Pieter Edelman
13 December 2013

De Misit-groep bij de Delftse Werktuigbouwkunde-faculteit werkt hard aan het verbeteren van minimaal invasieve ingrepen: instrumenten, de training van chirurgen, de planning van de operatiekamer, het beheersen van de situatie. Vaak blijkt een simpele oplossing beter dan een ingewikkelde, hoewel soms ook weer lastiger. Een gesprek met hoogleraar Jenny Dankelman.

De opkomst van de minimaal invasieve aanpak van opereren kenmerkt zich door een vloedgolf aan technologische vernieuwing op de operatiekamer. Of en hoe dat voor daadwerkelijke verbeteringen kan zorgen, is het vraagstuk waar Jenny Dankelman met een gezonde dosis Groningse nuchterheid naar speurt. Zij staat aan het hoofd van de Misit-groep binnen de Delftse Werktuigbouwkunde-faculteit. Dat staat voor ‘minimal invasive surgery and interventional techniques’. ‘Het is chirurgie als je met een camera naar binnen gaat en in holtes een operatie doet; op het moment dat je naalden en katheters gebruikt, noemen we dat interventies. In het medische veld is dat een heel kritisch verschil’, verduidelijkt Dankelman.

Daarmee kaart ze gelijk een belangrijk punt aan: wie aan medische technologie werkt, heeft te maken met twee werelden. En die zijn echt wel heel anders: ‘Technici zijn opgeleid met natuurwetten; voor hen is alles heel exact. Maar medici moeten met vage informatie binnen tien minuten een diagnose stellen; dat is een heel andere manier van denken.’

Een interessant gevolg is dat medici een technisch probleem vaak helemaal niet meer zien. Het oplossen van problemen is immers hun corebusiness. ‘Maar tijdens observatiestudies vonden we gemiddeld twee incidenten per operatie met gebruik van apparatuur, dingen die vooraf hadden moeten gebeuren en nu tijdens de operatie opgelost moesten worden. Wij als ingenieurs vinden dat veel, maar zij zijn dat zo gewend.’

RTEmagicC_Jenny Dankelman 1.jpg

Prachtige technologie

Minimaal invasieve ingrepen zijn doorgaans beter voor de patiënt, maar een stuk lastiger voor de chirurg, die nu alles via een kleine opening moet doen. Gevoel en bewegingsmogelijkheden zijn een stuk beperkter. Een van de drie hoofdthema’s binnen Misit is dan ook de ontwikkeling van instrumenten die het lichaam in gaan, bijvoorbeeld een paktang met een polsgewricht, een stuurbare naald, een stuurbare colonoscoop of een naald die krachten aan de tip kan meten. ‘Alles waarbij je via een kleine opening naar binnen moet gaan: chirurgie, katheter- en naaldinterventies, colonoscopie. We zijn ook bezig geweest in het oog en oor. En recentelijk heeft Paul Breedveld hier binnen de groep een Vici-subsidie gekregen om via de neus te opereren in de hersenen. De problematiek is steeds vergelijkbaar: je instrument moet altijd dun en lang zijn, maar ook stuurbaar. STW heeft nu net een Perspectief-aanvraag gehonoreerd voor een project om met hetzelfde instrumentje het weefsel te karakteriseren en gelijk de ingreep te doen als je er toch bent. Daar gaan we de komende vijf jaar mee aan de slag.’

BCe24 save the date

Wat opvalt, is de spaarzame inzet van elektronica; eerst maar eens een goed mechanisch ontwerp. ‘We proberen het allemaal zo eenvoudig mogelijk te houden, om verschillende redenen’, legt Dankelman uit. ‘Als je het simpeler maakt, wordt het betaalbaar en kan bijvoorbeeld ook het Reinier de Graaf hier het gebruiken en niet alleen een paar rijke ziekenhuizen. Het zijn ook allemaal instrumenten die het lichaam in moeten en dus heel klein moeten zijn. Dat kan ook als je het heel simpel maakt. En het wordt betrouwbaarder.’

Een mooi voorbeeld is een project om de vervorming van een naald te meten. Hiervoor kwamen de onderzoekers uit op drie haarfijne glasvezeltjes die in kleine groefjes tegen de naald worden geplakt. Een beproefde optische meetmethode, waardoor er verder geen complexe sensoren of elektrische systeempjes het lichaam in hoeven. ‘Maar voor een ingenieur is het niet makkelijk om iets simpel te maken. Dat betekent dat je steeds terug moet naar de essentie: wat is er minimaal nodig? Neem bijvoorbeeld een project voor een gesegmenteerde katheter waarmee we bezig zijn. Dan blijkt dat die niet volledig stuurbaar hoeft te zijn, maar dat je alleen de twee uiterste standen en een rechte stand nodig hebt. Dat maakt het ineens een stuk makkelijker. Daarvoor moet je wel goed het klinische probleem analyseren. Ook voor de bediening, want je moet al die extra dingen die je op je instrument aanbrengt ook nog kunnen besturen.’

Als aanpak om de beperking voor de chirurg op te lossen bij minimaal invasieve ingrepen wordt vaak opereren per robot naar voren geschoven. De chirurg kan dan vanachter een console met stereoscopisch beeld complexe handbewegingen maken die worden vertaald naar instrumenten bij de patiënt. Hiervoor is momenteel één systeem op de markt: de Amerikaanse Da Vinci. Die is het afgelopen decennium in rap tempo de operatiekamers binnengereden à anderhalf miljoen euro per stuk, met de perceptie nieuwer en dus beter.

Langzaam komt echter het besef dat dat in de praktijk nogal tegenvalt. ‘Het is prachtige technologie, maar er wordt weleens vergeten dat er ook een heel systeem omheen zit dat het geheel een stuk complexer maakt. De chirurg zit achter een console in een hoekje van de kamer en ziet niet wat er rond de operatietafel gebeurt. Dat gaat soms mis’, begint Dankelman op te sommen. ‘En het personeel moet allemaal dingen doen tussen de armen van de robot. Instrumentwisseling is bijvoorbeeld heel lastig. Je hebt ook voor duizenden euro’s aan materiaal nodig per ingreep en er zijn nu toch ook signalen dat de instrumenten niet goed schoon te maken zijn. Een andere beperking is dat de chirurg niets meer voelt. Bij een normale minimaal invasieve ingreep voel je ook niet zo veel, maar als je ergens tegenaan komt, merk je dat echt wel.’

Zo’n beetje elke zichzelf respecterende technische universiteit lijkt wel te werken aan betere operatierobots die deze problemen niet kennen en die bijvoorbeeld wel over krachtterugkoppeling beschikken. Toch blijft Dankelman sceptisch. ‘Als je krachten goed kunt overbrengen, heb je een belangrijk probleem overwonnen. Maar het meten van krachten is lastig, zeker in alle vrijheidsgraden die je aanbiedt. En daarnaast heb je nog steeds dat je een heel complex systeem bouwt. Ik voorzie daar toch nog wel problemen.’

Negatieve leereffecten

Bij de Delftse groep zien ze meer heil in goede trainingsmethodes voor chirurgen: hoofdlijn nummer twee. ‘Om die te ontwikkelen, moet je heel goed weten hoe de interactie is tussen de arts en zijn instrumentarium, maar ook hoe de instrumenten met het weefsel omgaan. Omdat krachten meten zo lastig is, wordt er niet veel aan gedaan. Daarom is dat is wel een focuspunt bij ons. We hebben laatst bijvoorbeeld een instrument ontworpen om de ruggenprik te trainen. Als je een ruggenprik zet, moet je voelen dat je door bepaalde lagen heen gaat. We hebben in kadavers gemeten hoe die krachten zijn en dat in een simulator gestopt.’

Ook bij deze tak komt de eenvoud in het ontwerp weer om de hoek kijken. De hoofdcomponenten in de trainingssimulatoren die spin-off Simendo op de markt brengt, zijn bijvoorbeeld een paar commerciële joysticks en optische muizen. Chirurgen kunnen hiermee in een VR-omgeving hun oog-handcoördinatie trainen.

Maar Dankelman ziet nog een tweede interpretatie van de filosofie: ‘Je moet heel kritisch zijn in wat je aanbiedt en wat niet. In die Simendo-systemen zit bijvoorbeeld geen krachtterugkoppeling. Dan moet je daarmee ook niet trainen om weefsel te manipuleren waar je normaal krachten bij nodig hebt. Dan kun je negatieve leereffecten krijgen.’ In het lab staat daarvoor alweer een nieuw apparaat klaar met fysieke instrumenten die krachten kunnen meten. Dat systeem wordt met een nieuwe spin-off in de markt gezet.

RTEmagicC_Jenny Dankelman 2.jpg

Niet zo trouw

De derde hoofdlijn binnen Misit is Dora, de digital operating room assistent. Hierbij gaat het om het optimaliseren van de processen en logistiek rondom de ingreep. ‘Het is wel leuk dat we al die tools en apparatuur ontwikkelen, maar als we gaan observeren, zien we dat de arts en het personeel eromheen toch wel moeite hebben om het allemaal te bedienen en aan te sturen. Dus daarvan hebben we gezegd dat we daar ook iets aan moeten doen.’

Een van de problemen is dat informatie nu uit allerlei verschillende systemen bij elkaar gescharreld moet worden: de patiënt en zijn aandoening in het ene systeem, de benodigde instrumenten en apparatuur voor een ingreep weer in andere systemen, en de technische dienst en sterilisatieafdelingen hebben weer hun eigen systemen. Binnen het Dora-kader zijn er bij het Reinier de Graaf Gasthuis koppelingen gelegd met de verschillende systemen en alle apparaten in een aantal operatiekamers voorzien van actieve RFID-tags om te kijken of ze aanwezig zijn. ‘Een Ipad aan de muur wordt rood of groen om aan te geven of alles klaar is voor de operatie. Dat is heel simpel uitlegbaar. Het draait nu regulier in vier ok’s, en in het nieuwe ziekenhuis dat ze aan het bouwen zijn moet het ook weer komen. Alleen moet nu de discussie gevoerd worden wanneer die op groen kan.’

Een ander deel van Dora richt zich op het volgen van de procedure, in eerste instantie om meer grip te krijgen op de planning van de ok. Die heeft namelijk de neiging om vrij snel uit de pas te gaan lopen met de werkelijkheid. Eigenlijk moet elke fase van de operatie worden vastgelegd in een systeem, maar in de praktijk gebeurt dit uiteraard niet zo trouw – zeker in een crisissituatie. Dankelmans groep ging daarom op zoek naar een eenvoudige manier om het verloop te karakteriseren. Het moment dat de chirurg begint met snijden kan bijvoorbeeld eenvoudig worden geregistreerd met een beeldsensor; de doeken die daarbij komen kijken hebben een specifieke kleur. Ook het lichtniveau en de geluiden van de apparaten zijn karakteristiek voor bepaalde fases van de ingreep en met kleurenlabels kan ook het instrumentengebruik worden gevolgd.

Naast technologie ontwikkelen wil Dankelmans groep ook nog weleens een beetje aanschoppen tegen wat als vernieuwend wordt verkocht. Zo heeft ook in de operatiekamer de ledlamp zijn intrede gedaan, helaas zonder dat er echt goed gekeken was of dat wel een goed alternatief is. Misit is die systemen door gaan meten en daaruit bleek dat ze allerlei nadelen hebben: een beperkter kleurenspectrum, verwarrende schaduwen, enzovoorts. ‘Enkele fabrikanten waren bepaald niet blij met dat rapport, maar ze zijn wel acuut aanpassingen gaan doen. Ze wisten gewoon niet dat het speelde, dus het gaat ook om bewustwording. Dit project is trouwens wel een beetje uit de hand gelopen: het is een promotietraject geworden over alle aspecten van verlichting in de operatiekamer. Er was helemaal niet bekend wat er echt nodig is.’

Stevige banden

Dankelman heeft één keer in haar leven gesolliciteerd, en dat was eigenlijk alleen om te oefenen. Na haar studie wiskunde in Groningen had ze in Delft een vacature voor een PhD-positie op het oog. ‘Maar ik had geen enkele ervaring met solliciteren, dus om te oefenen heb ik de eerste de beste vacature uit de krant gepakt in Delft, bij wat toen nog Meet- en Regeltechniek heette. Daar werd ik eerder uitgenodigd dan bij Wiskunde en tijdens dat gesprek kwam ik erachter dat ik dit ook wel heel leuk vond.’ Haar PhD-opdracht werd een samenwerking met het AMC om de doorbloeding van de hartspier te modelleren. ‘Ik vond wel dat dat experimenteel getoetst moest worden. Dus toen heb ik openhartoperaties op geiten geleerd.’

Het duurde evenwel nog even voordat de liefde voor de ok definitief bezegeld werd. In 1992, toen minimaal invasieve ingrepen net hun intrede deden, kwam er een student die iets in het ziekenhuis wilde doen. ‘Die is toen met een camera naar de kliniek gegaan en teruggekomen met de mededeling dat er iets nieuws aan de hand was. Toen wij dat zagen, vonden we dat typisch iets voor ons werktuigbouwers om eens naar te kijken.’ Een promovendus ging dit onderwerp verder onderzoeken en op basis daarvan volgde een aanvraag bij de TU Delft om een onderzoeksgroep te financieren. ‘Die werd gehonoreerd en ineens konden we met tien aio’s en vier postdocs aan de slag. Toen kwam de vraag wie dat allemaal moest gaan leiden en ben ik geswitcht van onderwerp.’

De overstap van pure wiskunde naar de medische wereld bracht een flinke cultuurshock met zich mee. ‘De medische wereld is heel hiërarchisch; wij passen daar eigenlijk niet goed in. Dat is niet altijd even makkelijk. Je moet ook veel energie stoppen in verwachtingsmanagement en geen dingen beloven die je niet kunt waarmaken, anders kunnen er wel irritaties ontstaan.’

Het is dan ook niet voor niets dat Misit stevige banden heeft met het medische veld. Een LUMC-chirurg loopt er als deeltijdhoogleraar rond en de groep heeft ook altijd promovendi met een medische achtergrond. ‘We hebben nu natuurlijk een netwerk van chirurgen die we kennen. Dat zijn wel mensen die de techniek interessant vinden en er tijd voor willen vrijmaken. En ik geef bijvoorbeeld presentaties op klinische congressen, dat werkt ook wel goed. Verder ben ik lid van de technologiegroep binnen de Europese Associatie voor Endoscopische Chirurgie. Eigenlijk mogen daar alleen maar chirurgen bij, maar ondertussen zitten er ook een paar ingenieurs. Dat maakt het wel makkelijker om contact te maken.’

Buitenstaander

Tegenwoordig proberen de universiteiten hierop in te spelen. De Universiteit Twente gaat daarin het verst met de opleiding technisch geneeskunde, waarin studenten in beide werelden worden geschoold en na het behalen van hun diploma van de wetgever ook een aantal ingrepen mogen doen. De TU Delft start volgend collegejaar ook met het bachelordeel van deze studie.

Deze aanpak is echter niet zonder kritiek: voor het ontwikkelen van een complex medisch systeem zou kennis van de medische kant niet zo heel relevant zijn, maar een goede scholing als ingenieur des te belangrijker. Volgens Dankelman ligt dat wat genuanceerder: ‘Er zijn heel veel problemen die geen hightechoplossing nodig hebben of heel diepgaande medische kennis, maar wel inzicht in beide domeinen. Daarnaast kunnen die mensen een brugfunctie vervullen. Een goede manier om iets te ontwikkelen, is om een klinische en een technologische expert bij elkaar te zetten, maar dan moeten ze wel heel goed kunnen overleggen. Dat is best wel lastig omdat ze allebei heel specialistisch zijn. Dus dan moet je misschien wel iemand hebben die beide talen spreekt.’

Politiek maakt dat het misschien ook wel makkelijker, want Dankelman wordt toch nog weleens gezien als ‘buitenstaander die het beter weet’. ‘Soms moet ik echt zeggen: ‘Laat ons je uitdagen.’ Ik sprak onlangs bijvoorbeeld met een chirurg die niertransplantaties doet. Die zei dat het proces bij hen al helemaal optimaal was; dat vonden ze erg belangrijk omdat ze ook op gezonde mensen opereren die een nier afstaan. Maar hij moest toegeven dat er weleens vergeten wordt om de patiënt een half uur voor aanvang antibiotica te geven, en dan is er natuurlijk geen tijd om de operatie een half uur uit te stellen. Toen zei ik: ‘Dan zijn je processen niet optimaal.’ De volgende dag had ik een mailtje in mijn inbox: ‘Ik wil ook zo’n Ipad aan de muur.’ Toen is een student gaan meekijken. Die telde onder meer dat tijdens een lange ingreep de deur 84 keer werd geopend. Daar schrok die chirurg toch wel van.’