを測定できる。needle sensorを用い8個の腫瘤および計4葉のヒト肺切除標本内の気管支(n＝12)を胸膜を穿刺して直接触知し、腫瘤と気管支の硬さの固有値を測定して両者を比較した。8個の腫瘤の内訳は腺癌2個、扁平上皮癌1個、転移性腫瘍2個、結核腫2個、過誤腫1個であった。

　直径6,10mmのシリコンポールは深さ10mmの部位に至るまでf曲線上SJを認めたが、深部に位置すればするほどSJの高さは減少する傾向にあった。最小径3mmの腫瘤は深さ8mmの部位までf曲線上SJを認めた。

　胸腔鏡下に8症例で測定した種々の胸腔内構造物のf値は、食道:-896±21Hz,下大静脈:-818±19Hz、虚脱肺:-794±30Hz,下行大動脈:-432±72Hz,気管軟骨:-81±30Hzであった。(図2)

(図2)胸腔内構造物のf値説明本文参照

　15個の腫瘤のうち5個は胸腔鏡下腫瘤の存在位量を示唆する軽度の胸膜面の隆起を認めたが、他10個の腫瘤が存在する区域の表面は平坦で視診上存在位置を確認することはできなかった。また4例において術中患側肺の完全虚脱が得られなかった。術前胸部X-p、CTスキャンで認められなかった1個を含めすべての腫瘤の位置を確認し、肺部分切除術にて腫瘤を摘除した。未確定診断腫瘤はすべて術中迅速病理診断で確定し、腺癌であることが判明した1例は開胸術に移行し、肺葉切除およびリンパ節郭清術を施行した。(表2)

図表

　4肺葉切除標本内の気管支(n＝12)および切除標本内の8腫瘤はすべて経胸膜的に穿刺、触知することができた。胸膜の損傷は軽微であった。f値は気管支が-64±46Hz,腫瘤が-526±168Hzで有意に異なっており(P<0.001)、両者の硬さの固有値をneedle sensorで確認することにより両者の識別が可能であった。(図2)