De gangbare therapie voor de behandeling van leverkanker is het chirurgisch verwijderen van de levertumor. Bij deze ingreep wordt noodzakelijkerwijs ook veel gezond leverweefsel verwijderd, vanwege de complexiteit van de procedure. Een alternatieve methode is het ableren (‘wegbranden’) van de tumor met radio- of microgolfstraling. Voor deze lokale therapie brengt de arts handmatig een naald door de huid in de tumor, met hulp van beeldvorming in een CT-scanner. Voordelen van deze ingreep zijn dat er geen grote operatie nodig is en dat er nauwelijks gezond leverweefsel beschadigd wordt. Een nadeel is dat het voor de arts moeilijk is om de naald in één keer goed in de tumor te positioneren. Meestal vergt dat een aantal iteraties: naald inbrengen, CT-scan maken, naald in een aangepaste oriëntatie opnieuw inbrengen, enzovoort, totdat de juiste positie is bereikt. Dat maakt deze procedure tijdrovend en belastend voor de patiënt.
CT compatible naaldplaatsing systeem voor levertumoren, foto Demcon
Wereldwijd zijn er al tientallen oplossingen voor dit probleem bedacht, van eenvoudige hulpmiddelen tot een robot die de naald volledig automatisch inbrengt. In de praktijk doen de meeste artsen het echter nog steeds handmatig, omdat deze systemen onhandig zijn in gebruik en/of hun functie niet goed vervullen. In een Europees onderzoeksproject met partners als Philips en Nucletron zag DEMCON toch kansen voor een aanpak die de naald in één keer correct plaatst én goed past binnen de workflow van de arts. Bij het ontwikkelen van die patiënt- en artsvriendelijke oplossing werkte DEMCON nauw samen met specialisten uit het Universitair Medisch Centrum Groningen en het Erasmus MC in Rotterdam.
Het uitgangspunt was zo dicht mogelijk bij de huidige workflow te blijven en alleen de stap te automatiseren die kritisch is voor de snelheid en het resultaat (‘first time right’) van de procedure. Die kritische stap is het bepalen van de hoek waaronder de naald het lichaam ingaat. DEMCON ontwikkelde 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 rond de patiënt is geplaatst, gaat het samen met de patiënt in de CT-scanner. Zo wordt de positie van de tumor in de patiënt ten opzichte van de kop bepaald en stuurt het systeem automatisch het naaldgeleidingsmechanisme aan om dit de vereiste richting te geven. Vervolgens wordt de naald in het geleidingsmechanisme geklemd en door de arts zelf in het lichaam gebracht.
Het ontwerp kende diverse uitdagingen voor de ontwikkelaars van DEMCON. Zo 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 van arm + kop moet passen in de (krappe) ruimte tussen de patiënt en de ring van de CT-scanner. De grootste opgave was echter CT-compatibiliteit. Het grootste deel van het systeem komt in het X-ray-veld van de scanner, maar mag de beeldvorming niet verstoren. Gebruikelijke materialen als staal, koper en titanium waren daarom niet toepasbaar.
Voor de ontwikkeling van alternatieven werkte DEMCON samen met diverse leveranciers, waaronder Ceratec (keramiek) en Futura Composites. In de onderdelen zijn uiteenlopende materialen toegepast, zoals composieten (voor stijve constructiedelen en verende elementen), keramiek (voor hoogbelaste precisiedelen en kogellagers), Dyneema-vezels (voor rondlopende kabelaandrijvingen), carbon nanotubes (voor stroomdraadjes en schakelaartjes) en plastic optische fibers (om encoderposities op afstand uit te lezen).
Deze oplossingen geven de constructie een hoge stijfheid en reduceren de speling in de overbrengingen tot een minimum. Het resultaat is een systeem dat de naald correct en nauwkeurig kan geleiden, met een fout van minder dan 2 mm bij een diepte van 25 cm. De patiënt houdt er minimale weefselschade aan over, het medische team is veel sneller (en dus goedkoper) klaar met de procedure en de arts blijft ‘in control’.
