Delftse computerschouder gaat de wereld over

De schouder lijkt een weinig spectaculair lichaamsdeel, vooral bedoeld om de ruimte tussen arm en lichaam op te vullen. Een grove onderschatting, vinden prof.dr. Frans van der Helm en dr. Dirk-Jan Veeger van de ‘schoudergroep’ bij werktuigbouwkunde. Deze groep ontwikkelde een biomechanisch computermodel van dit essentiële gewricht, een model met veel toepassingen.

Neem bijvoorbeeld mensen met ernstige reuma, een steeds verergerende ontsteking van de gewrichten. Wanneer ze tegen de pijn een kunstschouder krijgen, leveren ze vaak fors in aan kracht, coördinatie en bewegingsmogelijkheden van de arm. ,,Mensen kunnen hun armen dan niet meer boven hun schouders krijgen”, zegt Van der Helm. ,,Ze kunnen dus niet meer bij hun hoofd. Sommige mensen krijgen zelfs problemen met het afvegen van hun billen.”

De schoudergroep werkt aan een nieuw ontwerp voor een kunstschouder, ofwel een ‘endoprothese’. Ze maken daarbij uitvoerig gebruik van het model van Van der Helm en Veeger. Daarnaast kan een arts met het computermodel van tevoren verschillende bevestigingsplekken voor de kunstschouder uitproberen, en voorspellen hoe de schouder dan functioneert. De arts hoeft zo niet te gokken. ,,We hebben experimenten gedaan met patiënten, en het voorspelde functieherstel komt aardig overeen met het voorspelde herstel”, zegt Van der Helm.

Het probleem bij het namaken van een schoudergewricht is dat de kom van het gewricht erg ondiep is, zodat de arm veel bewegingsvrijheid heeft. ,,De kop van de bovenarm wordt door spieren in de kom gehouden, en dat luistert heel nauw”, zegt Van der Helm. ,,Als er bij dat stabiliseren iets misgaat, verstijven de spieren. Dan verliezen mensen kracht.” Een vergelijkbaar probleem treedt op als een gebroken schouderblad niet helemaal in de goede positie heelt.

,,Hier zie je de plaatsing van schouderbladprothese”, zegt Van der Helm, en schuift een bloederige foto op tafel. De patiënt op de operatietafel is opengesneden tot waar het bot zou moeten zitten. In plaats daarvan is tussen de spieren een glimp te zien van de geïmplanteerde endoprothese.

,,Die wond is behoorlijk diep”, zegt Van der Helm. De opening is daarbij ook vrij nauw, omdat je een patiënt nou eenmaal niet volledig open kan leggen. Dat is niet makkelijk manoeuvreren voor een chirurg die het implantaat aan het bot moet bevestigen.

Morbide

De computerschouder komt niet alleen voor intern gebruik van pas, zegt Veeger. Met behulp van een uitgebreide versie van het model, waarin ook de onderarm is toegevoegd, onderzoekt hij de biomechanica van het rijden met een rolstoel, vooral op zijn andere werkplek aan de faculteit bewegingswetenschappen in Amsterdam. Van der Helm tovert op zijn computer een filmpje tevoorschijn van een sterk gestileerde rolstoelgebruiker, een skelet met rode lijntjes als spieren. Als het figuurtje aan het rijden slaat met een rolstoel, worden de lijntjes dikker bij het aanspannen van de spieren.

Uitgaande van een gegeven beweging kan het model de daarvoor nodige spierspanningen terugrekenen. ,,Het is eigenlijk een verzameling vergelijkingen die voortdurend opnieuw uitgerekend wordt”, zegt Veeger. De gegevens in het model, spierdiktes, aanhechtingsplaatsen en botvormen, zijn allemaal afkomstig van een ‘kadaver’. Het is een beetje een morbide detail, beaamt Veeger, maar je hebt nou eenmaal een voorbeeld nodig om op te meten, en dat is een overledene geweest.

Veeger gebruikte de virtuele schouder onder andere om de schouderklachten van rolstoelgebruikers tegen het licht te houden. ,,Rolstoelers hebben vaak schouderklachten, maar dat betekent nog niet meteen dat dat ook van het rijden met een rolstoel komt”, zegt hij. Berekeningen met het model bewezen dat de belasting van de schouder tijdens het rolstoelen hoog was, maar niet extreem hoog. Andere typische rolstoelersbewegingen zijn dus vermoedelijk verantwoordelijk, concludeert Veeger. ,,Mensen in een rolstoel moeten zich voortdurend opdrukken, en ze doen veel meer dingen bovenhands.”

Prikkels

Door anderen is het model gebruikt voor onderzoek naar de belasting van de schouders van vuilnismannen, die na de invoering van rugbeschermende maatregelen steeds meer schouderklachten kregen. Ook kwam de virtuele schouder chirurgen van pas bij de voorbereiding op experimentele ‘peestransfers’. Dit zijn operaties waarbij een pees van een nog werkende spier gebruikt wordt om bijvoorbeeld een verlamde arm weer een beetje aan het werk te krijgen.

Nog weer andere onderzoekers willen het model gebruiken voor onderzoek naar schouderverlamming door hersenbloedingen. De Delftse schouder gaat de hele wereld over, beaamt Van der Helm. ,,Ik geloof niet dat andere modellen het erbij halen”, stelt Veeger trots, al wil hij er ook weer niet mee leuren. ,,We doen niet ons best om het op zo groot mogelijke schaal te exporteren.”

De schouder lijkt een weinig spectaculair lichaamsdeel, vooral bedoeld om de ruimte tussen arm en lichaam op te vullen. Een grove onderschatting, vinden prof.dr. Frans van der Helm en dr. Dirk-Jan Veeger van de ‘schoudergroep’ bij werktuigbouwkunde. Deze groep ontwikkelde een biomechanisch computermodel van dit essentiële gewricht, een model met veel toepassingen.

Neem bijvoorbeeld mensen met ernstige reuma, een steeds verergerende ontsteking van de gewrichten. Wanneer ze tegen de pijn een kunstschouder krijgen, leveren ze vaak fors in aan kracht, coördinatie en bewegingsmogelijkheden van de arm. ,,Mensen kunnen hun armen dan niet meer boven hun schouders krijgen”, zegt Van der Helm. ,,Ze kunnen dus niet meer bij hun hoofd. Sommige mensen krijgen zelfs problemen met het afvegen van hun billen.”

De schoudergroep werkt aan een nieuw ontwerp voor een kunstschouder, ofwel een ‘endoprothese’. Ze maken daarbij uitvoerig gebruik van het model van Van der Helm en Veeger. Daarnaast kan een arts met het computermodel van tevoren verschillende bevestigingsplekken voor de kunstschouder uitproberen, en voorspellen hoe de schouder dan functioneert. De arts hoeft zo niet te gokken. ,,We hebben experimenten gedaan met patiënten, en het voorspelde functieherstel komt aardig overeen met het voorspelde herstel”, zegt Van der Helm.

Het probleem bij het namaken van een schoudergewricht is dat de kom van het gewricht erg ondiep is, zodat de arm veel bewegingsvrijheid heeft. ,,De kop van de bovenarm wordt door spieren in de kom gehouden, en dat luistert heel nauw”, zegt Van der Helm. ,,Als er bij dat stabiliseren iets misgaat, verstijven de spieren. Dan verliezen mensen kracht.” Een vergelijkbaar probleem treedt op als een gebroken schouderblad niet helemaal in de goede positie heelt.

,,Hier zie je de plaatsing van schouderbladprothese”, zegt Van der Helm, en schuift een bloederige foto op tafel. De patiënt op de operatietafel is opengesneden tot waar het bot zou moeten zitten. In plaats daarvan is tussen de spieren een glimp te zien van de geïmplanteerde endoprothese.

,,Die wond is behoorlijk diep”, zegt Van der Helm. De opening is daarbij ook vrij nauw, omdat je een patiënt nou eenmaal niet volledig open kan leggen. Dat is niet makkelijk manoeuvreren voor een chirurg die het implantaat aan het bot moet bevestigen.

Morbide

De computerschouder komt niet alleen voor intern gebruik van pas, zegt Veeger. Met behulp van een uitgebreide versie van het model, waarin ook de onderarm is toegevoegd, onderzoekt hij de biomechanica van het rijden met een rolstoel, vooral op zijn andere werkplek aan de faculteit bewegingswetenschappen in Amsterdam. Van der Helm tovert op zijn computer een filmpje tevoorschijn van een sterk gestileerde rolstoelgebruiker, een skelet met rode lijntjes als spieren. Als het figuurtje aan het rijden slaat met een rolstoel, worden de lijntjes dikker bij het aanspannen van de spieren.

Uitgaande van een gegeven beweging kan het model de daarvoor nodige spierspanningen terugrekenen. ,,Het is eigenlijk een verzameling vergelijkingen die voortdurend opnieuw uitgerekend wordt”, zegt Veeger. De gegevens in het model, spierdiktes, aanhechtingsplaatsen en botvormen, zijn allemaal afkomstig van een ‘kadaver’. Het is een beetje een morbide detail, beaamt Veeger, maar je hebt nou eenmaal een voorbeeld nodig om op te meten, en dat is een overledene geweest.

Veeger gebruikte de virtuele schouder onder andere om de schouderklachten van rolstoelgebruikers tegen het licht te houden. ,,Rolstoelers hebben vaak schouderklachten, maar dat betekent nog niet meteen dat dat ook van het rijden met een rolstoel komt”, zegt hij. Berekeningen met het model bewezen dat de belasting van de schouder tijdens het rolstoelen hoog was, maar niet extreem hoog. Andere typische rolstoelersbewegingen zijn dus vermoedelijk verantwoordelijk, concludeert Veeger. ,,Mensen in een rolstoel moeten zich voortdurend opdrukken, en ze doen veel meer dingen bovenhands.”

Prikkels

Door anderen is het model gebruikt voor onderzoek naar de belasting van de schouders van vuilnismannen, die na de invoering van rugbeschermende maatregelen steeds meer schouderklachten kregen. Ook kwam de virtuele schouder chirurgen van pas bij de voorbereiding op experimentele ‘peestransfers’. Dit zijn operaties waarbij een pees van een nog werkende spier gebruikt wordt om bijvoorbeeld een verlamde arm weer een beetje aan het werk te krijgen.

Nog weer andere onderzoekers willen het model gebruiken voor onderzoek naar schouderverlamming door hersenbloedingen. De Delftse schouder gaat de hele wereld over, beaamt Van der Helm. ,,Ik geloof niet dat andere modellen het erbij halen”, stelt Veeger trots, al wil hij er ook weer niet mee leuren. ,,We doen niet ons best om het op zo groot mogelijke schaal te exporteren.”