‘First time right’ – Naaldpositioneringssysteem

Vindingen in de ene sector vinden niet zelden hun toepassing in een hele andere sector. Zo zagen we jaren geleden op de tentoonstelling NASA – A Human Adventure in de Nederlandse galerij een presentatie van Demcon. Een bedrijf dat een zogenaamd ‘mechatronisch geweten’ heeft, met multidisciplinaire ambities en als focusgebieden hightech, industrial systems & vision, embedded, optomechatronic en medical systems. Wat we destijds zagen, een ontwikkeling voor de ruimtevaart die een enorme waardevolle toepassing vond in de zorg, deed ons de oren spitsen toen we van hun nieuwe project hoorden. Een bijzonder naaldpositioneringssysteem. Oh, CT-compatible graag.

Een naaldpositioneringssysteem voor de behandeling van leverkanker. Wat er verder zo bijzonder aan is? ‘Zo dicht mogelijk bij de huidige workflow blijven en daarbinnen de voor het resultaat meest kritische stap automatiseren.’ Daarbij moest de systeemarchitectuur, gebaseerd op de huidige medische workflow, letterlijk en figuurlijk zo min mogelijk barrières opwerpen voor gebruik door de arts. Een tweede uitdaging was de vormfactor. Het systeem is bedoeld voor gebruik ín de CT-scanner. Het moet dus passen in de krappe ruimte tussen de patiënt en de ring van de CT-scanner. Maar de grootste opgave was de CT-compatibiliteit. Het systeem komt voor een groot deel in het röntgenveld van de scanner, maar mag de beeldvorming niet verstoren. Daarmee waren gebruikelijke materialen als staal, koper en titanium direct uitgesloten. 

Niet meer dan nodig

Bij de meest gangbare behandeling van leverkanker wordt de tumor chirurgisch verwijderd. Vanwege de ingewikkelde procedure is het nodig om ook gezond leverweefsel te verwijderen. Een ongewenste bijkomstigheid. Een alternatieve behandelmethode is het met behulp van radio- of microgolfstraling ‘wegbranden’ van de tumor. De arts brengt handmatig een naald van buitenaf tot in de tumor, waarbij de beeldvorming van een CT-scanner helpt de exacte locatie te bepalen. 
Er is geen grote operatie nodig en er wordt zo min mogelijk gezond leverweefstel weggenomen of beschadigd. De andere kant van de medaille: het is voor de arts heel lastig om de naald direct goed in de tumor te positioneren. Dat betekent voor de praktijk dat de arts de naald inbrengt, een CT-scan maakt en kan dan beoordelen of de positie juist is of niet. Dit proces herhaalt zich vaak een aantal keer, tot de juiste positie bereikt is. Een tijdrovende procedure en belastend voor de patiënt. 

Onderzoeksproject

Verschillende oplossingen die al eerder door andere partijen werden bedacht, hadden nog niet tot dé oplossing geleid. Ze bleken onhandig in het gebruik, of niet functioneel genoeg. Demcon nam met partners als Philips en Elekta deel aan een Europees onderzoeksproject en zag daarbinnen kansen voor de ontwikkeling van een systeem dat de naald in één keer op de juiste positie en op de juiste manier plaatst én ook nog eens past binnen de bestaande werkprocedures van de arts. Een patiënt- en artsvriendelijke oplossing. Voor het ontwikkelen ervan werkte Demcon nauw samen met specialisten uit het Universitair Medisch Centrum Groningen en het Erasmus MC in Rotterdam.

‘First time right’

‘Zo dicht mogelijk bij de huidige workflow blijven en daarbinnen de voor het resultaat meest kritische stap automatiseren.’ Dat was dus het belangrijkste uitgangspunt. ‘First time right’ was bepalend. Die meest kritische stap is het bepalen van de hoek waaronder de naald het lichaam ingaat. Het resultaat is een systeem dat bestaat uit een kop met naaldgeleidingsmechanisme die handmatig rond de patiënt kan worden geplaatst, en een arm die de kop met één druk op de knop fixeert ten opzichte van de patiënttafel. Nadat het systeem gefixeerd is, worden systeem en patiënt samen in de CT-scanner gebracht. De positie van de tumor ten opzichte van de kop wordt bepaald en het systeem stuurt automatisch het naaldgeleidingsmechanisme in de vereiste richting. De naald wordt vervolgens in het geleidingsmechanisme geklemd en door de arts zelf in het lichaam gebracht.

Materialen

De CT-compatibiliteit zorgde ervoor dat voor verschillende onderdelen van het systeem de conventionele materialen direct afvielen. Voor stijve constructiedelen en verende elementen werden composieten toegepast. Voor hoogbelaste precisiedelen en kogellagers werd keramiek ingezet. Voor stroomdraadjes en schakelaartjes werden carbon nanotubes gebruikt en kunststof optische fibers zorgden ervoor dat encoderposities op afstand uitgelezen kunnen worden. Demcon werkte hiervoor samen met leveranciers zoals Ceratec en Futura Composites. 

Het resultaat? Een systeem dat zorgt voor een correcte en nauwkeurig naaldgeleiding, met een marge van minder dan 2 mm bij een diepte van 25 cm. Dat zorgt voor minimale weefselschade bij de patiënt, en een veel kortere proceduretijd voor het medische team. Dát betekent weer een goedkopere ingreep die bovendien minder belastend is voor de patiënt. Win-win-win.

Door: Janet Kooren

Foto’s: Demcon

Bron: Demcon