‘Bij sommige operaties komt hogere wiskunde kijken’
Techniek en geneeskunde zijn radicaal met elkaar verweven geraakt, zegt hoogleraar orthopedie prof. dr. Rob Nelissen. “Wil je als medicus in een universitair ziekenhuis met je tijd meegaan, dan moet je samenwerken met ingenieurs.”
De orthopeed, die sinds 2006 een dubbelaanstelling heeft bij het LUMC en de TU Delft, slaat al decennia de handen ineen met ingenieurs van de TU. “Die gekke Delftenaren” en “mijn vrienden in Delft”, noemt de hoogleraar zijn sparringpartners.
Eén van die vrienden was de in 2017 overleden werktuigbouw-kundige Edward Valstar. Jarenlang trok Nelissen op met Valstar, die ook een Medical Delta-hoogleraarschap bekleedde. Het tweetal liep voorop in de ontwikkeling van minimaal-invasieve ingrepen om loslating met prothesen te verhelpen. Dit is een groot probleem: 10 procent van alle prothesen gaat binnen tien jaar loszitten.
Vijftien jaar geleden had de LUMC-groep van Nelissen een plan om dit euvel met gentherapie aan te pakken. Maar het grote publiek stond huiverig tegenover gentherapie. “Durfkapitalisten wilden niet met ons in zee om het plan verder uit te werken.
Toen dacht ik, ik klop weer eens aan bij mijn vrienden in Delft. Misschien kan ik samen met hen wat anders bedenken. We ontwikkelden een techniek waarbij je via een dunne naald een soort cement (polymethylmethacrylaat) in de holte tussen prothese en bot spuit. Na een kwartier is het cement hard en zit de prothese weer vast.”
Creatieve geesten
Dat Nelissen interdisciplinair moet werken om vooruitgang te boeken, spreekt voor zich, vindt hij. “Techniek en medische wetenschappen zijn de laatste tien jaar radicaal met elkaar verweven geraakt. Het vak orthopedie op zich bestaat eigenlijk niet meer.” Volgens hem is een universitair ziekenhuis, waar veel complexe operaties plaatsvinden, bij uitstek een plek waar veel disciplines bij elkaar komen. “Ik werk met neurochirurgen, radiologen en ingenieurs. Vakgebieden vloeien in elkaar over. Als je één poppetje uit deze samenhang haalt, kun je dat complexe vak niet meer uitvoeren.”
Als backpacker vond hij het vroeger geweldig om nieuwe culturen ontdekken. “Daarom werk ik ook graag met ingenieurs: ik dompel mezelf onder in een andere cultuur. Er zitten veel creatieve geesten in Delft. Door met elkaar te discussiëren kom je tot leuke originele concepten voor een betere patiëntenzorg.”
‘Je moet niet bang zijn om domme dingen te zeggen’
Zelf treedt Nelissen naar eigen zeggen vaak uit zijn eigen comfortzone. “Door Medical Delta word ik daarin gestimuleerd. Ik werk nu samen met de Delftse hoogleraar biomechanical engineering Amir Zadpoor, die in Leiden een leerstoel Orthopaedic Implants heeft. We werken aan technieken voor botoperaties waar hogere wiskunde bij komt kijken. Het gaat om zaken die een simpele dokter niet kan bedenken.”
© Sam Rentmeester
Rob Nelissen:
“Wij proberen met 3D-print-technieken gewrichtsvervangende -prothesen vorm te geven.”
Bottumoren
“Bij het LUMC opereren we veel aan bottumoren. Als je een stuk bot verwijdert, komt daar een prothese voor in de plaats. Het liefst imiteer je dan zoveel mogelijk de rigiditeit en elasticiteit van het bot. Bot is niet overal even elastisch. Bij de aanhechtingspunten voor spieren is het bijvoorbeeld flexibeler, zodat het kan meegeven als er kracht op komt te staan. Hierdoor is de kans dat spieren losscheuren kleiner. Wij proberen met 3D-printtechnieken gewrichtsvervangende prothesen ook op die manier vorm te geven.”
Ook het nauwkeurig wegzagen van bot vergt high tech. “Als een bottumor in bijvoorbeeld de borstkas of wervelkolom verwijderd wordt, moeten de zaagsneden heel precies zijn om geen schade aan het omringende weefsel te veroorzaken.
We maken daarom eerst een 3D-print van de bottumor en het omliggende bot, en gebruiken dat om een zaagmal te creëren. Daarmee kunnen we tijdens de operatie de ingreep op de millimeter en graad -nauwkeurig uitvoeren.” Wanneer je je begeeft op het snijvlak van techniek en geneeskunde is het onvermijdelijk dat je soms iets stoms zegt. Zo opperde een Delftse ingenieur eens tijdens een brainstormsessie over -bacteriële infecties om antibiotica in de prothesen te verwerken. Een slecht idee, want de bacteriën bouwen snel resistentie op door continue blootstelling aan antibiotica.
“Je moet niet bang zijn om domme dingen te zeggen. Ik heb daar geen last meer van. Jonge onderzoekers hebben misschien meer koudwatervrees. Maar je moet verder kijken dan je eigen discipline.”
© Medical Delta
‘Verwachtingsmanagement is belangrijk’
Hoogleraar Jenny Dankelman kijkt al vanaf het begin van haar carrière regelmatig mee over de schouders van chirurgen. Die aanpak levert verrassende, en soms ontnuchterende inzichten op.
Delftenaren die werken aan technologie voor de geneeskunde hebben het niet altijd makkelijk. De cultuurverschillen tussen medici en ingenieurs zijn groot, ervaart hoogleraar biomechanical engineering prof.dr. Jenny Dankelman (3mE), die een dubbel-aanstelling heeft bij de TU en het LUMC.
De professor kijkt al vanaf het begin van haar wetenschappelijke carrière geregeld in operatiekamers over de schouders van chirurgen mee. Die aanpak levert verrassende, en soms ontnuchterende inzichten op. “Zoals die ene keer, redelijk aan het begin van mijn carrière. Ik keek mee met een arts die niet goed wist hoe hij met zijn instrumenten bij de dikke darm moest komen.”
De sleutelgatchirurgie stond nog in de kinderschoenen. Artsen moesten handigheid krijgen met lange instrumenten waarmee ze via kleine incisies operaties uitvoerden. “De plek bij de dikke darm waar de arts moest werken, was moeilijk bereikbaar met de bestaande instrumenten. Konden wij niet helpen, vroeg de chirurg. Ik zag daar een interessant studentenproject in en werkte een plan uit. Maar een paar maanden later bleek hij het euvel zelf al opgelost te hebben door op een iets andere manier te werken.”
Mindset
Dankelman raadt startende onderzoekers aan zich goed te verdiepen in de werkwijze van artsen, en veel medische kennis over anatomie en fysiologie op te doen. “Artsen pakken snel door. Logisch, een patiënt die opengesneden is, moet niet veel later weer dichtgenaaid worden. Dat levert een bepaalde mindset op. Wij zijn daarentegen gewend om met wiskundige formules eindeloos aan het optimaliseren te slaan. Heb je een probleem? Prima, dan zetten we daar een promovendus op. Vier jaar later levert dat een prototype op dat dan vervolgens nog geoptimaliseerd moet worden. Terwijl de arts er vaak vanuit gaat dat je binnen enkele maanden met een oplossing komt. Verwachtingsmanagement is belangrijk als je op de grens werkt van geneeskunde en techniek.”
‘Meer artsen klopten bij ons aan naarmate Medical Delta meer bekendheid kreeg’
Dankelman is sinds 2001 hoogleraar minimaal-invasieve chirurgie en interventietechnieken. Ze maakt furore met haar onderzoek naar technieken en apparatuur voor sleutelgatoperaties. Bij minimaal-invasieve chirurgie opereert een chirurg door kleine incisies. Vergeleken met een open operatie resulteert de techniek in kleinere littekens, minder trauma, minder bloedverlies, sneller herstel en een lager risico op infectie.
Maar haar samenwerking met medici dateert al van voor die tijd. “Ik ben al heel lang bezig met medische onderwerpen, samen met artsen van het LUMC, het Reinier de Graaf Gasthuis, Erasmus MC en het AMC. Rond 2000 besloten we bij onze groep dat al onze postdocs en promovendi naast begeleiding vanuit de TU een klinische begeleider moesten krijgen. We moeten goed weten voor welke mensen we medische instrumenten ontwikkelen.”
Trainingssysteem
Een van haar succesvolle uitvindingen kwam tot stand in samenwerking met gynaecoloog en Medical Delta-hoogleraar Frank Willem Jansen. Ze ontwikkelden een trainingssysteem waarmee artsen ingrepen kunnen oefenen met feedbackmechanismen. Terwijl je de ingreep uitvoert, voel je door een terugkoppelmechaniek naar je handen en vingers waar je mee bezig bent. “Die uitvinding is doorontwikkeld, en daar is een product uit gekomen dat op de markt is gekomen.” Dankelmans aanstelling bij het LUMC dateert van 2007. In 2013 is die aanstelling omgezet in een Medical Delta-hoogleraarschap. Hoe werkt zo’n dubbelaanstelling in de praktijk? Zorgt die voor kortere lijnen tussen de onderzoekers, meer multidisciplinariteit en directere feedback?
“De dubbelaanstelling is deels symbolisch, maar kan ook helpen bij subsidieaanvragen. Het is een soort bevestiging van je nauwe banden met medici. Ik heb gemerkt dat meer artsen bij ons aanklopten naarmate Medical Delta meer bekendheid kreeg. Dat is een goede ontwikkeling.”
Dat ‘aankloppen’ gebeurt veelal met een drankje in de hand tijdens de zogenaamde Medical Delta Cafés, een regelmatig samen-komen van aangesloten leden, waarbij ze telkens een ander actueel thema in de gezondheidszorg bespreken, maar waar ze bovenal veel netwerken en ideeën uitwisselen.
“Je moet mensen tegen het lijf lopen. Met een arts van het Erasmus MC raakte ik (voor de coronalockdowns) aan de praat over patiëntveiligheid. Samen hebben we het plan opgevat om te onderzoeken of we couveuses kunnen ontwikkelen voor transplantatiechirurgie: couveuses waarin nieren, levers of longen bewaard kunnen worden.”
© Sam Rentmeester
Jenny Dankelman:
“We moeten goed weten voor welke mensen we medische instrumenten ontwikkelen.”
‘Ieder hart is anders’
Bij openhartoperaties in het Erasmus MC wordt het hart rondom bemeten met geavanceerde elektrodes uit Delft. Hoe verloopt die samenwerking volgens cardioloog-elektrofysioloog Natasja de Groot?
Aan de elektrodes in de vitrinekast is de technische ontwikkeling van de laatste twintig jaar af te lezen. De oudste ziet eruit als een soort kleine douchekop waar vier kabels -uit–komen die eindigen in aangeschroefde stekkers van het formaat computermuis. Die gebruikte cardioloog-elektrofysioloog prof.dr. Natasja de Groot bij haar promotie-onderzoek in Leiden naar hartritme-stoornissen. De nieuwste elektrode is een flinterdun stripje waaraan drie meter meerlaagse flatcable zit bevestigd om de 192 kanalen tegelijkertijd uit te lezen. Die kabel werd in Delft gemaakt in de groep bio-elektronica van prof.dr.ir. Wouter Serdijn (faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica).
Tijdens haar medicijnenstudie ontwikkelde De Groot een interesse in hartritmestoornissen – een wijdverbreide maar slecht begrepen aandoening.
Een hart kan te snel slaan, te langzaam, of zelfs een slag overslaan. Dat kan iedereen overkomen, en de kans erop neemt toe met de leeftijd.
Helaas is de interventie van ‘ablatie’ (beschadigen van hartweefsel om ongewenste geleiding te stoppen) matig effectief. Daarnaast zijn er onbegrepen methoden die hartritmestoornissen weliswaar verminderen, maar waarvan het mechanisme niet bekend is. Vandaar dat De Groot zich de taak heeft gesteld om “de elektrische eigenschappen van het hart te kwantificeren.”
Vakidioten
Ze doet dat sinds eind vorig jaar als Medical Delta-hoogleraar met een aanstelling aan het Erasmus MC en de TU Delft. Ze heeft een onderzoeksteam met artsen, ingenieurs, een bioloog, een dierenarts, een klinisch technoloog en zelfs een astronoom. “Een leuk groepje vakidioten”, noemt ze haar team. “Iedereen heeft zijn eigen passie, maar ze vinden het ook allemaal leuk om bij een ander te kijken.” Ze beschrijft een cyclus waarin betere meetinstrumenten leiden tot betere metingen, betere analyses en betere vraagstellingen waarvoor weer betere instrumenten nodig zijn. “Zo houden we elkaar een beetje bezig.”
© Sam Rentmeester
Natasja de Groot:
“Iedereen heeft zijn eigen passie, maar ze vinden het ook allemaal leuk om bij een ander te kijken.”
In 2010 kreeg ze hartchirurgen zover dat die bij iedere openhartoperatie op acht vastgestelde posities rondom het hart gedurende vijf seconden een speciale elektrode tegen het hart hielden voor de opname van de elektrische signalen. Inmiddels zijn meer dan duizend patiënten zo bemeten. Sommigen hebben aangeboren hartfalen of hartritmestoornissen, anderen weer niet. Uit de tienduizenden signalen kon De Groot de conclusie trekken: “Elk hart is elektrisch uniek.”
‘Kom we rijden naar Delft’
Cardiologie en telecom
Om betere grip te krijgen op al die data besloot ze dat ze de -geleidingssnelheid wilde weten tussen meetpunten, want verschillen in de geleidingssnelheid bepalen hoe de stroompuls zich over het hart verspreidt. Namelijk: via de weg van de minste weerstand. Ze nam contact op met collega-hoogleraar prof.dr.ir Ton van der Steen – natuurkundige en ultrasound-expert, en Medical Delta-hoogleraar van het eerste uur. Wist hij iemand die zulke berekeningen kon maken? Na een paar telefoontjes veerde hij op. “Kom op”, zei hij. “We rijden naar Delft.”
Daar maakte ze kennis met prof.dr.ir. Alle-Jan van der Veen. Hij had bij de afdeling micro-elektronica van de faculteit EWI expertise opgebouwd over signaalbewerking voor communicatie en astronomie. Hoewel cardiologie heel wat anders is dan telecom, zijn de onderliggende wiskundige modellen vergelijkbaar: een signaal dat van A naar B loopt. Uit de ECG-signalen kon Van der Veen de geleidbaarheid ter plekke berekenen, een grootheid die onder meer de geleidingssnelheid bepaalt.
De lokale geleidbaarheid van het hartweefsel wordt weergegeven in een kleurenkaart. Op sommige -plekken treedt er een verstoring in de geleiding op die met zwarte blokjes wordt weergegeven. Dat kan duiden op littekenweefsel. Al snel kwam Wouter Serdijn (EWI) erbij voor verfijndere elektrodes. “Dat is geen rocket science”, zegt hij daar nu over. “Vaak kun je iemand uit een andere discipline al snel helpen met de bestaande stand van de techniek. Dat was toen een contactstripje en een meerlaags flexprint kabel voor de 192 signalen.” In 2015 dienden de drie samen met celbioloog prof.dr. Bianca Brundel uit Amsterdam UMC een onderzoeksaanvraag in bij CVON (Cardiovasculair Onderzoek Nederland, onderdeel van de Hartstichting) voor de opname en analyse van de bio-elektrische signalen van het hart. Dat is vooralsnog fundamenteel onderzoek naar de activatiepatronen van het hart.
Uiteindelijk moet het onderzoek leiden tot een beter meetinstrument voor diagnose om vast te stellen hoe ernstig de hartritmestoornissen zijn, en liefst naar een effectievere behandeling.
Het samenwerkingsverband Medical Delta is in 2006 opgericht door drie universiteiten (TU Delft, Universiteit Leiden en Erasmus Universiteit Rotterdam) en twee UMC’s (Leids Universitair Medisch Centrum en Erasmus Medisch Centrum). Medical Delta wil met techno-logische oplossingen duurzame zorg realiseren. Bijna 300 wetenschappers werken de komende jaren in vijftien verschillende consortia samen aan technologische oplossingen voor duurzame zorg. Ook bedrijven, zorginstellingen, de provincie Zuid-Holland en grote steden zijn nauw betrokken. Medical Delta (MD)-hoogleraren hebben een indrukwekkende staat van dienst aan een van de deelnemende centra. Inmiddels zijn er 21 hoogleraren met dubbelaanstellingen.