Weefsels lezen met licht

Bij kanker-operaties is het uiteraard zaak dat een tumor volledig verwijderd wordt. Om dit zo goed mogelijk te doen baseert de chirurg zijn operatieplan op beelden die tijdens de diagnostische fase gemaakt worden met beeldvormende technieken. Tijdens de operatie is hij dan grotendeels aangewezen op zijn zintuigen. Volgens Benno Hendriks, deeltijdhoogleraar Optics for minimally invasive instruments bij de TU Delft en Research Fellow bij Philips Research in Eindhoven, kan dit beter. Te vaak blijft een stukje aangetast weefsel achter of is gezond weefsel beschadigd door de operatie. Dit kan leiden tot her operaties, extra behandelingen en slechtere patiëntuitkomsten. Meer terugkoppeling tijdens de operatie kan uitkomst bieden. Hoe? Volgens Hendriks door de toevoeging van optische terugkoppeling in medische instrumenten. 

Eenvoudig gezegd draait dat om het herkennen van weefsels met behulp van licht. Verschillende moleculen absorberen en zenden licht uit op verschillende golflengtes. Wij zien dat als kleur; daarom is bloed bijvoorbeeld rood en vetweefsel geel. “Met spectroscopie kijken we naar die kleuren van het licht aan de hand van die golflengtes. Daarmee kunnen we nauwkeuriger onderscheid maken dan het oog kan”, zegt Hendriks.

Biopsienaalden van glasvezeltechnologie

Dat fenomeen heeft hij de afgelopen jaren onder meer toegepast om biopsienaalden van optische terugkoppeling te voorzien. Hendriks legt uit: “Als je bijvoorbeeld een biopt moet nemen in een long, dan beweegt die tijdens de procedure door de ademhaling. Dus hoe nauwkeurig je vooraf gemaakte röntgen- of MRI-beelden  ook zijn, er blijft kans op onnauwkeurigheid tijdens het plaatsen van die naald.” Om dat te verhelpen, hebben Hendriks en zijn collega’s biopsienaalden van glasvezeltechnologie voorzien. “De uiteinden van de glasvezels komen op de tip van de naald. Eén glasvezel fungeert als lampje en schijnt licht het weefsel in; een andere glasvezel neemt het licht dat door het weefsel gegaan is weer op en dat signaal wordt naar een detector gestuurd”, legt hij uit. Op die manier kan worden uitgelezen of het om normaal of afwijkend weefsel gaat. 

Tenminste, dan moet natuurlijk wel eerst duidelijk zijn hoe je normaal en afwijkend weefsel van elkaar onderscheidt. Daar is heel wat onderzoek aan vooraf gegaan. “Ik heb in ziekenhuizen allerlei weefsels in verschillende situaties  gemeten”, vertelt Hendriks. “Om te beginnen op de pathologieafdeling met weefsels afkomstig van patiënten.” Hij werkte hier onder ander voor samen met het Nederlands Kanker Instituut. Gewapend met de kennis over het weefsel moest vervolgens de technologie in de biopsienaalden worden verwerkt. “Dat is nog best complex, omdat het een bewegend systeem is. De laatste stap in de ontwikkeling is dan dat je je instrument in de praktijk valideert.”

Marktintroductie

Na al die stappen in de ontwikkeling is het aan het bedrijfsonderdeel – van Philips of een andere onderneming –  om te kijken of het de juiste tijd is voor de marktintroductie. Geld speelt daarbij uiteraard een rol.  Hendriks deed bijvoorbeeld ook onderzoek naar de mogelijkheden voor een vergelijkbaar systeem voor weefselherkenning bij regionale anesthesie. “Bij regionale anesthesie moet je de naald heel dicht bij de zenuw brengen. Zit je er te ver vandaan, dan werkt het niet. Doe je het op de verkeerde plek, dan kun je de zenuw beschadigen”, vertelt hij. Spectroscopische beeldherkenning van het zenuwweefsel zou daar goed bij kunnen helpen. “Maar een anesthesienaald is een vrij goedkoop hulpmiddel. Er zit altijd een grens aan wat de technologie mag kosten. Als zo’n anesthesie- of biopsienaald door de innovatie te duur wordt, zal die toch niet gebruikt gaan worden.” 

Slim chirurgisch mes

Hoewel het misschien lijkt of nieuwe technologie vooral kosten toevoegt, kunnen er in werkelijkheid juist veel medische en maatschappelijke kosten mee bespaard worden. Een van de ideeën die Hendriks nog meer heeft is het aanpassen van de veelgebruikte elektrische operatiemessen, waarmee  weefsel  wordt weggebrand. “Je zou zo’n mes slim kunt maken, zodat de tip van het mes het weefsel herkent voor je gaat snijden”, legt hij uit. “Het snijdt alleen als je op de knop drukt en dat kun je uitstekend verwerken in de terugkoppelingslus.  Als die een signaal geeft dat je moet stoppen, stopt het mes onmiddellijk.”  De spectroscopische weefselherkenning als voor bijvoorbeeld de biopsienaalden is echter niet een-op-een te gebruiken. “Dit is een stuk complexer, want als je snijdt, verander je ook het weefsel in de omgeving van het mes een beetje. Vergelijk het met vlees dat bruin wordt als je het bakt. Dat heeft dus invloed op de optische signalen die je krijgt.” 

“We moeten daarom eerst allerlei onderzoek doen naar de interactie van het mes met het weefsel”, gaat hij verder.  Terug naar af dus, en naar het pathologielab. En dat is pas het begin, want hoe integreer je vervolgens de terugkoppeling precies in het mes en behoud je tegelijkertijd de overige functionaliteit? Ook de chirurg moet bij dit onderzoek betrokken worden. “Hoe gebruikt die precies het mes? Wanneer is het voor een chirurg zinvol om terugkoppeling te krijgen? Dat zijn nog een hoop vragen die de komende jaren beantwoord moeten worden”, stelt Hendriks. Het chirurgisch mes is nog maar één voorbeeld. “Er worden veel meer instrumenten gebruikt tijdens operaties,  zoals hechtmachines of apparaten om darmverbindingen te maken. Die zou je allemaal op deze manier slimmer kunnen maken en daarmee allerlei complicaties voorkomen.”

Innovatie & samenwerking

Integratie en samenwerking zijn daarbij onontbeerlijk. “Het toverwoord voor innovatie in de medische wereld is ‘simpel’. Het moet gemakkelijk en intuïtief te gebruiken zijn”, zegt Hendriks. “Dat is ook de insteek van Philips: als je innovaties naar het ziekenhuis brengt, zorg dan dat het niet om losse componenten gaat, maar op een totaalconcept.” Volgens Hendriks maakt het samenspel van alle partijen innovatie succesvol. “Een stuk van de oplossing ligt bij bedrijven als Philips, een stuk bij de TU Delft en een stuk bij het ziekenhuis.  Je moet dus in een vroeg stadium met elkaar samenwerken.”  

Een goed voorbeeld vindt hij het hartkatheterisatielab, waar niet alleen diagnoses gesteld worden, maar ook stents in vernauwde slagader s worden aangebracht en zelfs vervangende hartkleppen via de lies kunnen worden ingebracht. “Iets waar vroeger een openhartoperatie voor nodig was is nu nog maar een ingreep van een aantal minuten. Je stapt bij wijze van spreken van de tafel af en kunt naar huis”, zegt Hendriks. “Dat is de kracht van de integratie van al die systemen als beeldvorming, navigatie en instrumenten. Daardoor is iets dat heel complex is toch eenvoudig gebleven.” 

Persoonlijke drijfveer

Met zijn nieuwe leerstoel komen veel van de in de operatiekamer te integreren componenten samen. ““De TU Delft is bijvoorbeeld heel goed in systemen voor besturing en terugkoppeling van slimme instrumenten, zoals voor sleutelgatoperaties. Ook naar de workflow in de operatiekamer en het trainen van medici in het gebruik van nieuwe systemen wordt hier gekeken.” Hendriks voorziet grote mogelijkheden. “Bij de meeste operaties komt het nu nog uitsluitend aan op de kunde van de chirurg. Als je de beeldbegeleiding van de diagnostische fase naar de operatiekamer kunt brengen, ben je al een stap verder. Als je dat ook nog eens kunt combineren met sensing-technologie en terugkoppeling breng je het hele veld voorwaarts. Dat is mijn doel.” 

“Als Research Fellow bij Philips heb ik de kans om zelf nieuwe richtingen af te tasten en mijn onderwerp breder te exploreren”, zegt Hendriks. “Onderzoek bij een bedrijf heeft toch een andere focus: een bedrijf kiest voor dingen die nu kansrijk zijn. Een universiteit kan meer naar de lange termijn kijken.” Hij ziet zijn huidige dubbelfunctie als een mogelijkheid om die twee wel dichter bij elkaar te brengen. “Je kunt het niet alleen. Richtingen die over een paar jaar interessant kunnen worden, kun je niet allemaal aftasten als bedrijf. Aan de andere kant, is het voor een universiteit weinig zinvol om potentiele oplossingen verder te brengen en er dan jaren later achter te komen dat niemand het in de praktijk wil hebben. Juist de overbrugging van die twee situaties wil ik aan meewerken.”

Lees hier het persbericht.

De volgende berichten verschenen over dit onderzoek in de media: 

Benno Hendriks

Deel deze pagina: