Ontwikkelingen die bij de TU Delft worden onderzocht, zoals minimaal invasieve chirurgie en geautomatiseerde monitorsystemen verlichten de werkdruk van medisch personeel en verminderen de belasting van patiënten. Tevens wordt de keuzevrijheid en zelfredzaamheid van patiënten vergroot.

Hoe? Een kijkgatoperatie brengt in vergelijking met open operaties veel minder schade aan de patiënt toe. De ziekenhuisopname kan aanzienlijk worden bekort. Autonome robots of stuurbare instrumenten navigeren gecontroleerd door het lichaam. Biosensoren doen metingen in het lichaam en slaan alarm als een bacteriële infectie een risicofactor voor de patiënt kan vormen. Geavanceerde modellen van cel- tot orgaanniveau geven aanvullende informatie voor een meer accurate diagnose. Geanonimiseerde beelden van camera's in huis analyseren en beveiligen het herstelproces van patiënten. Gevaarlijke situaties worden vroegtijdig ontdekt en hulpverleners zijn in noodgevallen sneller te plaatse.

Sleutelgatchirurgie

Door minimaal invasieve chirurgie en interventietechnieken ondergaat de gezondheidszorg een gedaanteverandering. De aanpak maakt het mogelijk om operaties uit te voeren zonder grote incisies en biedt patiënten alle voordelen van traditionele ingrepen, maar dan met minder pijn en sneller herstel. 

Deze technieken betekenen een verbreding van het spectrum voor chirurgische toepassingen, maar ze vragen ook om nieuwe, innovatieve instrumenten en garanties op het gebied van medische veiligheid. Het onderzoeksteam van Jenny Dankelman van de afdeling Biomechanical Engineering van de TU Delft probeert minimaal invasieve technieken verder te verbeteren via een klinische aanpak. In een aantal uitdagende projecten wordt gewerkt aan de ontwikkeling van nieuwe instrumenten, methoden, trainingssystemen en verbeteringen in de opzet van operatiekamers.

“Al onze onderzoekers werken nauw samen met klinisch specialisten”, legt dr. Dankelman uit. “Ze moeten zich kunnen inleven in de huidige klinische praktijk en de beperkingen bij het ontwerpen. Beperkte complexiteit is van wezenlijk belang, zodat systemen zowel gemakkelijk te gebruiken zijn en betaalbaar blijven.” Een van de vele voorbeelden van het succes van hun aanpak is SIMENDO, het door de groep ontwikkelde instrument voor het trainen van vaardigheden op het gebied van de virtuele werkelijkheid.

Al onze onderzoekers werken nauw samen met klinisch specialisten.

― Prof. dr. Jenny Dankelman

Isolatiesystemen

Een project dat zeer veelbelovend is, is de ontwikkeling van steriele isolatiesystemen voor minimaal invasieve chirurgie, dat plaatsvindt in samenwerking met de nieuwe technische onderneming MediSchield. Het doel van dit samenwerkingsverband is de ontwikkeling van een eenvoudige, betaalbare, betrouwbare en effectieve isolator voor gebruik tijdens ingrepen, die bij laparoscopisch standaardinstrumentarium een bewegingsvrijheid van 4 graden toelaat.

Isolatiesystemen beschermen de patiënt tegen infecties als gevolg van besmetting, terwijl de bewegingen van het instrument er niet door mogen worden gehinderd. Ze verminderen ook het optreden van fouten, doordat ze bij lastige ingrepen de terugkoppeling van haptische informatie naar de chirurg vergroten. Behalve dat ze het risico van besmetting in operatiekamers verminderen, kunnen ze ook een plaatselijke ‘clean room’ creëren rond de incisie en het instrument als een chirurgische ingreep nodig is zonder dat de omgeving geheel steriel is.

Toekomstige uitdagingen

“Een van de grootste uitdagingen voor de toekomst is om op termijn alle gebieden van het lichaam via minimaal  invasieve interventietechnieken te bereiken, natuurlijk met zo min mogelijk schade aan gezonde weefsels. We willen lichaamsweefsels ook ter plaatse behandelen, bewerken en diagnosticeren. Om dat te kunnen bereiken hebben we veel meer lange, kleine, bestuurbare, flexibele en stijve instrumenten nodig, in vele combinaties van eigenschappen die nu nog niet bestaan.

Hiervoor zijn bijvoorbeeld materialen met specifieke eigenschappen nodig, maar ook mechanische voorzieningen die het ene moment flexibel te besturen zijn en het andere moment doelgericht kunnen worden verstijfd. Hoe geavanceerd de instrumenten ook worden: chirurgen en het personeel in de operatiekamer moeten ze zo intuïtief en gemakkelijk mogelijk kunnen gebruiken. Daarom blijft voortdurende samenwerking met medische centra van cruciaal belang.”

BioMechatronica en BioRobotica

Prof. Frans van der Helm is het hoofd van de sectie BioMechatronics and BioRobotics van de afdeling BioMechanical Engineering. “Wij maken modellen voor de manier waarop mensen hun skeletspierstelsel aansturen. Voorbeelden zijn ons schoudermodel en ons HiBi-onderzoek naar mechanica,” legt Van der Helm uit.

“Wij kijken ook naar de neurale aansturing. Wij hebben daarvoor diagnoserobots ontwikkeld, die meten hoe patiënten voortdurend hun positie, snelheid en krachtreflexen aanpassen. Het doel is daarbij om problemen op het gebied van motorische aansturing te meten of diagnosticeren. Het kan daarbij gaan om de tremor bij patiënten met de ziekte van Parkinson, spasticiteit bij mensen die een beroerte hebben gehad of om tekenen van ernstige dystonie bij patiënten met complex regionaal pijnsyndroom.

Wij ontwikkelen computersimulatiemodellen om onderzoek te doen naar de gevoeligheid voor bepaalde gebreken. Vervolgens proberen we de symptomen die we meten te verklaren. Het onderzoek naar neuromusculaire aansturing, waarmee we begonnen zijn voor de schouder en de elleboog, wordt nu toegepast op de aansturing van pols en enkel. Volgend jaar beginnen we aan het onderzoek naar de neuromusculaire stelsels van hoofd, nek en onderrug.” 

Wij maken modellen voor de manier waarop mensen hun skeletspierstelsel aansturen.

― Prof. dr. Frans C.T. van der Helm

Revalidatierobots voor patiënten die een beroerte hebben gehad

“Wij werken op het gebied van neuromusculaire aansturing intensief samen met een aantal universitaire 

medische centra. Zo werken wij met de afdeling Revalidatiegeneeskunde van het LUMC aan de beoordeling van diagnostische instrumenten voor patiënten die een beroerte hebben gehad, bijvoorbeeld instrumenten voor het meten van spasticiteit en de oorzaken daarvan. Traditioneel wordt de spasticiteit van patiënten met motorische aansturingsproblemen gemeten met een apparaat dat snel de elleboog strekt. De gevoelde weerstand wordt gebruikt als indicator voor de ernst van de spasticiteit.

Wij proberen deze metingen te verbeteren door de bewegingen van de arm voortdurend te verstoren en vervolgens de aansturingseigenschappen te meten. Het eerste doel is om beter inzicht te krijgen in de aandoening. Op die basis ontwikkelen we revalidatierobots en geschikte trainingsprotocollen om deze te kunnen gebruiken. Onze instrumenten worden ook gebruikt voor het meten van de werkzaamheid van geneesmiddelen.”

Toekomstige uitdagingen

“Als onderzoeksgroep die zich richt op regeltechniek, ontwikkelen wij regelmodellen op grond van mechanische en theoretische uitgangspunten. Wij hebben diep inzicht gekregen in de positie- en snelheidsaansturing, bovendien zijn we de eerste onderzoeksgroep ter wereld die een effectief model heeft ontwikkeld voor de krachtaansturing Dit heeft een grote hoeveelheid informatie opgeleverd, maar ik ben specifiek geïnteresseerd in de rol die voor de verschillende hersengebieden is weggelegd.

Op welke manier zijn de thalamus, de kerngebieden, de hypothalamus en de cortexgebieden van de sensorische en de motorische cortex betrokken bij deze vormen van aansturing? Hoe beïnvloeden ze de reflexen en sturen ze de armbewegingen aan? Er is reeds veel kennis opgedaan, maar nog niet voldoende om een completer aansturingsmodel te kunnen opzetten. Door meer te weten te komen over de diepere structuren van de hersenen die betrokken zijn bij de aansturing, kunnen we zeker een enorme vooruitgang boeken.”

Ontwerpen voor de gezondheidszorg

Richard Goossens professor in Fysieke Ergonomie van de faculteit Industrieel Ontwerpen. De onderzoekers van IO hebben de ontwerpvereisten in kaart gebracht en ontwerpmethodes en producten ontwikkeld voor medische omgevingen.“De veiligheid van patiënten staat voorop”, aldus Goossens, “maar daarvoor moeten specialisten veilig en effectief kunnen werken in een comfortabele omgeving.
Ons onderzoek is toegespitst op drie thema’s:de patiënt, de specialist en de medische omgeving.”

Goossens is tevens coördinator van de mastervariant ‘Medisign’. De afgelopen jaren hebben afgestudeerden honderden producten voor medisch gebruik ontworpen. Een daarvan is de HRC-ballon (haemostatic rectal cavity), die bloedingen voorkomt na chirurgische verwijdering van het rectum. “Dat is slechts één voorbeeld van onze vele successen”, vertelt Goossens. “In 2007 is hier een internationaal octrooi voor verleend en de HRC-ballon wordt momenteel klinisch getest in diverse operatiekamers.” 

De veiligheid van patiënten staat voorop

― Prof. dr. ir. Richard H.M. Goossens

Telegeneeskunde

De moderne communicatie- en informatietechnologie bieden nog veel meer mogelijkheden voor de gezondheidszorg. Eerdere projecten op het gebied van telegeneeskunde hadden echter te lijden onder een gebrek aan acceptatie. “We moeten ons niet alleen concentreren op de interactie tussen gebruiker en systeem”, merkt Goossens op, “maar ook op de interactie tussen eindgebruikers onderling.”

De medische onderzoekers van IO hebben een onderzoek naar teleconsulten uitgevoerd in een praktijkopstelling op een van de waddeneilanden waarvan de bewoners voor ziekenhuiszorg moeten terugvallen op het vasteland. Een videoconsult bespaart in dergelijke situaties niet alleen tijd, maar maakt tegelijk een groepconsult mogelijk tussen de patiënt, zijn huisarts en de betrokken specialist. Het project werd in 2009 tweede bij de Spider Awards, de prijs voor het meest innovatieve ICT-project in de gezondheidszorg.

Cockpit voor chirurgen

Onderzoekers met een achtergrond op het gebied van de geneeskunde, ergonomie, psychologie en technologie werken samen met ontwerpers aan een nieuwe visie op chirurgie: een ‘cockpit’ voor chirurgen. “Specialisten voeren chirurgische ingrepen vaak uit in een ongemakkelijke houding en de instrumenten zijn vaak lastig te gebruiken”, licht Goossens toe. “Je kunt wel stellen dat medici hun werk onder zware omstandigheden moeten doen.

Daarom worden er hoge eisen gesteld aan de informatie-uitwisseling en de manier waarop bestaande protocollen worden toegepast.” Daarom heeft de Nederlandse Inspectie voor de Gezondheidszorg onlangs bepaald dat OK-medewerkers gebruik moeten maken van een ‘time-out’-procedure om fouten te voorkomen.

Het is de bedoeling dat medici deze procedure vlak voor de operatie doorlopen, vergelijkbaar met de veiligheidscontrole in de cockpit van een vliegtuig. Onderzoekers van de TU Delft hebben in samenwerking met het Erasmus MC en het Catharina-ziekenhuis in Eindhoven de ‘Time Out Procedure plus Debriefing’ (TOPplus) ontwikkeld. Deze procedure wordt nu gebruikt in de OK’s van 16 ziekenhuizen in Nederland.