Voor ingewikkelde operaties zet een ziekenhuis steeds vaker een robot in. Alleen levert zo’n robotoperatie bijna de helft meer afval op dan een gewone kijkoperatie, omdat de instrumenten maar een paar keer zijn te gebruiken. Dat moet anders, vindt werktuigbouwkundige Tim Horeman-Franse.
In de grotere Nederlandse ziekenhuizen heeft zich een stille revolutie voltrokken. Voor de meer ingewikkelde kijkoperaties (een kijkoperatie of laparoscopische operatie kenmerkt zich door een zo klein mogelijk gat, waardoor de instrumenten het lichaam in gaan) doen chirurgen het niet meer met de hand, maar schakelen ze een operatierobot in. Zo’n machine heeft altijd een vaste hand, wordt nooit moe, en geeft elke specialist een fingerspitzengefühl dat niet elke chirurg van nature gegeven is. Voor bepaalde operaties geeft een robotoperatie betere resultaten voor de patiënt dan een handmatige operatie. De wond is dan bijvoorbeeld kleiner en dus sneller genezen. Ook kan een robot helpen om blessures en RSI-achtige klachten bij de chirurg te voorkomen.
Voor de goede orde: een operatierobot is niet een apparaat dat helemaal autonoom in een lichaam snijdt. Het is meestal een machine die de handelingen van de chirurg, bij de master, vertaalt in bewegingen van instrumenten die zich in de patiënt bevinden, bij de slave.
Op afstand opereren
Een paar jaar geleden mocht de verslaggever een operatie meemaken met een Da Vinci-operatierobot. Een grote operatiekamer (ok) in een Amsterdams ziekenhuis was speciaal ingericht voor een operatie aan de prostaat van een mannelijke patiënt. Die lag onder narcose op tafel, met verschillende instrumenten die via minuscule gaatjes in zijn buikholte staken. De buikholte was lichtjes opgeblazen met CO2 om ruimte te creëren voor de instrumenten. Rond de patiënt waren verschillende assistenten aan het werk, maar de opererend uroloog was niet meteen zichtbaar. Die bleek in een hoekje van de ok achter een soort spelcomputer te zitten, waar hij aan hendels trok en op knoppen duwde. Elke handeling bij deze master werd direct vertaald naar bewegingen van de slave, de machine met instrumenten in de patiënt. Op kleurenbeeldschermen die overal in de ok hingen, was de binnenkant van de buikholte te zien, waar de chirurg heel voorzichtig, stapje voor stapje, een deel van de prostaat wegsneed.
Een operatie met een Da Vinci-robot. Links zit de chirurg te opereren; rechtsachter vinden de handelingen in de patiënt plaats.
فاطمه درستی / CC BY-SA 4.0Operatierobots zijn helaas wel peperduur; het ontwikkelen ervan kost de fabrikant al gauw honderd miljoen euro of meer. Om die reden staan operatierobots ook niet in de kleinere streekziekenhuizen. Ze zijn al duur in de aanschaf – denk aan een miljoen euro of meer – maar ook het onderhoud en het simpelweg runnen van de machine kan tonnen per jaar kosten. “Dat komt voor een groot deel doordat de instrumenten na een paar keer gebruiken worden weggegooid”, vertelt Tim Horeman-Franse, universitair docent Sustainable Surgery & Translational Technology aan de TU Delft.
Bij deze grijper zijn kabeltjes nodig voor het laten bewegen van de tip. Daardoor is het instrument lastig te reinigen.
Tim Horeman-FranseVeertig procent meer afval
De chirurgische instrumenten van de robot zitten vaak zo ingewikkeld in elkaar dat ze heel lastig te reinigen en steriliseren zijn. Veelgebruikte instrumenten hebben een tip die kan bewegen, of een grijpertje, waarbij die beweging afkomstig is van motoren die via dunne kabeltjes de beweging overdragen. “Zo’n aandrijfmechanisme is bedacht in de begindagen van de robotica, maar is eigenlijk nog steeds de standaard, terwijl de robotsystemen tegelijkertijd wel kleiner zijn geworden. Dat leidt tot het probleem dat zo’n instrument heel lastig is te reinigen”, zegt Horeman-Franse. Vaak worden robotinstrumenten daarom al na één keer gebruiken weggegooid. Dat draagt eraan bij dat robotoperaties tot veertig procent meer afval genereren dan gewone kijkoperaties, waarbij de chirurg met de hand opereert. “Zo’n robotinstrument bevat de mooiste fijnzinnige techniek die je kunt bedenken, maar die gebruiken ze in het ziekenhuis maar één tot maximaal veertien keer, afhankelijk van de functie. Dat vind ik frustrerend.”
Die frustratie heeft Horeman-Franse omgezet in iets constructiefs. De universitair docent aan de TU Delft zette een onderzoeksproject op met als doel een nieuwe operatierobot te ontwerpen waarvan de instrumenten steeds opnieuw zijn te gebruiken én waarbij alle onderdelen vervangen kunnen worden als deze stukgaan. “Ons team heeft net een grote subsidie van meer dan een miljoen euro hiervoor gekregen van financieringsorganisatie ZonMW. Dat is bijzonder, en ook erg welkom, want het bouwen van zo’n robot vergt flinke investeringen. Gelukkig begint de ziekenhuiswereld ook in te zien dat het afval van die operatierobots gewoon een probleem is. Er wordt zó veel weggegooid, puur omdat er verkeerde mechanismen in zitten.”
Verwisselen
Dat is dan ook waar Horeman-Franse aan werkt: slimmere – en vaak elegantere – mechanismen voor de instrumenten, zoals grijpertjes, schaartjes en elektrochirurgische instrumenten die weefsel kunnen dichtbranden. Hij wil deze opnieuw ontwerpen met steeds in het achterhoofd het doel om het gemakkelijker te maken voor de sterilisatieafdeling van een ziekenhuis om ze te reinigen en te ontsmetten. Het onderzoeksproject voor het ontwikkelen van de zogeheten Advanced Laparoscopy-robot (ADLAP) start na de zomer en gaat meer dan vier jaar duren. Horeman-Franse kan naast verschillende technische mensen drie technische en medische onderzoekers fulltime op dit onderwerp aan het werk zetten. Zij moeten aan het eind opleveren wat technici een demonstrator noemen, een werkende eerste versie van het apparaat, en daarmee het bewijs dat de ontworpen principes werken.
Het ADLAP-systeem in ontwikkeling. Hier worden de controls getest.
Tim Horeman-Franse
Een instrument zonder kabel. Deze kan roteren en articuleren (scharnieren).
Tim Horeman-FranseDie ADLAP-operatierobot zal allemaal verschillende instrumenten hebben die zijn te verwisselen. Op het probleem van de eerdergenoemde aansturing van het instrument, met kabeltjes, heeft Horeman-Franse wat gevonden: een nieuwe aansturing zónder kabeltjes, waardoor de binnenruimte van het instrument relatief open is. Ook is het geheel goed te demonteren voor reiniging en sterilisatie. In de vrijgekomen ruimte kunnen andere functies worden geplaatst, zoals een camera, lichtfibers of een kleine boor of frees om bot mee weg te halen of te bewerken.
Een kabelloos instrument met dubbele articulatie, ofwel op twee punten scharnierend.
Tim Horeman-FransePlatteland van India
“En het mooie is dat een groot deel van die instrumenten, maar ook deelsystemen zoals de camerahouder, ook voor handmatige kijkoperaties zijn te gebruiken”, vervolgt Horeman-Franse. “Want een medisch team bijvoorbeeld op het platteland van India heeft waarschijnlijk geen budget voor de hele robot. Maar de chirurg daar kan dan zeggen: ik heb alleen een setje met dit instrument erin nodig. En die kan dan gewoon aan de slag.”
Met de operatierobot die Horeman-Franse ontwikkelt, wil hij niet alleen de afvalberg verminderen, maar ook robotoperaties binnen bereik brengen van armere landen of gebieden. Hij schetst hoe dat er bijvoorbeeld uit zou kunnen zien: “Een chirurg voert in een streekziekenhuis kijkoperaties uit met de hand, met instrumenten van de te ontwikkelen robot. En morgen gaan de meer ingewikkelde gevallen uit die regio naar een groter, gespecialiseerd ziekenhuis. Daar staat de robot klaar waar de eerder in het veld opererende chirurg haar instrumenten in kan klikken. Dat is echt tof.”
Enorme impact
De ADLAP-robot wordt een experimenteel en modulair platform met open source-interfaces. Dat wil zeggen dat anderen ook gemakkelijk onderdelen kunnen ontwerpen voor het platform en dat de robot goed is te gebruiken voor training.
Horeman-Franse en collega’s hebben ook geschat wat de impact kan zijn van hun kabelloze instrumenten. In een onderzoeksvoorstel schrijven ze: “Ongeveer een op de drie kijkoperaties wordt uitgevoerd met behulp van articulerende (scharnierende, red) stuurbare instrumenten. Als er per procedure drie verschillende instrumenten worden gebruikt – voor snijden, voor manipuleren en voor hechten – en elk nieuw instrument kan dertig keer worden gebruikt in plaats van de standaard tien, dan zouden er voor alle systemen tezamen per jaar minimaal 1,5 miljoen instrumenten worden hergebruikt in plaats van weggegooid.” Als je daarnaast de enorme groei van robotsystemen, maar ook sturende handinstrumenten meerekent, maakt dit de enorme impact op het milieu snel duidelijk.
Over Tim Horeman-Franse
Tim Horeman-Franse is universitair docent Sustainable Surgery & Translational Technology aan de Technische Universiteit Delft. Hij heeft ruime ervaring in het testen en ontwerpen van chirurgische instrumenten. Daarnaast is hij betrokken (geweest) bij verschillende medische start-ups, waarmee hij innovaties vanuit academisch onderzoek naar de praktijk in het ziekenhuis bracht. Qua opleiding is Horeman-Franse een zogenoemde stapelaar: na de mts deed hij de hts, vervolgens een masteropleiding aan de TU Delft, waarna hij daar en bij de afdeling Gynaecologie van het LUMC promoveerde.
Missie
Rond 2015 begon Horeman-Franse met zijn missie om de zorgsector, met name de ziekenhuizen, duurzamer te laten werken door instrumenten te gebruiken die langer meegaan. “In het begin werd ik uitgelachen. Men zei vaak: dat is toch het probleem van de ziekenhuizen zelf? Maar die houding is inmiddels helemaal veranderd. Overal in Nederlandse ziekenhuizen begint men de urgentie te zien van het verduurzamen.” Horeman-Franse heeft achttien patenten op zijn naam staan en werd in 2016 benoemd tot Ingenieur van het Jaar door het Koninklijk Instituut Van Ingenieurs (KIVI). Sinds 2018 is hij op Europees vlak bezig met het verbeteren van de geavanceerde laparoscopie bij de European Association of Endoscopic Surgery (EAES).
