Een nieuwe slimme sensor van het Erasmus MC moet chirurgen helpen nauwkeuriger de juiste schroefmaat te kiezen bij de behandeling van complexe botbreuken. Het bepalen van de juiste schroeflengte is millimeterwerk. Een te korte schroef biedt onvoldoende stevigheid, terwijl een te lange schroef schade kan veroorzaken aan zenuwen, pezen of bloedvaten. De technologie meet tijdens het boren de botdiepte en ondersteunt zo de keuze voor de meest geschikte schroef.
De sensor, ADEPTH genaamd, wordt op de boor geplaatst en registreert tijdens de ingreep onder meer de boordiepte, de uitgeoefende kracht en de draaisnelheid van de boor. Op basis van deze gegevens berekent de bijbehorende software welke schroeflengte het beste past. De technologie is ontwikkeld voor operaties aan lange botten in armen en benen en moet chirurgen sneller en nauwkeuriger ondersteunen bij het plaatsen van schroeven.
Eerste ingreep
Arts in opleiding tot specialist (AIOS) Daniël Bakker en traumachirurg prof. dr. Michiel Verhofstad behoorden tot de eersten die de sensor tijdens een reguliere operatie toepasten. Tijdens de ingreep konden zij op een monitor in realtime volgen hoe diep de boor het bot binnendrong en welke schroeflengte de software adviseerde. Op basis van die informatie kon direct de juiste schroef worden aangereikt.
De patiënt onderging een operatie aan een gebroken ellepijp, waarbij een plaat met zeven schroeven werd geplaatst. Omdat de benodigde schroeflengte per boorgat verschilt, moet de diepte normaal gesproken voor elk gat afzonderlijk worden gemeten. Volgens de betrokken artsen maakt de nieuwe sensor dat proces sneller en efficiënter, doordat de benodigde metingen direct tijdens het boren beschikbaar zijn.
Realtime volgen
Na afloop van de ingreep bevestigde een röntgencontrole dat de zes schroeven waarvan de lengte met behulp van de sensor was bepaald, allemaal correct waren geplaatst. De zevende schroef, waarvoor nog de traditionele meetmethode was gebruikt, bleek te lang en werd vervangen. Volgens de zorgverleners laat deze eerste toepassing zien dat de sensor de nauwkeurigheid van de ingreep kan vergroten. Doordat de juiste schroeflengte direct tijdens het boren wordt bepaald, hoeven schroeven minder vaak te worden vervangen. Dat kan niet alleen tijd besparen in de operatiekamer, maar ook leiden tot lagere materiaalkosten, omdat eenmaal gebruikte schroeven die ongeschikt blijken niet opnieuw kunnen worden ingezet.
Startup Delft
De slimme sensor is ontwikkeld door een startup uit Delft en is binnen het Erasmus MC uitgebreid onderzocht op nauwkeurigheid en gebruiksgemak. In een eerste onderzoeksfase testten traumachirurgen de technologie op menselijke botten die beschikbaar waren gesteld voor wetenschappelijk onderzoek. Daarbij werden de door de sensor geadviseerde schroeven na plaatsing gecontroleerd met CT-scans om te beoordelen of de schroeflengte correct was. Nadat uit deze testen bleek dat de technologie veilig en nauwkeurig functioneerde, volgde een klinische studie waarbij de sensor tijdens operaties bij patiënten werd toegepast.
“Deze onderzoeken zijn gebruikelijk als we een nieuwe techniek introduceren”, licht traumachirurg Mathieu Wijffels toe. “De resultaten laten zien dat de sensor de ingreep efficiënter maakt, kostbare operatietijd bespaart en de veiligheid voor de patiënt verhoogt. Vooral die tijdwinst is belangrijk, want bij elke operatie geldt dat een kortere operatieduur de kans op infecties verkleint.”
Evalueren en testen
Na iedere ingreep evalueerden de onderzoekers met vragenlijsten hoe chirurgen en operatieassistenten het gebruik van de sensor ervoeren. De technologie werd daarbij positief beoordeeld op gebruiksvriendelijkheid. De verzamelde feedback werd vervolgens gebruikt om de software verder te verfijnen. Zo bleek dat chirurgen niet alleen een advies over de juiste schroeflengte wilden ontvangen, maar ook inzicht wilden krijgen in de onderbouwing daarvan. Daarom is de software uitgebreid met een realtime animatie die op een monitor of tablet laat zien waar de boorpunt zich op dat moment in het bot bevindt. Volgens onderzoeker Michiel Wijffels worden de onderzoeksresultaten en exacte uitkomsten naar verwachting op korte termijn wetenschappelijk gepubliceerd.
De ontwikkeling van de sensor begon ongeveer tien jaar geleden vanuit de wens om de traditionele dieptemeter te vervangen. Dit instrument, dat al jarenlang wordt gebruikt om na het boren de diepte van een boorgat te bepalen, levert volgens de initiatiefnemers niet altijd een even nauwkeurige meting op. Daardoor kan het voorkomen dat een gekozen schroef te lang of juist te kort blijkt en tijdens de operatie moet worden vervangen.
Verschillende prototypes
Met de nieuwe sensor wordt de boordiepte direct tijdens het boren gemeten, waardoor een afzonderlijke meting met de dieptemeter niet langer nodig is. Dat moet niet alleen de nauwkeurigheid vergroten, maar ook tijd besparen in de operatiekamer.
De ontwikkeling van de technologie vergde meerdere jaren. In die periode werden verschillende prototypes ontworpen, getest en aangepast. Zo bestond de sensor vier jaar geleden nog uit een 3D-geprint prototype. De samenwerking tussen startup SLAM Ortho en het Erasmus MC gaf de verdere ontwikkeling een impuls. Tijdens een pilot van een jaar werd de sensor verder geoptimaliseerd op gebruiksvriendelijkheid en geschikt gemaakt voor sterilisatie, een belangrijke voorwaarde voor toepassing in de operatiekamer
Een belangrijk onderdeel van de ontwikkeling was het geschikt maken van de sensor voor hergebruik in de klinische praktijk. Zowel het apparaat als de software moesten bestand zijn tegen de hoge temperaturen en de reinigings- en sterilisatieprocessen die in ziekenhuizen worden toegepast. Daarbij werkte de ontwikkelaar nauw samen met de Centrale Sterilisatie Afdeling (CSA) van het Erasmus MC, waar de sensor uitgebreid werd getest op reinigbaarheid, steriliseerbaarheid en praktische toepasbaarheid.
Steriel hergebruiken
Op basis van die testen werd het ontwerp aangepast, waardoor de sensor tot dertig keer steriel kan worden hergebruikt. Ook ontwikkelden de betrokken partijen een speciale tray waarin de sensor veilig kan worden gereinigd, gesteriliseerd en opgeborgen. Niet alle technische wensen bleken haalbaar: omdat oplaadbare accu's de vereiste sterilisatietemperaturen niet kunnen doorstaan, is gekozen voor een niet-oplaadbare batterij met een lange levensduur.
Vooralsnog is de sensor alleen toepasbaar bij operaties aan de lange botten van armen en benen. De ontwikkelaars richten zich in een volgende fase op uitbreiding naar kleinere botten en gewrichten. Daarnaast wordt onderzocht hoe de technologie chirurgen niet alleen kan ondersteunen bij het bepalen van de juiste schroeflengte, maar ook meer inzicht kan geven in de kwaliteit van het bot. Die informatie moet het mogelijk maken behandelingen nog beter af te stemmen op de individuele patiënt.
Wol
Ook op het gebied van biomaterialen en versterken botweefsel zijn veelbelovende ontwikkelingen gaande. Zo schreven we onlangs over onderzoekers van King's College London die laten zien dat een op wol gebaseerd biomateriaal met keratine de groei van nieuw botweefsel effectief kan ondersteunen. In dieronderzoek bleek het gevormde bot bovendien meer overeen te komen met gezond, natuurlijk bot dan bij de huidige standaardmaterialen.
