Om onderstaande en alle andere premium artikelen te lezen, moet u inloggen of een account aanmaken.
U kunt nog {free_articles_left} premium artikel gratis lezen. Om meer premium artikelen te lezen, moet u inloggen of een account aanmaken.
Een medisch hulpmiddel dat perfect past op de anatomie van de patiënt. Toekomstmuziek of werkelijkheid? In samenwerking met Atos Medical en het Medisch Spectrum Twente (MST), heeft het lectoraat Industrial Design van Hogeschool Saxion afgelopen jaar de eerste stappen gezet in het ontwikkelen van een nieuw type medisch hulpmiddel: een hulpmiddel dat wordt ontworpen op basis van de anatomie van een specifieke patiënt, in plaats van een one/multiple-size (does not) fits all. Door gebruik te maken van CT-scandata, parametrisch ontwerpen en 3D-printen is een ontwerp gemaakt voor een larytube op maat.
Huidige medische hulpmiddelen worden vaak aangeboden in diverse maten en afmetingen; meestal gebaseerd op een gemiddelde patiënt. Zo kunnen de ontwerpen in massa gemaakt worden, met conventionele productie-technieken en bijhorende ontwerpsoftware. Een medisch specialist meet vervolgens de patiënt en kiest de maat die het best bij die patiënt past. In veel gevallen leidt dit tot een passing die acceptabel is, maar zeker niet perfect. En de passing is ook niet voor iedereen acceptabel. Slecht passende of ontbrekende oplossingen kunnen complicaties geven.
Het lectoraat Industrial Design heeft afgelopen jaar in het kader van het onderzoeksproject ‘Parametrische zorg’ onderzoek gedaan naar het op maat maken van medische hulpmiddelen voor vijf laryngectomiepatiënten van het MST.
Voor de behandeling van agressieve kankersoorten wordt soms het strottenhoofd in zijn geheel verwijderd. Hierbij wordt de luchtpijp omgeleid naar een gaatje in de hals: een stoma. In de stoma wordt permanent een klein siliconen buisje gedragen waardoor de patiënt kan ademen. Dit buisje is een larytube. Het voorkomt dat de stoma zich in de loop van de tijd zal sluiten. In het buisje zit een filter, zodat ingeademde lucht wordt verwarmd en bevochtigd. Dit voorkomt uitdroging en verschraling van het gevoelige luchtpijpweefsel. Deze larytubes worden op hun plek gehouden door pleisters die worden bevestigd met siliconen lijm, of een band die rond de hals wordt gedragen.
Het huidige ontwerp van deze larytube is opgebouwd uit perfect ronde vormen, met een rechte centerlijn. Deze zijn beschikbaar in één dezelfde hoek, met een beperkt aantal verschillende diameters en lengtes. Dit is echter een slechte representatie van de organische vorm waarin deze gedragen moet worden, namelijk de hals en luchtpijp van de patiënt.
Hoewel veel laryngectomiepatiënten goed genoeg geholpen zijn de bestaande larytubes, is er ook een groep patiënten die buiten de boot valt. Zij hebben door de ingrijpende chirurgie en bestralingen die zij hebben moeten ondergaan een sterk afwijkende anatomie. Hierdoor kunnen zij geen standaard larytube dragen, wat zorgt voor veel complicaties en ongemak.
Voor elk van deze patiënten is een nieuw ontwerp gemaakt door gebruik te maken van parametrische ontwerpsoftware. Met deze ontwerpmethodiek worden vormen en maten niet gedefinieerd in absolute afmetingen, maar door de relatieve relaties die verschillende vormen en maten met elkaar hebben. Hierdoor wordt het ook mogelijk om zeer complexe gebruikersdata – zoals CT-scandata – als input te gebruiken voor het generen van een ontwerp.
Een CT-scan bestaat uit honderden gestapelde 2D-plaatjes in drie verschillende richtingen (X, Y, Z). Met behulp van speciale segmentatie-software kunnen deze 2D-plaatjes worden omgezet naar een 3D-beeld. Dit 3D-beeld kan dan weer door de parametrische ontwerpsoftware worden gebruikt voor het maken van het uiteindelijke digitale ontwerp van het product. Voor dit onderzoekproject is gebruik gemaakt van de software Rhino met de plug-in Grasshopper. Hierin kunnen visuele algoritmes worden gemaakt door gebruik te maken van voorgeprogrammeerde bouwblokjes. Het begint met een bepaalde input – in dit geval de CT-scandata – en eindigt met een bepaalde output. Hier het digitale ontwerp van de larytube.
Met het algoritme wordt het mogelijk om delen van de patiëntspecifieke anatomie te kopiëren, om zo een nauw aansluitend en passend ontwerp te maken voor de individuele patiënt. In plaats van dat er voor iedere patiënt een compleet nieuw ontwerp gemaakt moet worden (wat het geval is met conventionele ontwerpsoftware), kan hierbij alleen de input worden veranderd om zo binnen aanzienbare tijd een nieuw, op maat gemaakt, ontwerp te genereren.
Het digitale ontwerp is een dusdanig complexe en organische vorm dat het eigenlijk maar met één productietechniek gemaakt kan worden: 3D-printen. Deze techniek is bij uitstek geschikt voor enkelstuks en kleine serieproductie. Door recente ontwikkelingen in 3D-printtechniek (resolutie, kostprijs) en het beschikbaar komen van nieuwe flexibele biomedische materialen wordt 3D-printen voor de medische sector een steeds interessanter. Bij het MST hebben ze in de afgelopen jaren een heus 3D-printlab opgezet om de reguliere zorg te ondersteunen. Hier worden nu dagelijks vooral veel zaagmallen geprint voor de kaakchirurgie. Maar dit lab zou in de toekomst mogelijk ook kunnen worden gebuikt voor het printen van patiëntspecifieke medische hulpmiddelen.
Binnen dit onderzoeksproject is onderzoek gedaan naar verschillende 3D-printtechnieken en is uiteindelijk gekozen voor SLA (StereoLitography Apparatus) 3D-printen. Hierbij wordt er een dunne laag van UV-uithardende kunsthars uit een groter reservoir heel lokaal belicht. De print verplaatst zich langzaam omhoog, waarbij het product als het ware uit de kunsthars wordt getrokken. Het eindresultaat van het eerste prototype is te zien in Figuur 1.
Het uitgangspunt van dit onderzoek was om een ontwerp te maken waarbij de patiënt centraal staat. Daarom is in verschillende sessies aan vijf deelnemende patiënten gevraagd wat zij van het ontwerp vonden. De uitkomsten van deze sessies zijn gebruikt om het ontwerp- en printproces verder te optimaliseren. Tijdens de gebruikstesten is de patienten gevraagd om de nieuwe larytube kortstondig te dragen, en normale gebruiksscenario’s te doorlopen. Je kan hierbij denken aan het schoonmaken van de larytube, het plaatsen van het filter en ademen en spreken door de tube.
Voor alle vijf patiënten zijn we geslaagd in het ontwerpen van een larytube die goed aansluit op de stoma van de patiënt: dat verhoogt het draagcomfort aanzienlijk. Doordat de larytube nauw aansluit, kan er daarnaast minder valse lucht langs de larytube stromen. Dit heeft een positief effect op het stemgeluid en de slijmproductie. De patiënten gaven verder aan dat ze positief verrast waren over het uiterlijk van het product. Door de organische vorm past het visueel beter bij de nekanatomie van de patiënt. Toekomstig onderzoek moet nuitwijzen of dit ook nog andere positieve neveneffecten heeft op het zelfbeeld van de patiënt.
Doordat de larytube beter past en uit zichzelf blijft zitten, hebben de patiënten tot slot minder accessoires nodig om de larytube op zijn plek te houden. Dit zou een grote verbetering zijn voor patiënten die nu dagelijks pleisters moeten plakken met siliconenlijm. Die lijm veroorzaakt dikwijls allergische reacties. Dit is van toepassing op de gehele groep laryngectomiepatiënten, niet alleen de mensen die niet geholpen zijn met de huidige oplossing.
De opzet en duur van het onderzoek was toereikend om een eerste proof of principle-prototype te maken. Tegelijkertijd betekent dat niet dat we al klaar zijn. Allereerst is onderzoek nodig naar de langetermijneffecten van een dergelijke op maat gemaakte oplossing. Patiënten mogen de producten daarom helaas nog niet langere tijd gebruiken. Bij positieve uitkomsten kunnen we vervolgens onderzoeken hoe op maat gemaakte medische larytubes onderdeel kunnen worden van de reguliere zorg. Er moet een implementatie-strategie komen rondom het proces van aanmeten, het ontwerp, de productie en periodieke vervanging.
Ons onderzoek legt hiermee de grondslag voor het personaliseren van medische hulpmiddelen. Uiteindelijk hopen we toe te werken naar toegankelijke, gepersonaliseerde en betaalbare zorg op maat. Voor iedereen.
