De TU Delft werkt aan een methode om het tijdrovende ontwerpen van complexe medische instrumenten te vereenvoudigen. Hierbij is in eerste instantie gekeken naar instrumenten voor kijkoperaties. Er wordt gebruik gemaakt van een virtuele ontwerpmethode. Ewout Arkenbout promoveerde 12 februari op het onderwerp aan de TU Delft.
Complexe nieuwe medische instrumenten blijven vaak steken in de fase van het prototype. Dat is duur en tijdrovend.
Arkenbout ontwikkelde daarom een nieuwe, virtuele ontwerpmethode waarmee instrumenten al eerder zijn te evalueren en bij te sturen. Daarbij keek hij naar instrumenten die chirurgen moeten helpen met minimaal invasieve chirurgie (kijkoperaties). “In de praktijk blijkt vaak dat slechte ontwerpkeuzes bij dergelijke instrumenten de procedures kunnen bemoeilijken en de veiligheid van patiënten in gevaar kunnen brengen.”
Arkenbout bestudeerde in zijn promotieonderzoek onder meer multi-vertakte instrumenten voor endoscopische operaties via natuurlijke lichaamsopeningen. Een voorbeeld van een ingreep waarbij een multi-vertakt instrument zeer nuttig kan zijn, is het weghalen van een tumor bij de hypofyse, waarbij men via de neus naar binnen gaat.
Multi-vertakte instrumenten hebben een schacht van waaruit twee of meerdere stuurbare instrument-takken voortkomen. Een dergelijk instrument moet het mogelijk maken voor de chirurg om tweehandige chirurgische taken uit te voeren (zoals hechten en het leggen van knopen) bij operaties.
[caption id="attachment_20551" align="aligncenter" width="640"]
(beeld TU/Delft).[/caption]
Zelden verder dan prototype
Volgens Arkenbout zijn er in de laatste tien jaar tientallen prototypes van zulke multi-vertakte instrumenten ontwikkeld. De ontwerpers richten zich echter op het inbouwen van té veel vrijheidsgraden en introduceren daarmee te veel besturings-complexiteit in de nieuwe instrumenten. “Daardoor wegen de potentiële voordelen in de meeste gevallen niet op tegen de nadelen. De ontworpen instrumenten komen dan ook zelden uit het stadium van het prototype.”
Het ontwikkelen van een prototype is een tijdrovend en kostbaar proces. Evaluatie van dergelijke instrumenten in de ontwerpfase kan veel tijd en geld schelen en nieuwe inzichten bieden zonder een duur prototype te hoeven bouwen.
Gesture based design: virtueel ontwerpen
Arkenbout: “Een oplossing die ik hiervoor aandraag, is gesture-based design. Hand- en vingerbewegingen in een testopstelling worden daarbij live gemeten met sensoren en vervolgens gekoppeld aan virtueel gesimuleerde instrumentbewegingen. Door spelenderwijze koppelingen uit te proberen, en ze te evalueren, kan een stuurbaar instrument dan worden geëvalueerd zonder een volledig operationeel prototype nodig te hebben. We hebben dit succesvol getest, onder meer in samenwerking met chirurgen van het LUMC en het AMC.”
https://www.youtube.com/watch?v=rsQ6j-pmhcA
Gesture-based instrument design geeft volgens Arkenbout in potentie een grote vrijheid bij het instrumentontwerp. Zo heeft hij, in samenwerking met Floris van den Berg, een manier ontwikkeld en geëvalueerd om met twee handen vier chirurgische instrumenten aan te sturen. “Gesture-based instrument design is een relatief goedkope en veelbelovende methode die, zeker met de huidige technologische vooruitgang in meetsystemen voor hand- en vingerbewegingen, kan uitgroeien tot een eenvoudig toe te passen ontwerpmethode.”
(beeld TU/Delft).[/caption]
