Bij een verdenking van prostaatkanker worden biopten genomen van verdacht weefsel. Dat moet onder MRI-beeldvorming gebeuren in de beperkte ruimte die tussen de benen van de patiënt beschikbaar is. In de huidige, handmatige procedure brengt de arts de bioptienaald rectaal in; vanwege infectiegevaar krijgt de patiënt preventief antibiotica toegediend. Gemiddeld zijn vier iteraties nodig voordat de naald precies de juiste positie heeft bereikt. Het alternatief is een robot die de naald via de uitwendige huid kan inbrengen. Dat maakt de procedure sneller, nauwkeuriger, sterieler en patiëntvriendelijker.
Deze automatisering is het doel van MIRIAM (Minimally Invasive Robotics In An MR environment), een project van de Universiteit Twente en diverse partners, waaronder het Radboudumc en DEMCON. De opgave voor DEMCON was een robotsysteem voor de nauwkeurige naaldpositionering te ontwikkelen. In overleg met de onderzoekers van de UT en de specialisten van het Radboudumc stelde DEMCON het programma van eisen op, wat betreft functionaliteit, beschikbare ruimte en benodigde vrijheidsgraden.
Voor het systeemconcept viel de keuze op een zogeheten Stewart-platform (bekend van bewegingssimulatoren), dat met vijf geactueerde poten aan een bovenplaat is opgehangen. De bewegingen van deze vijf poten worden bepaald door een stelsel van bol- en lijnscharnieren, schroefdraadspindels en piëzomotoren. Een uitgebreide mechanische tolerantieanalyse legde het fundament voor een nauwkeurige constructie.
De arts geeft het punt van interesse op en het besturingssysteem herkent de robot en de positie van patiënt. Het systeem positioneert de robot in de juiste oriëntatie en vervolgens brengt de robot autonoom de naald stapsgewijs in de prostaat. Het nemen van de biopten gebeurt volgens een slim concept waarin pneumatiek de mechanische spanning opbouwt die nodig is om een effectieve knipbeweging uit te voeren. De bioptienaald heeft een schuine tip die actieve besturing mogelijk maakt: door rotatie van de naald krijgt deze een andere richting.
Een belangrijke ontwerpuitdaging was de MRI-omgeving. De diverse robotonderdelen mogen de kwaliteit van de MRI-beelden, en dus het magnetisch veld, niet beïnvloeden. Dat vergde toepassing van high-end MRI-compatibele materialen. Voor alle twijfelgevallen kon DEMCON in het Radboudumc testen op een fantoom uitvoeren. De poten van het Stewart-platform zijn in carbon uitgevoerd en kunststofschroeven (van PEEK) blijken de constructie betrouwbaar bijeen te houden. Keramiek is toegepast in lagers en op loopvlakken van de piëzomotoren voor voldoende nauwkeurigheid en stijfheid.
Andere ontwerpopgaven betroffen ergonomie, steriliteit en uitstraling. De constructie werd zo gekozen dat patiënten van verschillende afmetingen een comfortabele houding kunnen aannemen en er altijd voldoende ruimte is om de naald in te brengen. Verder is in het ontwerp rekening gehouden met het schoonmaken van het systeem en het eenvoudig kunnen steriliseren van de onderdelen die met de patiënt in aanraking komen. Het industrieel ontwerp zorgt voor een hoogwaardige uitstraling. Zo kunnen arts én patiënt hun vertrouwen stellen op de kwaliteit van MIRIAM.
