UT-spinoff maakt robot voor borstbiopsie binnen mri klaar voor de markt

Tijdens een handelsmissie in Zuid-Korea een jaar of vier, vijf geleden legde Abe van der Werf contact met professor Stefano Stramigioli van de robotica- en mechatronicagroep van de Universiteit Twente (UT). Met Machnet had Van der Werf jarenlange ervaring in de productie en verkoop van spoelen voor hogeresolutie-mri-beelden van specifieke gebieden zoals de halsslagader. Hij vertelde Stramigioli hoe moeilijk het was om biopten te nemen tijdens een mri-scan en vroeg om advies.

Artsen willen in sommige gevallen graag een biopt nemen met behulp van een mri-scan. Dat kan bijvoorbeeld nodig zijn bij het diagnosticeren van borstkanker. Maar de huidige procedures zijn nogal omslachtig. Eerst gaat de patiënt de mri-scanner in en kijkt de radioloog naar de locatie. Dan komt de patiënt er weer uit en plaatst de radioloog een biopsienaald zo nauwkeurig mogelijk. Vervolgens schuift de patiënt opnieuw de scanner in om de locatie te controleren. Zo kan het wel vijf keer op en neer gaan tot de exacte locatie is gevonden. Kon dat niet worden gerobotiseerd?

Stramigioli vroeg radioloog Jeroen Veltman van Ziekenhuisgroep Twente (ZGT) erbij en zette promovendus Vincent Groenhuis op het onderzoek. Een vijftal generaties later is er een robot, de Sunram 5, die het nemen van borstbiopsieën in borstkankerdiagnostiek een stuk gemakkelijker maakt. Eromheen is een spinoff opgetuigd om het product klaar te maken voor de markt: Machnet Medical Robotics.

Plaatsbepaling

Een robot bouwen voor gebruik in de mri-scanner is geen sinecure. Er mogen geen metalen onderdelen worden gebruikt, hij moet klein genoeg zijn om binnen het apparaat te kunnen werken en hij moet voldoen aan de strenge eisen van de medische sector. ‘De titanium biopsienaald is het enige metalen onderdeel van de Sunram 5. Verder is hij helemaal in kunststof uitgevoerd’, vertelt Nico Arfman, ceo van Machnet Medical Robotics. ‘Daarnaast is hij compact en veilig.’ Het huidige prototype heeft een noodknop waarmee de naald binnen een seconde kan worden teruggetrokken; aan een volledig veiligheidsprotocol werkt de UT-spinoff nog.

De robot is echter pas geslaagd, stelt Arfman, als hij de naald in één keer op de juiste positie kan brengen. Om de beweging in gang te zetten, is de Sunram 5 uitgerust met een pneumatische stappenmotor. Deze inmiddels gepatenteerde aandrijving bestaat uit twee of drie pneumatische cilinders die afwisselend tegen een tandheugel duwen om zo discrete stappen te maken – een gebogen heugel voor de rotatie en een rechte om de naald voor- en achteruit te bewegen. ‘Het is te vergelijken met tandwielen en een ketting. De vrijheidsgraden, snelheid en nauwkeurigheid worden allemaal mogelijk gemaakt door deze op luchtdruk werkende motor.’

Met behulp van de mri-beelden navigeert de robot de punt van de biopsienaald vervolgens naar waar deze moet zijn. Daar wordt de naald afgevuurd en weefsel afgenomen. Dit principe heeft Machnet nu gerealiseerd. De Sunram 5 biedt de vereiste vrijheidsgraden, plus een geïntegreerd biopsiesysteem. De software voor de plaatsbepaling is ook klaar, die voor de aansturing is nog in de maak.

‘Locatiebepaling in een mri is redelijk ingewikkeld’, noemt Arfman een andere belangrijke uitdaging. ‘Het beeld dat de scanner genereert, is imaginair; er wordt een Fourier-analyse op toegepast. Daar moet eerst een vertaling worden gemaakt naar de realiteit.’

Bij mri-onderzoek wordt de borst omsloten door een frame met een geïntegreerde spoel. Dit frame, met een spoel van Machnet, vormt de basis voor de Sunram 5 en dient als referentie voor de vertaalslag. ‘Het geeft ons een aantal markers om de borst heen met bekende locatie in de werkelijkheid’, legt Arfman uit. ‘Aan de hand daarvan kunnen we de locatie van de andere punten in het mri-beeld bepalen. Het magneetveld kan ook een afwijking hebben; daar houden we in onze vertaalslag rekening mee.’ Zo zoekt de robot langs het frame naar de plek waar hij zijn moet.

Bij de bediening komt nog veel handwerk kijken. ‘De gebruikersinterface is nog niet zo ver’, erkent Arfman. ‘De Sunram 5-controller ziet er fancy uit, maar kan nog niet kalibreren of iets dergelijks. Daar zijn we nu druk mee bezig.’

Goedkeuring

Het komende halfjaar moet duidelijk worden of een Medical Device Regulatory-approval (MDR) haalbaar is, aldus Arfman. ‘We willen nu de intended use – het beoogde effect- en het frozen design – het ontwerp dat in productie gaat – vaststellen, zodat we daarna alle stappen kunnen zetten naar goedkeuring. Dat markeert de start van het traject richting productie. Je gaat naar een gestript model dat precies doet wat het doen moet en niet meer dan dat. De rest is optimalisatie en productie.’

Voor het MDR-traject moet Machnet capaciteit en funding vrijmaken. De UT-spinoff moet onder meer aspecten als veiligheid, effectiviteit en gebruiksvriendelijkheid aantonen. Omdat er een naald het lichaam in gaat, is er sprake van een medisch device van klasse 2, waar eisen voor gelden als betrouwbaarheid, kritieke toleranties en stabiliteit. ‘We werken ook samen met Holland Innovative, dat veel ervaring heeft met de ontwikkeling van soortgelijke medische apparaten.’

Uiteindelijk wil Machnet naar beeldgestuurde navigatie toe, met een volledig geautomatiseerde biopsie als mogelijk doel op termijn. Voor het eerste product is er nog een grote rol weggelegd voor de radioloog. Met ondersteuning van de robot kan die de naald dan wel in één keer vanuit de mri plaatsen.

Arfman ziet mogelijkheden voor verbreding in de toekomst. ‘We willen een expertisecentrum worden voor ontwikkelingen op het snijvlak van robotica, mechatronica en radiologie. We zijn de interface tussen de kliniek, de business en de omvangrijke ontwikkelkracht van de UT. Daar waar robotica iets kan toevoegen boven handmatige interventie kunnen wij meedenken en wellicht een ontwikkeltraject in gang zetten.’