werk dat het bekje uitvoerd. De chirurg voelt dus niet of hij soms te hard knijpt in het weefsel en het daarmee beschadigt.

Transcriptie

1 Rolling link Eén van de grootste problemen in minimaal invasieve chirurgie is het gebrek aan krachtterugkoppeling door enorme wrijving in de bewegende onderdeeltjes. De oplossing hiervoor vindt zijn oorsprong in de natuur. Een prachtige toepassing voor BITE. Achtergrond In Nederland wordt jaarlijks een groot aantal minimaal invasieve operaties (kijkoperaties) uitgevoerd. Bijvoorbeeld 70% van de galblaasoperaties wordt op deze nieuwe wijze uitgevoerd. Wat is nu zo n minimaal invasieve operatie? Minimaal invasieve operatie Bij een minimaal invasieve of laparoscopische operatie wordt gebruik gemaakt van lange, dunne instrumenten (Figuur 1). Deze instrumenten worden door kleine sneetjes in het lichaam gebracht. Via een dunne endoscoop (camera) wordt een videobeeld op een monitor geprojecteerd, zodat de chirurg kan zien wat hij of zij doet. De patiënt heeft dus geen grote wond meer, maar enkele kleine sneetjes. Een patiënt is na een minimaal invasieve operatie veel sneller hersteld dan na een gewone, open operatie. Ook zijn de littekens veel kleiner en onopvallender dan bij een gewone operatie. Volop voordelen dus voor de patiënt. Echter, deze voordelen gelden niet voor de chirurg. Voor hem of haar wordt opereren moeilijker en zwaarder. Een reden hiervoor is het gebruik van de instrumenten, waardoor de chirurg niet echt direct contact heeft met het weefsel. Doordat de instrumenten erg veel interne wrijving hebben Figuur 1: Laparoscopische operatie verdwijnt al het gevoel dat de chirurg heeft met het werk dat het bekje uitvoerd. De chirurg voelt dus niet of hij soms te hard knijpt in het weefsel en het daarmee beschadigt. Constructie huidige instrumenten De huidige generatie laparoscopische instrumenten gebruikt een mechanisme dat opgebouwd is uit een aantal stangen en scharnieren (Figuur 2). Deze scharnieren zijn te klein om er lagers in te kunnen plaatsen. In al deze scharnierpunten schuren onderdelen dus langs elkaar heen. Dit levert behoorlijk wat wrijving op, ook omdat de scharnieren niet gesmeerd mogen worden met bijvoorbeeld olie. De mechanische efficiëntie van de beste varianten van deze instrumenten is ongeveer 33%. Dit Team BITE Technische Universiteit Delft Pagina 1 van 5

2 betekend dat 67% van de door de chirurg geleverde energie verloren gaat aan wrijving! Figuur 2: Veelgebruikte constructie van laparoscopische instrumenten Een belangrijk aspect voor een chirurg is het ervaren hoe het weefsel aanvoelt. Ongezond weefsel (zoals een tumor) voelt anders dan gezond weefsel. Het verschil is echter niet zo heel groot. Om dit met een laparoscopisch instrument te kunnen voelen is force-feedback of krachtterugkoppeling nodig. De chirurg voelt dan aan zijn handvat wat er bij het bekje gebeurd. Met een mechanische efficiëntie van 33% zijn kleine krachtvariaties echter niet te voelen aan de handgreep! De chirurg kan dus niet voelen of het weefsel wel of niet gezond is! Het andere nadeel van weinig forcefeedback is dat er gemakkelijk teveel kracht op een weefsel wordt uitgeoefend, waardoor het weefsel beschadigd. De enige manier om deze krachtterugkoppeling wel mogelijk te maken is het verminderen van de wrijving, dus het minimaliseren van het energieverlies. En hier komt weer een BITE-onderwerp om de hoek kijken. Rolling link Gewrichten van dieren en mensen zijn erg efficiënt. De meeste gewrichten glijden niet over elkaar maar rollen langs elkaar heen (voor niet al te grote bewegingen). Team BITE Technische Universiteit Delft Pagina 2 van 5

3 Figuur 3: menselijk kniegewricht Dit betekent dat er nauwelijks wrijvingsverliezen zijn! Een voorbeeld hiervan is de knie (Figuur 3). Alleen bij extreme buiging glijden de oppervlakken over elkaar heen. Dit mechanisme is erg geschikt voor onze laparoscopische instrumenten! Zowel het bekje als de handgreep worden voorzien van een cilinder die over een ander cilindrisch oppervlak rolt. De twee cilinders worden met elkaar verbonden door een tweetal dunne staafjes (Figuur 4). De cilinders worden op hun plek gehouden door dunne strips die om de cilinder heen lopen (Figuur 5). Deze functioneren net zoals de kniebanden bij de menselijke knie. Figuur 4: Rolling link grijper Dit ontwerp is bedacht en gepatenteerd door Just Herder, onderzoeker aan de TU Delft. Doordat er nu geen belaste scharniertjes meer in het ontwerp zitten is de mechanische efficiëntie omhoog geschoten tot 96%. Slechts 4% van de geleverde energie gaat verloren door wrijving! De krachtterugkoppeling die hierdoor onstaat is zó goed dat je met dit instrument het kloppen van een ader kunt voelen! Team BITE Technische Universiteit Delft Pagina 3 van 5

4 Figuur 5: Bevestiging rolling link met dunne strips Het gemaakte prototype is te zien in Figuur 6. De diameter van dit instrument is 10 mm. In Figuur 7 wordt een detailopname gegeven van het rolling link mechanisme van dit prototype. Kijk maar eens of je onderdelen uit Figuur 4 of Figuur 5 kunt herkennen. Dit prototype is verder verkleind naar 5 mm (Figuur 8), de diameter die chirurgen voor hun instrumenten willen hebben. Figuur 6: Prototype rolling link instrument, 10-mm variant Team BITE Technische Universiteit Delft Pagina 4 van 5

5 Figuur 7: Detailopname van het rolling link mechanisme Figuur 8: Prototype 5 mm instrument Naast toepassing in de wereld van de chirurgie heeft het rolling link mechanisme nog andere toepassingen in onder andere prothesen. Daarover volgt later meer informatie. Team BITE Technische Universiteit Delft Pagina 5 van 5