Diepte zien in de buik

br />
De tip van de Delftse endo-periscoop is flexibel door een combinatie van spiraalveer met drie trekdraden. De tip kan zijwaarts worden verdraaid (links) en op en neer (rechts). Zo kan de chirurg een galbuis van verschillende kanten bekijken.

Grote littekens zijn verleden tijd bij een galblaasoperatie. De chirurg maakt vier kleine sneetjes in de buik: één voor een cameraatje, drie voor zijn instrumenten. Met een Delfts camerasysteem, de endo-periscoop, zijn ook ingewikkeldere buikoperaties mogelijk.

,,Waar klagen die chirurgen over?”, vroeg dr.ir. Paul Breedveld zich af toen hij voor het eerst een galblaasoperatie bijwoonde. ,,Het oogt allemaal uiterst effectief. Maar na een paar gesprekken begreep ik dat dat komt omdat de chirurgen de operatie talloze malen hebben geoefend. Ze zijn getraind.”

Aan een galblaasoperatie houdt een patiënt al enkele jaren geen litteken van vijftien centimeter meer over. De chirurg maakt vier kleine gaatjes in de buik. Drie voor de operatieinstrumenten, één voor een cameraatje: de endoscoop. Kijkend naar het beeldscherm boven het bed, klemt de arts de galbuis af, waarna de ontstoken blaas wordt weggehaald. De patiënt kan dezelfde dag nog naar huis.

Uiterst belangrijk is dat de chirurg inderdaad de galbuis afklemt en niet de verbinding tussen lever en darmen die erachter loopt. Met goede oefening is het onderscheid te leren. Maar omdat een chirurg met camera minder trefzeker is dan met het blote oog, worden lang niet alle operaties in de buik met de endoscoop uitgevoerd. Werktuigbouwkundige Paul Breedveld van de sectie mens-machine systemen probeert de besturing van de operatiecamera te verbeteren. Het resultaat is de endo-periscoop, een gepatenteerd minicameraatje waarmee meer diepte te zien is.

Escher

,,Veel mensen denken dat ze diepte kunnen zien omdat ze twee ogen hebben”, begint Breedveld een snelcursus ‘Wat is diepte’. ,,Maarals je één oog afplakt, fiets je echt niet tegen elke boom op. Stereovisie is helemaal niet zo belangrijk.”

De werktuigbouwkundige tovert vervolgens een plaatje tevoorschijn op zijn laptop: een roofvogel zwevend boven een akker. ,,Hoe hoog vliegt de vogel?” ,,Moeilijk hè? En nu?” Plots ligt er een schaduw over de akker en zweeft het dier duidelijk vlak boven de goudgele halmen.

De onderzoeker heeft nog meer voorbeelden van visuele cues, hints waarop we vormen kunnen inschatten. Een boom voor de berg op een vakantiefoto die laat zien hoe hoog hij is. De Escher-gravure achter Breedveld, waarin een pilaar laat zien dat de ene trap boven de ander loopt. ,,En probeer eens een draad door een naald te rijgen zonder de naald even rond te draaien. Een object van verschillende kanten bekijken helpt ook om diepte in te schatten.”

Spiraalveer

De ’traditionele’ endoscoop geeft helaas weinig schaduw in de buik. De reden is dat het lampje vlak boven de lens zit. De kwaliteit van het beeld is daardoor eerder dat van het fotohokje op het station dan van een professionele fotograaf. Een andere nadeel is dat de endoscoop een beeld geeft dat ‘gedraaid’ is. De camera kijkt vanuit een andere hoek de buik in dan de chirurg zou doen bij een gewone operatie. Zou je de endoscoop namelijk recht voor de chirurg in de buik steken dan zit hij de arts in de weg. Bovendien kijkt de chirurg niet zoals bij een gewone operatie naar zijn handen, maar naar een televisiescherm boven zijn hoofd. Een goede chirurg is aan al deze ‘afwijkingen’ gewend door veel oefenen, maar het blijft een onnatuurlijk oog-handcoördinatie.

Breedvelds endo-periscoop heeft een aantal handigheidjes, die het de chirurg makkelijker maken. De kop waarin de lens komt te zitten is veel wendbaarder (zie figuur). Het cameraatje kan zijwaarts én op en neer buigen om een object van verschillende kanten te bekijken. Dit kan dankzij een slimme combinatie van een spiraalveer met drie trekdraden. Die er bovendien voor zorgt dat de stand van de tip exact gelijk is aan die van het bedieningshandvat, zodat de beweging ‘logisch’ is.

Ook kan de endoscoop probleemloos recht voor de chirurg in de buik van de patiënt gestoken worden. Een assistent kan de camera namelijk vanaf de zijkant bedienen. Een hoger geplaatst lampje tenslotte geeft meer indirect licht en dus meer schaduw.

Varkens

Een eerste model van de endo-periscoop ligt in een fluwelen doos te glanzen op Breedvelds kamer. Uitgetest op patiënten is hij nog niet. Breedveld: ,,Dit is het allereerste exemplaar. Terwijl we hem aan het fabriceren waren, bedachten we al weer verbeteringen. In de ruststand is de tip van dit ontwerp bijvoorbeeld gekromd, dat blijkt niet handig bij het insteken van het apparaat.”

Inmiddels zijn de onderdelen van een nieuwe prototype gearriveerd. Ze komen van het Tokyo Institute of Technology, waar ook het eerste exemplaar door de onderzoeker is gemaakt. In de komende weken zal Breedveld het prototype in elkaar zetten, waarna de echte testskunnen beginnen. Eerst volgt een test in een plastic kunstbuik, daarna tests in een varken. Maar daarvoor moeten eerst de bestelde steriele latexhulzen binnenkomen om het apparaat tijdens een operatie te omhullen. Na geslaagde dierproeven, volgt dan de echte praktijk.

Breedveld zal dit niet van dichtbij meemaken. ,,Wij zijn op zoek naar een bedrijf die het patent wil kopen en het idee verder wil ontwikkelen. Voor mij houdt het na de eerste dierproeven op.” Belangstelling van bedrijven is er inmiddels, maar definitieve toezeggingen nog niet.

Heeft Breedveld geen interesse om zijn ontdekking zelf te commercialiseren? ,,Nee, ik ben een echte wetenschapper. Het werk in deze groep boeit me te zeer. Ik denk alweer na over volgende projecten. Ik wil bijvoorbeeld de apparatuur voor darmonderzoek verbeteren. De bestaande camera’s hebben moeite om soepel door de sterk geplooide dikke darm te glijden.”

Virtueel opereren

Hoewel zijn onderzoek in eerste instantie misschien anders doet vermoeden, is Breedveld niet gecharmeerd van recente futuristische verhalen over ‘opereren op afstand’ en ‘joystick operaties’. ,,Een Amerikaan die een Japanner opereert via een satellietverbinding? Daar geloof ik niet zo in. Het risico is te groot. Stel dat de verbinding plots wegvalt. En de vertraging in beelden kan ook problemen opleveren. Realtime opereren kent veel minder risico’s. Dat vinden ook de chirurgen die ik spreek. Als het dan zo’n bijzondere operatie is, laat die chirurg dan in het vliegtuig stappen. ”

Het idee achter ‘virtueel opereren’, vertelt Breedveld, is afkomstig uit de slagveldchirurgie. Artsen zouden zo op veilige afstand van het oorlogsgeweld hun patiënten kunnen behandelen met hulp van robots. ,,Die robots zijn natuurlijk wel erg nuttig voor fijne chirurgie, zoals oog- en hersenoperaties. Voor dat werk zijn vingers en gewone instrumenten eigenlijk te grof. Maar voor de algemene chirurgie zie ik er niet veel heil in. Al zijn veel bedrijven er druk mee bezig.”

De onderzoeker vindt dat het onderzoek naar biomedische apparatuur klinisch gedreven moet zijn, net als bij zijn endo-periscoop. ,,Daar ligt de taak voor de technische universiteiten. Praat met een arts of chirurg over zijn problemen en bedenk een fundamentele oplossing. Zelf doen ze dat niet. Het zijn immers artsen, geen ingenieurs.”

Rondneuzen

De endo-periscoop maakt het wellicht mogelijk om ook ingewikkelder buikoperaties uit te voeren zonder de buik open te leggen. En ook even rondneuzen in de buik op zoek naar bijvoorbeeld uitzaaiingen wordt zo een stuk eenvoudiger, denkt Breedveld.

”Je weet nooit honderd procent zeker of de camera straks in de praktijk gebruikt gaat worden. Dat hangt voor een belangrijk deel van de interesse van bedrijven af. Maar het leuke van dit werk is toch dat je mensen kunt helpen. Mijn vorige onderzoek ging over eeninternationaal ruimtestation. Een leuk, fantastisch onderwerp. Maar hier staat het nut gewoon buiten kijf.”

Een operatie assistent kan de endo-periscoop van opzij bedienen. Hij hoeft de chirurg niet van achteren te omarmen om een beeld te krijgen in de oog-handlijn van de chirurg.

De tip van de Delftse endo-periscoop is flexibel door een combinatie van spiraalveer met drie trekdraden. De tip kan zijwaarts worden verdraaid (links) en op en neer (rechts). Zo kan de chirurg een galbuis van verschillende kanten bekijken.

Grote littekens zijn verleden tijd bij een galblaasoperatie. De chirurg maakt vier kleine sneetjes in de buik: één voor een cameraatje, drie voor zijn instrumenten. Met een Delfts camerasysteem, de endo-periscoop, zijn ook ingewikkeldere buikoperaties mogelijk.

,,Waar klagen die chirurgen over?”, vroeg dr.ir. Paul Breedveld zich af toen hij voor het eerst een galblaasoperatie bijwoonde. ,,Het oogt allemaal uiterst effectief. Maar na een paar gesprekken begreep ik dat dat komt omdat de chirurgen de operatie talloze malen hebben geoefend. Ze zijn getraind.”

Aan een galblaasoperatie houdt een patiënt al enkele jaren geen litteken van vijftien centimeter meer over. De chirurg maakt vier kleine gaatjes in de buik. Drie voor de operatieinstrumenten, één voor een cameraatje: de endoscoop. Kijkend naar het beeldscherm boven het bed, klemt de arts de galbuis af, waarna de ontstoken blaas wordt weggehaald. De patiënt kan dezelfde dag nog naar huis.

Uiterst belangrijk is dat de chirurg inderdaad de galbuis afklemt en niet de verbinding tussen lever en darmen die erachter loopt. Met goede oefening is het onderscheid te leren. Maar omdat een chirurg met camera minder trefzeker is dan met het blote oog, worden lang niet alle operaties in de buik met de endoscoop uitgevoerd. Werktuigbouwkundige Paul Breedveld van de sectie mens-machine systemen probeert de besturing van de operatiecamera te verbeteren. Het resultaat is de endo-periscoop, een gepatenteerd minicameraatje waarmee meer diepte te zien is.

Escher

,,Veel mensen denken dat ze diepte kunnen zien omdat ze twee ogen hebben”, begint Breedveld een snelcursus ‘Wat is diepte’. ,,Maarals je één oog afplakt, fiets je echt niet tegen elke boom op. Stereovisie is helemaal niet zo belangrijk.”

De werktuigbouwkundige tovert vervolgens een plaatje tevoorschijn op zijn laptop: een roofvogel zwevend boven een akker. ,,Hoe hoog vliegt de vogel?” ,,Moeilijk hè? En nu?” Plots ligt er een schaduw over de akker en zweeft het dier duidelijk vlak boven de goudgele halmen.

De onderzoeker heeft nog meer voorbeelden van visuele cues, hints waarop we vormen kunnen inschatten. Een boom voor de berg op een vakantiefoto die laat zien hoe hoog hij is. De Escher-gravure achter Breedveld, waarin een pilaar laat zien dat de ene trap boven de ander loopt. ,,En probeer eens een draad door een naald te rijgen zonder de naald even rond te draaien. Een object van verschillende kanten bekijken helpt ook om diepte in te schatten.”

Spiraalveer

De ’traditionele’ endoscoop geeft helaas weinig schaduw in de buik. De reden is dat het lampje vlak boven de lens zit. De kwaliteit van het beeld is daardoor eerder dat van het fotohokje op het station dan van een professionele fotograaf. Een andere nadeel is dat de endoscoop een beeld geeft dat ‘gedraaid’ is. De camera kijkt vanuit een andere hoek de buik in dan de chirurg zou doen bij een gewone operatie. Zou je de endoscoop namelijk recht voor de chirurg in de buik steken dan zit hij de arts in de weg. Bovendien kijkt de chirurg niet zoals bij een gewone operatie naar zijn handen, maar naar een televisiescherm boven zijn hoofd. Een goede chirurg is aan al deze ‘afwijkingen’ gewend door veel oefenen, maar het blijft een onnatuurlijk oog-handcoördinatie.

Breedvelds endo-periscoop heeft een aantal handigheidjes, die het de chirurg makkelijker maken. De kop waarin de lens komt te zitten is veel wendbaarder (zie figuur). Het cameraatje kan zijwaarts én op en neer buigen om een object van verschillende kanten te bekijken. Dit kan dankzij een slimme combinatie van een spiraalveer met drie trekdraden. Die er bovendien voor zorgt dat de stand van de tip exact gelijk is aan die van het bedieningshandvat, zodat de beweging ‘logisch’ is.

Ook kan de endoscoop probleemloos recht voor de chirurg in de buik van de patiënt gestoken worden. Een assistent kan de camera namelijk vanaf de zijkant bedienen. Een hoger geplaatst lampje tenslotte geeft meer indirect licht en dus meer schaduw.

Varkens

Een eerste model van de endo-periscoop ligt in een fluwelen doos te glanzen op Breedvelds kamer. Uitgetest op patiënten is hij nog niet. Breedveld: ,,Dit is het allereerste exemplaar. Terwijl we hem aan het fabriceren waren, bedachten we al weer verbeteringen. In de ruststand is de tip van dit ontwerp bijvoorbeeld gekromd, dat blijkt niet handig bij het insteken van het apparaat.”

Inmiddels zijn de onderdelen van een nieuwe prototype gearriveerd. Ze komen van het Tokyo Institute of Technology, waar ook het eerste exemplaar door de onderzoeker is gemaakt. In de komende weken zal Breedveld het prototype in elkaar zetten, waarna de echte testskunnen beginnen. Eerst volgt een test in een plastic kunstbuik, daarna tests in een varken. Maar daarvoor moeten eerst de bestelde steriele latexhulzen binnenkomen om het apparaat tijdens een operatie te omhullen. Na geslaagde dierproeven, volgt dan de echte praktijk.

Breedveld zal dit niet van dichtbij meemaken. ,,Wij zijn op zoek naar een bedrijf die het patent wil kopen en het idee verder wil ontwikkelen. Voor mij houdt het na de eerste dierproeven op.” Belangstelling van bedrijven is er inmiddels, maar definitieve toezeggingen nog niet.

Heeft Breedveld geen interesse om zijn ontdekking zelf te commercialiseren? ,,Nee, ik ben een echte wetenschapper. Het werk in deze groep boeit me te zeer. Ik denk alweer na over volgende projecten. Ik wil bijvoorbeeld de apparatuur voor darmonderzoek verbeteren. De bestaande camera’s hebben moeite om soepel door de sterk geplooide dikke darm te glijden.”

Virtueel opereren

Hoewel zijn onderzoek in eerste instantie misschien anders doet vermoeden, is Breedveld niet gecharmeerd van recente futuristische verhalen over ‘opereren op afstand’ en ‘joystick operaties’. ,,Een Amerikaan die een Japanner opereert via een satellietverbinding? Daar geloof ik niet zo in. Het risico is te groot. Stel dat de verbinding plots wegvalt. En de vertraging in beelden kan ook problemen opleveren. Realtime opereren kent veel minder risico’s. Dat vinden ook de chirurgen die ik spreek. Als het dan zo’n bijzondere operatie is, laat die chirurg dan in het vliegtuig stappen. ”

Het idee achter ‘virtueel opereren’, vertelt Breedveld, is afkomstig uit de slagveldchirurgie. Artsen zouden zo op veilige afstand van het oorlogsgeweld hun patiënten kunnen behandelen met hulp van robots. ,,Die robots zijn natuurlijk wel erg nuttig voor fijne chirurgie, zoals oog- en hersenoperaties. Voor dat werk zijn vingers en gewone instrumenten eigenlijk te grof. Maar voor de algemene chirurgie zie ik er niet veel heil in. Al zijn veel bedrijven er druk mee bezig.”

De onderzoeker vindt dat het onderzoek naar biomedische apparatuur klinisch gedreven moet zijn, net als bij zijn endo-periscoop. ,,Daar ligt de taak voor de technische universiteiten. Praat met een arts of chirurg over zijn problemen en bedenk een fundamentele oplossing. Zelf doen ze dat niet. Het zijn immers artsen, geen ingenieurs.”

Rondneuzen

De endo-periscoop maakt het wellicht mogelijk om ook ingewikkelder buikoperaties uit te voeren zonder de buik open te leggen. En ook even rondneuzen in de buik op zoek naar bijvoorbeeld uitzaaiingen wordt zo een stuk eenvoudiger, denkt Breedveld.

”Je weet nooit honderd procent zeker of de camera straks in de praktijk gebruikt gaat worden. Dat hangt voor een belangrijk deel van de interesse van bedrijven af. Maar het leuke van dit werk is toch dat je mensen kunt helpen. Mijn vorige onderzoek ging over eeninternationaal ruimtestation. Een leuk, fantastisch onderwerp. Maar hier staat het nut gewoon buiten kijf.”