spacer.png, 0 kB
Volg Cursor via Twitter Volg Cursor via Facebook Cursor RSS feed
spacer.png, 0 kB

spacer.png, 0 kB
Sluitstuk

Robot voor kernfusiereactor
Cursor in PDF formaatCursor als PDF
    PrintE-mail Tweet dit artikel Deel dit artikel op Facebook
    Compacte robot biedt meer ruimte aan operatietafel
    23 september 2010 - Onderzoekster ir. Linda van den Bedem van Werktuigbouwkunde ontwierp de slave van een compacte operatierobot die voor chirurgen een uitkomst kan betekenen. Hij is kleiner, stabieler en handzamer dan de huidige generatie robots. Het medisch personeel krijgt hierdoor meer ruimte aan de operatietafel. Bovendien voorziet deze robot de chirurgen van krachtterugkoppeling.
    Linda van den Bedem bij de ‘slave’-robot van Sofie, die zij mede ontwikkeld heeft.
    Foto | Bart van Overbeeke

    Ooit bedacht door het Amerikaanse leger; de operatierobot. Om ervoor te zorgen dat dure chirurgen niet naar het front hoefden, maar ze op afstand een ingreep konden verrichten. Inmiddels staat de operatierobot ook in de civiele medische wereld vooraan. Met behulp van robotchirurgie kunnen zeer gecompliceerde en precieze kijkoperaties (minimaal-invasieve chirurgie) worden uitgevoerd in borstkas en buikholtes.

    De operatierobot deed in 2000 zijn intrede in Nederland. Het Universitair Medisch Centrum (UMC) in Utrecht had de primeur. Tegenwoordig zijn negen ziekenhuizen bedreven in robotchirurgie en werkt het UMC al met een derde generatie van de Da Vinci. Deze operatierobot wordt gemaakt door het Amerikaanse Intuitive Surgical, het enige bedrijf ter wereld dat operatierobots ontwikkelt en bouwt. Tot nu toe. Als het aan Linda van den Bedem ligt, krijgen de Amerikanen concurrentie van Sofie (Surgeon’s Operating Force-feedback Interface Eindhoven).

    Sofie is volop in ontwikkeling en bestaat uit een master (het ‘stuurpaneel’ van de chirurg, ontwikkeld door ir. Ron Hendrix van de faculteit Werktuigbouwkunde), een slave (het robotonderdeel dat de operatie aan de tafel uitvoert), elektronica hardware en de benodigde control. Het systeem voorziet de chirurg van zogeheten tactiele terugkoppeling zodat hij voelt welke krachten hij uitoefent op bijvoorbeeld weefsel of hechtdraad. Het biedt ook de mogelijkheid om een doelorgaan van verschillende kanten te benaderen en zelfs ‘om de hoek’ te opereren. Verder is er de vrijheid om zo goed mogelijk de patiënt en het operatiegebied te bereiken. Deze eigenschappen worden toegevoegd aan de Da Vinci, die geldt als wereldstandaard.

    Van den Bedems onderzoek, gesubsidieerd door technologiestichting STW, richtte zich op het ontwerp en realisatie van een prototype van de slave van de operatierobot. Ter oriëntatie woonde ze 21 operaties bij, waarvan 13 met gebruik van de Da Vinci. “Ik heb medisch personeel zien werken met gestrekte armen omdat de geleidingen van de robot zo ver uitstaken dat ze er niet goed bij konden.”

    Dat kan beter, dacht ze. Als letterlijke basis voor haar ontwerp kon ze gebruikmaken van een vinding van haar copromotor dr.ir. Nick Rosielle. De TU/e patenteerde het idee om een enkel frame aan de tafel te koppelen met daaraan manipulatoren voor instrumenten en een endoscoop. Van den Bedem: “Een Da Vinci staat op de operatievloer. Zodra je de patiënt wilt verplaatsen, moet je alles loskoppelen en opnieuw instellen.”

    Op het frame is plaats voor drie manipulatoren of de robotarmen. Twee ervan zijn voor de medische instrumenten, de derde is voor de camera. Het aantal armen is uit te breiden. Het frame van de slave telt, inclusief platform, twintig vrijheidsgraden. Alles zwenkt, draait, tilt, gaat vooruit, achteruit, omhoog en omlaag. Elke manipulator voegt daar vier geactueerde bewegingen van het instrument aan toe. Aan het uiteinde van het lange slanke medische instrument zitten nog eens vier geactueerde bewegingen. Het ziet eruit als een vogelbekje dat in alle richtingen valt te bewegen. Met een soort polsbeweging kan het zelfs ‘om de hoek’ aan het werk. Een mooi stukje fijnmetaal uit de keuken van de Gemeenschappelijk Technische Dienst van de TU/e, waarmee Van den Bedem samenwerkte.

    “Voor het instrument hebben we een diameter van 8,5 millimeter gekozen. Die diameter is van belang voor de grootte van de incisie. Maar uit literatuuronderzoek bleek dat de krachten die we op dat bekje willen uitoefenen nogal groot zijn om door zo’n klein buisje te gaan. Die krachten kun je niet met normale materialen aan. Daarom hebben we speciale keramische tandwielen moeten laten maken. Dat was een van de lastige dingen.”

    Van den Bedem kreeg geregeld chirurgen over de vloer. De artsen gaven praktische wenken en toonden zich erg enthousiast over het prototype dat Van den Bedem had ontworpen. “Alle systemen die ik ben tegengekomen, hebben allemaal wel iets van onze robot, maar geen enkele heeft alles geïntegreerd.”

    Het prototype zal op diverse punten nog worden verbeterd. Want hoe kleiner en compacter, hoe stabieler de robot wordt. Een belangrijk aspect bij microscopische chirurgie. Momenteel wordt nog gewerkt aan de haptische control. De gegevens van de krachtsensoren die ze naar de control sturen, worden omgezet in een ‘tegendruk’ op de joysticks waarmee de medische instrumenten worden bediend. Zo kan een chirurg precies ‘voelen’ welke kracht hij uitoefent als hij een hechting aanbrengt of een stukje weefsel opzij drukt.

    “Over niet al te lange tijd kunnen we gaan testen op dummy’s. Vervolgens moet er een medisch-ethische commissie naar kijken, is certificering door bijvoorbeeld KEMA nodig en kunnen we aan dierproeven gaan denken. Dan zijn we zo vier tot vijf jaar verder. Ik ben nu met een paar collega’s en het Innovation Lab een business case aan het opstellen. Een Da Vinci kost zo’n 2,4 miljoen euro. Mijn doel is om een robot te produceren onder een miljoen euro. We gaan dus kijken of het ding potentie heeft. Ik heb het gevoel van wel, maar dat is niet een voldoende argument”, lacht ze. (FvO)

    Linda van den Bedem promoveerde 22 september op haar proefschrift: ‘Realization of a demonstrator slave for robotic minimally invasive surgery’.

    Mechanical Engineering researcher ir. Linda van Bedem developed a slave for compact surgery robots, which could be a perfect solution for surgeons. It’s smaller, more stable, and more manageable compared to the current generation of robots. For medical staff, the development means more space at the operating table. Moreover, the new robot provides surgeons with force feedback.