Scherper zicht na oogoperaties dankzij planetenjager

Artsen van de afdeling oogheelkunde in het Maastricht Universitair Medisch Centrum ontdekten dat de microscopen die ze gebruikten bij ingewikkelde oogoperaties zo nu en dan trillingen vertoonden. Daardoor was een op de vijf oogoperaties onmogelijk uit te voeren.

De oplossing? De revolutionaire Hummingbird, een stabiliseringsapparaat dat oorspronkelijk ontwikkeld werd voor het testen van de potentiële sterrenwacht Darwin. Dankzij Hummingbird konden de artsen hun microscoop stabiliseren, waardoor meer oogoperaties met succes afgerond kunnen worden. 

Meer precisie

Wie een oog wil opereren, kan vrijwel niet zonder vergrootglas. Door het oog te vergroten kan er veel preciezer gewerkt worden. Daarom gebruiken chirurgen tijdens zulke operaties krachtige microscopen die bevestigd zijn aan het plafond van de operatiezaal.

'Wanneer je zo'n precieze operatie uitvoert moet een microscoop perfect stil hangen. We hebben het over werk dat op de millimeter nauwkeurig moet plaatsvinden', aldus Carroll Webers, oogarts en tevens hoofd van de oogheelkundige kliniek van het Maastricht Universitair Medisch Centrum.

'Als bijvoorbeeld het netvlies van een patiënt loslaat moeten we binnen een dag of twee opereren om te voorkomen dat de patiënt blind wordt. Het netvlies is zelf amper een halve millimeter dik en in sommige gevallen moeten we het 'epiretinale membraan' losmaken, wat nog eens tien keer dunner is. Het is onmogelijk om zulke delicate operaties uit te voeren met een wiebelend beeld.'

Hoewel het lijkt alsof de microscopen die bij oogoperaties gebruikt worden stevig op hun plek zitten, is er niet veel nodig om kleine trillingen veroorzaken. En hoe klein die trillingen ook zijn, voor oogoperaties kunnen ze grote gevolgen hebben.

Extreem gevoelig

Na een langdurig onderzoek werd bijvoorbeeld besloten een verkeersdrempel voor de deur van de kliniek te verwijderen, omdat bussen die over die drempel denderden de microscoop aan het trillen zouden maken. Maar zelfs na verwijdering van die drempel ging het trillen gewoon door.

Uiteindelijk wist het Nederlandse ingenieursbureau MECAL de schuldige te vinden. De trillingen waren afkomstig van de wind die aan de buitenkant tegen het glimmende nieuwe ziekenhuis woei. 'Hoge gebouwen van glas en staal zien er mooi uit', aldus Johan van Seggelen van MECAL, 'maar ze zijn ook veel gevoeliger voor laagfrequente vibraties.'

Dergelijke laagfrequente trillingen zijn voor het blote oog onzichtbaar. Iedere trilling is honderd keer kleiner dan de diameter van een menselijke haar. Maar bedenk eens dat de microscoop van de afdeling oogheelkunde met een factor twintig vergroot en het is niet gek dat een blik door de microscoop voelt als het bekijken van Mars door een stevig schuddende verrekijker.

Chirurgen met stabiele handen hebben stabiele microscopen nodig. 'We kwamen op het idee om Hummingbird tussen het plafond en de microscoop-arm te monteren om de microscoop zo te isoleren tegen verstoringen van buitenaf.'

En niet zonder succes: met hun plan creëerde het team van MECAL de eerste actieve vibratiedemper die chirurgische microscopen beschermt tegen laagfrequente trillingen. En dat allemaal dankzij het werk van een team ingenieurs dat cruciale elementen van ESA's Darwin-telescoop toepast in de praktijk. 

Zoektocht naar E.T. redt menselijk zicht

De Europese Darwin-telescoop is ontstaan uit ESA's zoektocht naar planeten die op de aarde lijken. Het oorspronkelijke doel van Darwin was het realiseren van van vier of vijf vliegende ruimtetelescopen, die gezamenlijk in de atmosferen van planeten rond andere sterren zouden speuren naar chemische tekenen van leven.

Speciaal voor dit ESA-project ontwikkelde de Nederlandse onderzoeksorganisatie TNO een 'optische vertragingslijn' die het licht van iedere individuele telescoop moest combineren tot één enkel gedetailleerd beeld.

'Maar er ontstond een probleem', verklaart Len van der Wal van TNO. 'Een drukke weg pal naast ons kelderlaboratorium veroorzaakte vibraties. Daardoor was het voor ons onmogelijk om de vertragingslijn te testen. Daarom moesten we een compleet nieuwe omgeving bedenken waarin we geen last zouden hebben van de trillingen – een vibratievrije testbank.'

Hoewel het Darwin-project uiteindelijk niet verder kwam dan de studiefase, lukte het het TNO-team wel om zijn baanbrekende tuig te realiseren. Al snel werd duidelijk dat de opstelling een eigen leven zou kunnen gaan leiden. 

Spin-offs van ruimtevaarttechnologie

Als partner in ESA's Technology Transfer Programma ziet TNO regelmatig mogelijkheden om spin-offs van ruimtevaarttechnologie te gebruiken in andere werkvelden. Daarom stapten ze met hun vinding naar MECAL.

'Er zijn twee soorten vibraties in de wereld', legt Johan van Seggelen uit. 'Hoogfrequente trillingen komen van voorwerpen die zich snel voortbewegen, zoals motoren. Die trillingen kun je dempen met behulp van passieve isolatie, zoals springveren of rubber.'

Laagfrequente trillingen ontstaan door langzame bewegingen, zoals verkeer, de wind, golven die op een strand kapot slaan of mensen die langs een gebouw lopen. Die trillingen zijn lastiger te elimineren.

'Je kunt geen springveren gebruiken om ervoor te zorgen dat een gebouw niet op en neer deinst in de wind', aldus Van Seggelen. 'Wil je die beweging dempen, dan moet je hem juist tegengaan. Dat noemen we actieve isolatie.'

MECALs Hummingbird is een voorbeeld van zo'n actief isolatiemiddel. Het systeem merkt de kleine trillingen die op de microscoop inspelen op en beweegt de microscoop vervolgens met dezelfde kracht in de tegengestelde richting. Daardoor wordt de beweging teniet gedaan. 

Weg met de vibraties

Het tegengaan van trillingen is niet nieuw. Toch heeft Hummingbird een unieke feature. Het team vond namelijk een zogenoemd 'horizontaal koppelvlak' uit, dat de horizontale vibratiesensors altijd waterpas houdt. Daardoor worden fouten die in normale situaties kunnen ontstaan bij het tegengaan van horizontale vibraties voorkomen.

'Alles beweegt binnen zes graden van vrijheid: naar boven/naar beneden, voortwaars/achterwaarts, links/rechts, roll, pitch en yaw', aldus Van Seggelen. 'Dankzij het horizontale koppelvak kan Hummingbird al deze bewegingen tegengaan.' Iets wat volgens Van Seggelen van vitaal belang was bij de montage van het apparaat aan het plafond van de operatietheaters.

'Hummingbird heeft ons werk verandert', aldus oogarts Carroll Webers. 'Onze patiënten kunnen zich nu helemaal veilig voelen. We kunnen eindelijk ten volste genieten van ons prachtige nieuwe gebouw en operatietheater.'

Ook TNO is blij met de manier waarop de samenwerking zijn vruchten heeft afgeworpen. Len van der Wal: 'Het is hartverwarmend om te zien hoe onze kennis ervoor zorgt dat mensen met zichtproblemen beter geholpen kunnen worden.'

Meer op komst

De demping van chirurgische microscopen kan op veel meer gebieden van nut zijn, weet Van Seggelen. 'Denk bijvoorbeeld maar eens aan hersenoperaties of het werk aan kleine bloedvaten. We hebben inmiddels al contact met ziekenhuizen in Oostenrijk, Canada en Groot-Brittannië die interesse in ons systeem getoond hebben.'