Download het artikel in 
ENGINEERINGNET.BE -- Hsiao-Wei Tang ontwikkelde een laser laparoscopie robot en vond de ARCM-technologie uit, wat staat voor Adjustable Remote Center of Motion. Die technologie lag later aan de basis van de medische Vesalius-robot.
Toen na tien jaar (!) duidelijk werd dat voor Tang en zijn projecten geen toekomst meer was weggelegd aan de KULeuven - «de verhoopte spin-off zou er dan toch niet komen» - hield hij het in België voor bekeken en tekende hij begin 2011 voor het ontwikkelingscentrum IRCAD-Taiwan.
Daar werkte hij, op basis van zijn in Vlaanderen verworven kennis, verder aan zijn projecten, waaronder een ‘kijkoperatie-robot-assistent’ - patent pending - die door de Taiwanese mechatronicabouwer Hiwin op de jongste TMTS-machinebeurs in Taichung voor de eerste maal aan het publiek werd getoond. Engineeringnet ging in Taiwan met de IRCAD- en Hiwin-technologen praten over Tangs medische robottechnologie.
Tangs Vesalius-robot is ondertussen al aan zijn derde versie toe. Het afgeslankte toestel is nu in eerste instantie bedoeld om chirurgen aan de operatietafel te assisteren.
«We willen niet concurreren met marktleiders als da Vinci, die uitpakt met grotere en complexere robots. Wij zoeken een goedkopere en makkelijke oplossing met enkele slimme functies», zegt dr. Kai-Che Jack Liu, R&D-directeur bij het ontwikkelingscentrum IRCAD-Taiwan.
«Een helpende hand die het chirurgenteam rond de operatietafel ontlast.» Bijvoorbeeld, om tijdens een operatie een orgaan even uit de weg te leggen of om instrumenten op hun plaats te houden. Maar men denkt ook aan ‘image tracking’.
Op het uiteinde van de endoscoop, die in de patiënt komt, kan men een videocamera met licht en een ‘tracker’ bouwen zodat die automatisch de instrumenten volgt van de chirurg. De chirurg opereert dan terwijl hij op een scherm ziet wat hij doet.
Mettertijd kan hij zijn instrumenten zelfs aansturen door bijvoorbeeld hun bestemming met een pen op het scherm aan te geven.
Krachtiger en compacter
Bij de bouw van de robot gebruikt Hiwin eigen componenten. De basisstructuur van de robot, die nu zo’n 3 kg weegt, is in aluminium. Het apparaat loopt op vier motoren die staaldraden aantrekken. De draden lopen over kunststoffen wielen.
«Er zijn nog steeds problemen op te lossen vooraleer we het toestel kunnen inzetten bij chirurgische ingrepen.» Het eerste model had bewegingsvrijheid in één richting. Nu is er beweging in de verschillende richtingen maar de hoek blijkt nog wat te klein. «Het kan beter dan 45°».
Ook blijft het een uitdaging om het toestel op de juiste plek boven de patiënt te positioneren. Het gaat er vooralsnog om heel snel naar de ‘kijkopening’ te kunnen bewegen om dan heel kleine bewegingen te maken.
«Aanvankelijk lukte het ons niet om soepel te bewegen. Een reductor zorgt nu voor trager maar vlotter bewegingen.» De accuraatheid -remote center motion- is van 1 mm ondertussen naar 0,1 mm getrokken.
Het toestel kan nog krachtiger en compacter gebouwd worden. De uitdaging bestaat er uiteindelijk in 'de chirurg een totaaloplossing te leveren die eenvoudig en veilig is'.
Ondertussen werkt Hiwin al een heel jaar met twee voltijdse ingenieurs aan de robot. Het bouwen van de eerste generatie, op basis van het eerdere werk van Tang, vergde Hiwin drie maanden. De tweede generatie kwam er op één maand tijd. De derde generatie was er al op twee weken.
«Onder druk van de TMTS-beurs», lachen ingenieur-designer Ren-Jeng Wang en Wen-Chia Wu, deputy General Manager verantwoordelijk voor O&O projecten bij Hiwin. Geen enkel toestel werd reeds op mensen getest.
Projectleider Wen-Chia Wu: «We zitten nog in de onderzoeksfase. We laten chirurgen het toestel testen in het lab. Ondertussen luisteren we naar hun opmerkingen.»
Bij Hiwin hoopt men al over drie jaar de markt op te kunnen en tegen dan ook de nodige Taiwanese certificaten te hebben behaald. De volgende mijlpijl is dan om het toestel ook in Europa gekeurd te krijgen.
«Maar de grootste markten zijn wellicht de VS en China», zegt Jack Liu. De Taiwanese overheid zou het chirurgenrobot-researchproject vanaf 2013 jaarlijks 10 miljoen TWD -iets meer dan €250.000 euro- toekennen en dat gedurende vijf jaar.
IRCAD-Taiwan
IRCAD-Taiwan en het ‘incubatiecentrum’ maken deel uit van het Show Chwan Memorial Hospital in Lugang. Het centrum werd in 2008 uitgebouwd naar het model van het in 1994 opgerichte IRCAD in het France Straatsburg. Het incubatiecentrum onderzoekt verschillende innovatieve technologieën.
«Een chirurg stuurt ons de CAT- of MRI-data van een patiënt. Wij modelleren die in 3D en sturen het resultaat terug naar de chirurg. Vandaag is die ‘service’ nog gratis maar in de toekomst wordt die betalend», verwacht Jack Liu. Daarmee wordt vandaag vooral op de lever gefocust. «In Frankrijk worden er jaarlijks al een 2.000 scans verwerkt. Wij begonnen er in 2012 mee en voorzagen reeds een honderdtal patiënten.»
De techniek levert heel gedetailleerde informatie die aangewend kan worden voor virtuele navigatie doorheen het lichaam, voor het positioneren van chirurgische instrumenten, orgaansectie,... maar ook ‘augmented reality’ waarbij het 3D-model gekoppeld wordt aan live-beelden van een endoscoop.
«Dat beproefden we al verschillende malen, o.a. voor pancreasonderzoek. Het kan ook toegepast worden voor orthopedie. We projecteren dan een 3D-beeld op het lichaam van de patiënt zodat je a.h.w. ‘in’ het lichaam van de patiënt kunt kijken.»
Onderzoek trekt 2D-endoscopie-beelden op naar 3D-dieptebeelden. «We gebruiken een traditionele endoscoop met één camera en onze software converteert dat 2D-beeld naar 3D. Het 3D-model wordt dan gelinkt aan het beeld van de endoscoop.
We mengen de verschillende beelden. Deze technologie komt binnen een jaar of twee op de markt», verwacht Jack Liu.
Een beeld dat in de ruimte 'hangt'
In het hospitaal wordt ook het ‘Air Touch’-concept uitgetest. Daarbij kijkt de chirurg niet meer op een scherm, evenmin draagt hij/zij een 3D-bril. Het beeld komt als het ware in de ruimte voor hem/haar te hangen.
Door de vinger of de hand naar of in dat virtuele beeld te bewegen, zijn dan bepaalde handelingen aan te sturen. «Het incubatiecentrum werkt samen met verschillende bedrijven. Alle hebben gemeen dat ze van een traditionele naar een moderne medische industrie willen doorschuiven», zegt Jack Liu.
Tegelijk wijst hij naar het Kobe Medical Industry Development Project in Japan dat op Port Island een internationale cluster van meer dan 200 medische bedrijven en industrieën samenbracht in een ecosysteem van partnerships tussen industrie, de academische wereld en de overheid. «Wij hopen zo’n MIS Biopark op te zetten in onze buurt.»
(foto's: LDS)
door Luc De Smet, Engineeringnet
