Eenvoudig instrument maakt diepe hersenstimulatie nauwkeuriger

Vandaag promoveert aan de TU Eindhoven werktuigbouwkundige Marc Janssens op het ontwerp van een relatief eenvoudig, puur mechanisch, instrument dat het positioneren van de elektroden voor deep brain stimulation (diepe hersenstimulatie) een stuk nauwkeuriger maakt. Met het instrument kunnen ook hersenchirurgen met minder ervaring de handeling gaan uitvoeren, zodat in theorie de wachtlijsten korter kunnen worden.

Read this article in English

Patiënten met de ziekte van Parkinson zijn sinds de jaren negentig te behandelen met deep brain stimulation (DBS). Daarbij worden twee elektroden tot diep in de hersenen gebracht, tot in een gebiedje dat nucleus subthalamicus heet (zie figuur hieronder), dat zo’n 8 x 4 x 5 mm groot is. De elektroden worden verbonden met een soort pacemaker, die meestal onder het sleutelbeen komt te zitten.

Deze generator geeft om de zoveel tijd (dat verschilt per patiënt) een reeks elektrische pulsen af bij de elektroden. Wanneer deze behandeling goed lukt, zorgen de pulsen ervoor dat het trillen en ongecontroleerd bewegen van patiënten met parkinson flink worden onderdrukt. Het leven voor de patiënt wordt daarmee een stuk prettiger.

Deze video legt uit hoe dat werkt:

Precisiewerk

Het nadeel van de bestaande procedure voor het inbrengen van de elektroden is dat hij relatief onnauwkeurig is. De elektroden komen met een onnauwkeurigheid van enkele millimeters in het hersenweefsel terecht en dat is fors, gezien de beperkte afmetingen van het doel, de nucleus subthalamicus. De elektroden moeten komen te zitten in het gedeelte hiervan dat beweging regelt; als ze verkeerd komen te zitten, kunnen ze de regio’s verstoren die samenhangen met emoties en leerprocessen.

Bij de bestaande procedure maakt de arts eerst een MRI-scan om te bepalen waar het doel precies zit in het brein. Vervolgens krijgt de patiënt een frame om zijn hoofd, waarna de arts een CT-scan (een driedimensionale röntgenscan) maakt om te bepalen hoe het hoofd zit ten opzicht van dat frame. De derde stap is het over elkaar leggen van die twee beelden, om te bepalen waar het doel zich bevindt ten opzicht van het frame. Hier sluipt een behoorlijke foutenmarge in de procedure, die enkele millimeters groot kan zijn.

Daar probeert werktuigbouwkundige Marc Janssens nu wat aan te doen, met zijn ontwerp voor een nieuw instrument voor het inbrengen van de elektroden. Dat bestaat uit twee onderdelen. Het grootste is een instrument waarmee zeer nauwkeurig een elektrode in het brein wordt geschoven. Het tweede, kleinere, onderdeel is een zogeheten adapterschijf die in het hoofd van de patiënt wordt geschroefd.
 

Referentiepunt

Cruciaal bij Janssens’ oplossing is het fixeren van een vast referentiepunt. Dat doet hij met genoemde adapterschijf die met drie chirurgische schroeven aan het achterhoofd wordt vastgemaakt. Volgens de maker is dat minder pijnlijk dan het bestaande frame, dat met vier pinnen op het hoofd zit geklemd. De schijf zorgt ervoor dat er geen extra fout wordt geïntroduceerd wanneer de patiënt van de MRI-scan naar de behandeltafel gaat.

In de nieuwe procedure wordt nog steeds een MRI-scan gemaakt, maar kan de patiënt daarna meteen door naar de behandeltafel, waar de arts de adapterschijf vastklikt in het nieuwe instrument dat de in te brengen elektrode positioneert (zie foto hieronder). De crux is dat de patiënt het vaste referentiepunt – de adapterschijf – met zich meeneemt. De onnauwkeurigheid van het plaatsen van de elektroden gaat hierdoor omlaag naar een millimeter of minder.

 

Kortere wachtlijsten

Door de betere nauwkeurigheid van het nieuwe instrument, kunnen ook hersenchirurgen de ingreep gaan doen, die daar nog weinig ervaring mee hebben, of het niet zo vaak doen. In principe zou dit kunnen betekenen dat de wachtlijsten voor de behandeling, die lang zijn, korter kunnen worden.

De verhoogde nauwkeurigheid maakt de ingreep ook minder vervelend voor de patiënt. Die moet bij de huidige aanpak wakker blijven tijdens de operatie, omdat de chirurg diens reactie nodig heeft om te beoordelen of de elektroden op de juiste plek zitten. Doordat de nieuwe aanpak nauwkeuriger is, is dat niet meer nodig en kan de patiënt onder narcose.
 

Met de hand

Opvallend detail is dat de oplossing die Janssens ontwierp helemaal geen elektronica gebruikt. Het instrument wordt helemaal met de hand bediend. Dat klinkt wellicht ouderwets, maar de makers benadrukken dat het instrument er betrouwbaar, licht, compact en goedkoop van wordt.

Het resultaat van Janssens’ promotieonderzoek is een werkend prototype; het is nog niet getest op kadaverweefsel, laat staan op mensen. Janssens is inmiddels in dienst gekomen bij het bedrijf Eindhoven Medical Robotics, dat het instrument verder wil ontwikkelen en op de markt brengen. Naar verwachting zal het tussen de twee en de vier jaar duren voordat dit als gereedschap voor hersenchirurgen beschikbaar is. 'Het is zaak om specialisten bekend te maken met deze technologie. Daarnaast ook de zorgverzekeraars, voor wie het interessant kan zijn dat operaties waarschijnlijk sneller gaan dan met bestaande instrumenten', zegt Janssens.

Openingsfoto Marc Janssens bij zijn instrument voor het inbrengen van de elektroden voor deep brain stimulation Foto Bart van Overbeeke / TU Eindhoven