- Sluitstuk , Onderzoek
- 18/04/2018
Sluitstuk | Slim aangestuurde katheters
Openhartoperaties zijn ingrijpend en risicovol. Als het enigszins mogelijk is, hebben minimaal-invasieve operaties, zoals katheterisaties, dus de voorkeur. Rolf Gaasbeek werkte daarom als promovendus aan een katheter met geheugenmetaal die elektrisch kan worden aangestuurd door de arts, en op termijn wellicht zelfs automatisch op basis van röntgenbeelden.
Steeds meer ingrepen aan het hart worden uitgevoerd met een katheterisatie, waarbij een dunne holle buis, via de lies of pols, door een ader naar het hart wordt gebracht. Op die manier kunnen vernauwingen in bloedvaten rond het hart worden opgelost door ter plekke een soort ballonnetje op te blazen (‘dotteren’) en eventueel daarna een buisje te plaatsen om de (slag)ader open te houden (een ‘stent’).
Daarnaast worden katheters ook gebruikt voor zogeheten ablatie-operaties, waarbij een deel van het hartweefsel bewust kapotgemaakt wordt door verhitting, om hartritmestoornissen te verhelpen. Daarvoor moet de arts in staat zijn om met het uiteinde van de katheter een soort rondje langs de binnenwand van bijvoorbeeld een hartkamer te maken, vertelt Rolf Gaasbeek. “Die aansturing gebeurt nu door te trekken aan draden die door de hele katheter lopen. Dat is een lastig karwei, en daardoor duurt zo’n ablatie-operatie ook meerdere uren.”
Schadelijke straling
Om ervoor te zorgen dat de arts kan zien wat hij of zij doet, worden bovendien voortdurend röntgenafbeeldingen gemaakt, waardoor de arts ook voortdurend schadelijke straling opvangt. Volgens Gaasbeek hebben hartchirurgen daardoor een drie keer zo grote kans op kanker. “Voor hen zou het dus gezonder zijn als ze het katheter van een afstand kunnen besturen, maar dat is voor de huidige methode, met de trekdraden, moeilijk te realiseren.”
Tekst loopt door onder afbeelding
Daarom werkte Gaasbeek voor zijn promotie aan een katheter met elektrische aansturing, door middel van zogeheten geheugenmetaal. “Dat is een materiaal dat van kristalstructuur verandert als je het opwarmt door er een elektrische stroom doorheen te sturen. Hierdoor krimpt het geheugenmetaal, maar als je het vervolgens laat afkoelen, keert het terug naar zijn oorspronkelijke vorm. Vandaar de naam geheugenmetaal.”
Het geheugenmetaal dat het verst kan rekken en de grootste krachten kan leveren is een legering van nikkel en titanium, vertelt Gaasbeek. “Dit geheugenmetaal wordt al gebruikt als materiaal voor stents, die verfrommeld worden ingebracht en dan na afkoelen uitrekken tot een stevig buisje, en ook andere toepassingen waarbij slechts twee specifieke toestanden nodig zijn.” Het geheugenmetaal is echter lastiger te gebruiken als actuator, waarbij de vorm juist geleidelijk en controleerbaar moet veranderen. De taak van Gaasbeek, als expert op het gebied van regeltechniek, was om daar een oplossing voor te bedenken.
Geheugendraden
De kersverse doctor – hij promoveerde op 4 april – kreeg het voor elkaar om een katheter te maken waarvan het uiteinde de vereiste bewegingen kan maken voor een ablatie-operatie. Hiervoor bracht hij in de wand rond de holle kern van de katheter – in de lengterichting uiteraard – op gelijke afstand van elkaar drie geheugendraden aan, die elk afzonderlijk op een elektrische voeding worden aangesloten.
Tekst loopt door onder afbeelding
Door de stroom door elk van de draden slim te variëren, kan hij het geheugenmateriaal zodanig manipuleren dat het uiteinde van de katheter binnen een paar seconden de gewenste beweging uitvoert. In principe kan de draad zelfs volledig terugbuigen, als een slang die achterom kijkt: een flexibiliteit die nodig is voor de bewuste ablatie-operaties. Op termijn kan de elektrische aansturing wellicht nog gekoppeld worden aan de röntgenbeelden, zodat de katheter grotendeels autonoom zijn werk kan uitvoeren.
Daarnaast is het mogelijk om aan de hand van de gemeten elektrische weerstand van de draden af te leiden welke krachten erop werken, legt Gaasbeek uit. “Zo kun je dus indirect voelen of het uiteinde in contact is met het weefsel.” Dat is voor artsen belangrijke informatie, benadrukt hij. “Uiteindelijk verwacht ik dat artsen door deze technologie met minder training toch dezelfde operaties kunnen uitvoeren en dat voor steeds minder ingrepen een openhartoperatie nodig zal zijn.
Robottechnologie
Net als het project van zijn collega Jordan Bos (onlangs ook in Sluitstuk), zal ook het promotiewerk van Rolf Gaasbeek voor de ontwikkeling van medische operatie-robots worden ingezet. Dat gebeurt binnen de TU/e-spin-off Eindhoven Medical Robotics, het vehikel waarmee Gaasbeeks promotor, universiteitshoogleraar Maarten Steinbuch, binnen tien jaar minimaal duizend mensen in de regio aan het werk wil hebben in de medische robottechnologie.
Hoofdfoto | Bart van Overbeeke
Discussie