Sarthak Misra bouwt de chirurg van de toekomst
Een robotdokter
in je lijf
Prostaatklieren verwijderen, hartkleppen repareren, tumoren in hoofd en nek wegsnijden: Da Vinci kan het allemaal en werkt in ziekenhuizen wereldwijd. Hij is namelijk geen mens, maar een robotsysteem dat operaties kan uitvoeren terwijl de werkelijke chirurg hem vanachter een bedieningspaneel aanstuurt.
‘Robots zijn heel nuttig om operaties minder ingrijpend te maken’, zegt Sarthak Misra, hoogleraar medische robotica bij het UMCG. Omdat ze heel precies bediend kunnen worden, minimaliseer je het risico dat je gezond weefsel beschadigt. Het is dus geen verrassing dat ze steeds vaker ingezet worden voor allerlei soorten procedures.
Da Vinci is de meest gebruikte medische robot en een flink apparaat. Misra werkt in zijn lab aan dit soort grootschalige machines, maar ook aan veel kleinere robots. ‘We proberen nieuwe technieken te ontwikkelen om op lastig bereikbare plekken in het lichaam te komen. En we denken dat micro-robots dé manier zijn om dat te doen.’
Flexibel
Machines die je op afstand bedient gaan hem niet ver genoeg. ‘We streven ernaar om flexibele robots te maken die draadloos bewegen en zich zelfstandig kunnen aanpassen aan een veranderende omgeving.’ En dat is ingewikkeld, legt hij uit, omdat een reis door het menselijk lichaam met veel onzekerheden gepaard gaat. ‘Daar moeten we rekening mee houden, zodat de procedure veilig en correct uitgevoerd kan worden.’
Voor nu is het nog sciencefiction, maar ik geloof dat het mogelijk is
De eerste stap voor dit soort medische robots is om een doordacht plan te maken voorafgaand aan de operatie. Misra: ‘Je moet de route die de robot neemt uitstippelen en ook de actie die hij moet ondernemen als hij bij zijn doel aankomt. Hij kan bijvoorbeeld een biopsie nemen of een medicijn afgeven.’
Zo’n routekaart wordt gemaakt met behulp van scantechnieken, zoals computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI) of echo’s. ‘Al die beelden worden ingevoerd in een computermodel dat dan voorspelt welke route de robot het beste kan nemen.’
De volgende stap is om de procedure ook werkelijk uit te voeren. ‘Je moet de robot dan in het lichaam plaatsen en de data van sensoren en actuele beelden gebruiken om hem te volgen. Die informatie gebruik je om de robot te sturen. Als hij iets onverwachts tegenkomt, moet hij zijn koers wijzigen. En als hij bij zijn einddoel komt, moet hij de geplande actie uitvoeren.’
Prostaatkanker
Deze stap is alleen veel lastiger om uit te voeren dan de eerste: het is überhaupt nog niet mogelijk, geeft Misra toe. ‘Dit is waar we naartoe willen, maar voor nu is het nog sciencefiction. Maar ik geloof dat het mogelijk is, en we zijn er al in geslaagd om sommige delen van deze droom waar te maken.’
Zo hebben hij en zijn collega’s een robot ontwikkeld om prostaatkanker te diagnosticeren en te behandelen. Nu al worden sommige patiënten niet geopereerd, maar krijgen ze een heel lokale bestraling, waarbij radioactieve zaadjes in de prostaat worden geplaatst, vertelt Misra. Dat komt heel precies – die prostaat is zo groot als een walnoot – en artsen gebruiken daarvoor vaak echobeelden.
Je wilt heel precies weten waar de robot is, anders kun je hem niet gebruiken
‘Om dat nauwkeuriger te kunnen doen, heb je MRI-beelden nodig met een hoge resolutie, dus hebben we een robot ontwikkeld die werkt in een MRI-scanner. De robot wordt geplaatst terwijl de patiënt in de scanner ligt en kan de zaadjes dan afleveren. De arts stuurt de robot aan of voert de procedure zelf uit.’
Een andere robot uit zijn lab kan in de longen ingebracht worden om een weefselmonster te nemen van kleine wonden waar reguliere biopsienaalden niet bij kunnen. ‘We hebben hiervoor een robotgestuurd flexibel naaldsysteem ontwikkeld, zodat je door het lichaam kunt bewegen zonder gezond weefsel te beschadigen en heel precies bij je doel kunt komen’, zegt Misra. ‘Het beweegt als een soort slang door het lijf en kan ook aangepast worden om katheters op de juiste plek te krijgen voor hartoperaties.’
Deze robots zijn al een heel eind op weg om voor echte klinische doeleinden ingezet te worden. Ze worden nu getest op dieren en op menselijke lichamen. Misra hoopt dat ze het volgende stadium halen: klinische testen waarbij ze op levende mensen getest worden. Maar ze lopen nog wel tegen allerlei problemen aan: ‘De grootste uitdaging is om te zien wat er diep in het lichaam gebeurt, zodat je de robot kunt volgen. Je wilt heel precies weten waar hij is, anders kun je hem niet gebruiken. We werken nu aan nieuwe sensoren en scantechnieken om dit op te lossen.’
Geen batterij
Een ander belangrijk vraagstuk: hoe zorg je ervoor dat de micro-robots kunnen bewegen? Je kunt er geen batterij in stoppen, dus werken onderzoekers aan andere oplossingen, zoals energie uit het lichaam zelf halen. Misra kiest een andere aanpak. ‘Wij gebruiken magnetische velden en geluidsgolven om de robot draadloos voort te stuwen, want die kunnen door lichaamsweefsel dringen en zijn niet schadelijk voor de patiënt.’
Zo’n magnetisch veld was ook de sleutel tot een van Misra’s bekendste robots: magnetosperma. ‘Daarbij plaats je een magnetisch hoofd op een siliconenstaart en het magnetische veld zorgt er vervolgens voor dat de micro-robot een zwiepende beweging gaat maken, net als spermacellen, en zo vooruit zwemt. We zijn nu aan het kijken of we deze robots nog kleiner kunnen maken om ze te gebruiken als medicijnkoerier.’
Magnetosperma maakt net zo’n zwiepende beweging als spermacellen
Er zijn dus veel kleine overwinningen, maar de grootste uitdaging is misschien wel om al die uitvindingen samen te voegen. ‘Ik kan iets maken dat beweegt, maar dat moet ook biocompatibel zijn, zodat het lichaam het niet afstoot. En dan moet het ook nog eens echt zijn taak uitvoeren’, zegt Misra. ‘Dat lukt me niet alleen, dus werken we samen met mensen uit allerlei disciplines, zoals de scheikunde en materiaalkunde en natuurlijk ook met clinici.’
Omdat het zo’n ingewikkelde opgave is, moeten ze wel creatief zijn en telkens met nieuwe ideeën komen. ‘We hebben inmiddels al zoveel robots ontwikkeld: grote en kleine, slangachtige robots, een octopusrobot die luchtbelletjes uitblaast. De mogelijkheden lijken eindeloos.’
Met al die ontwikkelingen en uitvindingen in het achterhoofd is Misra ervan overtuigd dat robotica in de toekomst alomtegenwoordig zal zijn in de operatiekamer. ‘Het gebruik van medische robots zal breed geaccepteerd worden door zowel artsen als patiënten. Ik voorzie een toekomst waarin zachte, biocompatibele mini-robots door het lichaam kunnen bewegen en ingewikkelde operaties kunnen uitvoeren. Dat gaat tijd kosten, maar uiteindelijk komen we er wel.’