Navigatiesysteem voor menselijk lichaam

Onderzoekers van het onderzoeksinstituut MIRA van de Universiteit Twente, het Universitair Medisch Centrum Sint Radboud en andere instellingen ontwikkelen een uiterst gedetailleerd computermodel van het spier-skelet systeem van de onderste helft van het menselijk bewegingsapparaat.

Chirurgen kunnen het gebruiken om hun operaties beter voor te bereiden en zelfs om ze vooraf te ‘oefenen’ in Virtual Reality. Het model kan voor elke patiënt gepersonifieerd worden. Onlangs kregen de onderzoekers een Europese subsidie van 3 miljoen euro voor de ontwikkeling.

Bij patiënten die een deel van een bot en spiermassa moeten missen als gevolg van een tumor of bij wie heupprothesen worden gereviseerd, worden soms spieren omgelegd om zo het functionele vermogen van de patiënt te verhogen. Chirurgen bepalen doorgaans de plaats waar ze de spier verbinden op basis van intuïtie en ervaring. Momenteel bestaan er namelijk geen geschikte modellen die goed kunnen voorspellen hoe de spier na de operatie of de revalidatie functioneert. Ook is vaak onduidelijk of iemand nog op een normale manier zal kunnen lopen na de operatie.

Uniek model

Onderzoekers van onder meer de Universiteit Twente ontwikkelen nu een model dat nauwkeurig kan berekenen wat de beste plaats en manier is om de spier te verbinden. Dit model wordt met behulp van een MRI-scan gepersonifieerd, zodat een uniek model voor een specifieke patiënt ontstaat. Met behulp van Virtual Reality en het gepersonifieerde model kan de chirurg de operatie vooraf beter plannen. Zo kan het systeem zelf bepalen wat de beste plaats is om een spier te verbinden en wat de gevolgen zijn van specifieke keuzes. Desgewenst kan de chirurg de operatie zelfs al een keer vooraf virtueel oefenen.

Om ervoor te zorgen dat de optimale locatie van spieraanhechting ook daadwerkelijk bij de patiënt kan worden toegepast, wordt het computermodel gekoppeld aan een computernavigatiesysteem dat tijdens de operatie wordt gebruikt. De onderzoekers vergelijken het systeem met een navigatiesysteem in de auto. Het systeem geeft de chirurg precies aan waarheen bepaalde spieren moeten worden verplaatst om het spier-skelet systeem van de patiënt te optimaliseren.

Met het systeem kunnen volgens de onderzoekers op termijn in Nederland jaarlijks enkele honderden patiënten, die een relatief ingrijpende operatie ondergaan, worden geholpen.

Volgens onderzoekers prof. dr. ir. Nico Verdonschot en prof. dr. ir. Bart Koopman is de kracht van het onderliggende spier-skelet model de nauwkeurigheid; het model is ongeveer vijf keer nauwkeuriger dan bestaande modellen. Uniek is dat de basis van het systeem bestaat uit één consistente dataset. Dat houdt in dat het lichaam van één persoon als basis is gebruikt (terwijl bestaande modellen zijn samengesteld uit delen van verschillende lichamen). Van deze ene persoon zijn de spieren, botten, aanhechtingen en pezen tot in het kleinste detail in kaart gebracht en gedigitaliseerd. De consistente dataset vormt de basis van het model, maar voor iedere patiënt wordt het met behulp van een MRI-scan gepersonifieerd, zodat een uniek model voor die persoon ontstaat.

Subsidie

Het model wordt ontwikkeld onder de naam TLEMsafe, waarbij TLEM staat voor Twente Lower Extremity Model. Het is een model voor het onderlichaam, maar de aanpak kan uiteindelijk ook worden gebruikt voor andere delen van het lichaam.

Het initiatief van het project ligt bij onderzoekers van de Universiteit Twente. Ze werken samen met het Universitair Medisch Centrum St. Radboud (Nijmegen), de universiteit van Warschau (Polen) en de bedrijven Brainlab A.G. (Duitsland), Anybody Technology A/S (Denemarken) en Materialise N.V. (België).

Het samenwerkingsverband heeft onlangs een aanzienlijke Europese subsidie van 3 miljoen euro binnengehaald. Hiervan gaat bijna 1 miljoen euro naar onderzoek aan de UT. Het verband is een onderdeel van het samenwerkingsprogramma voor Minimal Invasive Treatment expert Centre (MITeC) van de UT en UMCN.

Over vier jaar verwachten de onderzoekers dat hun model gereed is. Daarna volgen klinische tests. Wel denken de onderzoekers dat er voor die tijd al deeloplossingen in de praktijk gebruikt kunnen worden.