De hersenchirurg snijdt in je hologram

Medische technologie De computerbril dringt door in de operatiekamer. Hersenchirurg Tristan van Doormaal wil zijn test met Microsofts Hololens snel uitbreiden: hologrammen maken het brein tastbaar.

Neurochirurg Tristan van Doormaal werkt aan nieuw gereedschap voor hersenchirurgie Foto Roger Cremers

Het begon met robots die uit de muur kropen, over de driezitsbank en het dressoir. Levende hologrammen in de huiskamer, alleen zichtbaar als je door een computerbril kijkt.

Die eerste demonstratie van Microsofts Hololens, in 2015, oogde als een futuristische game. Drie jaar later is het spelletje serieus gereedschap geworden: in Nederland werden al drie hersenpatiënten geopereerd met behulp van de hologrammen. De test wordt binnenkort uitgebreid.

Neurochirurg Tristan van Doormaal van het UMC Utrecht projecteert een hologram van een hersenscan op echte hersenen van een echte patiënt, op een echte operatietafel. Op zijn hoofd draagt hij de Hololens, een Windows-computer verpakt in een hoofdband met een transparant 3d-scherm voor de ogen. Zo zie je echt en nep door elkaar; het biologische orgaan én de digitale weergave.

Drie dimensies

Als hij de onderliggende structuur van een brein ziet, kan Van Doormaal veiliger bewegen en tumoren verwijderen zonder kwetsbare gebieden te raken. „Vaak opereren we diep onder de hersenen, via de neus of via de schedel. Dan is het belangrijk om precies te weten waar je bent.”

Om de weg vinden in iemands hersenen – ‘neuronavigatie’ – werkt de chirurg nu nog met een aanwijsstokje dat CT- of MRI-scans vertoont op een externe monitor. Dat biedt geen echte stereoscopische ervaring – het gevoel dat je objecten vast kunt pakken. Terwijl een hersenchirurg juist in drie dimensies ‘denkt’, zegt Van Doormaal.

De bestaande systemen voor hersennavigatie zijn prijzig. „Al snel 3 ton, terwijl een Hololens zo’n 3.000 euro kost.” Voor ziekenhuizen in ontwikkelingslanden zou een computerbril dus een uitkomst zijn. „Ze moeten het nu doen met onze afgedankte apparatuur.” De chirurg benadrukt dat hij niet gecommitteerd is aan de Hololens en geen financiële overeenkomst met Microsoft heeft. Het gaat hem om hologrammen. Die gaan de operatiekamer veroveren.

Eigen gereedschap

In een lab op de Utrechtse Uithof werkt Tristan van Doormaal samen met het Brain Technology Institute aan nieuw gereedschap voor hersenchirurgie. Zo zoekt hij, tussen de operaties door, naar betere lijmsoorten om het hersenvlies na een operatie weer te dichten – wondlekkage houdt veel patiënten onnodig lang in het ziekenhuis.

Hij is gedreven, een chirurg die liefst zelfs zijn eigen gereedschap ontwerpt omdat de praktijk de beste leermeester is. Van Doormaal is altijd op zoek naar nieuwe snufjes, mits ze praktisch zijn – niet futuristisch. „Ik zou bijvoorbeeld graag een operatierobot testen die helpt nog nauwkeuriger een bypass te maken in de hersenen van een jong kind. Die bloedvaten zijn 0,6 of 0,7 millimeter dik.”

Maar via een robot opereren op grote afstand, dat is volgens hem niet realistisch. „Je moet als chirurg in de operatiekamer zijn om problemen op te lossen en als team te werken. Dit vak draait om mensen.”

Lees ook: Robotchirurgie? Opereren blijft handwerk

Het plan om te gaan experimenteren met een Hololens komt uit zijn koker. Samen met het Brain Technology Institute en ontwikkelaar Tom Mensink ontwierp Van Doormaal de software die de 3D-scans in hologrammen vertaalt en projecteert op de Hololens. Het maken van een hologram van een patiënt vergt nu nog amper tien minuten.

Het kostte een half jaar om de navigatiemachine op de Hololens na te bouwen en te meten of de hologrammen nauwkeurig op hun plek blijven. Het hologram heeft een afwijking van enkele millimeters, terwijl de dure apparatuur één millimeter speling heeft.

Het hologram heeft een afwijking van enkele millimeters

Foto Roger Cremers

Sinds april opereerde hij drie patiënten met de Hololens op zijn hoofd. „Ze waren geen proefkonijnen”, zegt Van Doormaal, want hij gebruikte als leidraad de traditionele manier van neuronavigatie en vergeleek dat met hologrammen.

Deze maand dient Van Doormaal een verzoek in bij de Medisch Ethische Toetsingscommissie: hij wil toestemming om nog eens dertig tot vijftig patiënten te opereren met beide technieken. Deze operaties worden uitgevoerd door meerdere chirurgen

Een tastbaar brein

In een vergaderkamertje tovert hij de hersenen van zijn eerste ‘holo-patiënten’ tevoorschijn. Het brein, de bloedvaten en de tumoren zijn, zelfs voor een leek, bijna tastbaar aanwezig. „Mooi hè”, zegt Van Doormaal.

Hersennavigatie via hologrammen zou behalve op de Hololens ook kunnen werken op telefoons en andere computerbrillen. Ook traditionele fabrikanten van medische apparatuur azen op het hologram.

De chirurg denkt hardop: je zou de beelden kunnen projecteren via een exoscoop – een microscoop die de hersenoperatie uitvergroot op een scherm boven de patiënt. De chirurg kijkt daarbij niet meer door het oculair van een microscoop, maar door een 3D-bril.

Die exoscoop biedt nieuwe mogelijkheden, zegt Van Doormaal: „Dan kan ik tijdens de operatie rechtop blijven staan of zitten – het scheelt een hoop gebuk. En een nekhernia.”

De neurochirurg gebruikt de Hololens om patiënten beter uit te leggen wat hij in hun hoofd gaat doen en assistenten uit te leggen hoe de operatie veilig uitgevoerd dient te worden. Binnen een aantal jaren is de holografie de traditionele neuronavigatie langszij, verwacht hij. Tot die tijd valt er nog een hoop te verbeteren.

Als chirurg denk je in drie dimensies

Tristan van Doormaal, hersenchirurg

De computerbril bepaalt zijn positie op basis van zijn omgeving, via dieptecamera’s en andere sensoren, en plaatst het hologram op het hoofd van de patiënt. Maar als er veel verandert in de ruimte – meer assistenten erbij, of een extra tafel met gereedschap, moet de software opnieuw ‘kalibreren’; berekenen hoe het hologram verankerd wordt . Als het hoofd gedraaid wordt, draait het hologram mee.

En om echt nauwkeurig te kunnen werken zou een computerbril ook overweg moeten kunnen met brain shift. Van Doormaal legt uit: „Voordat je opereert laat je wat hersenvocht weglopen, zodat er wat ruimte ontstaat in de hersenen. Daardoor daalt het oppervlakte van het brein tot wel een centimeter en past de 3D-scan niet meer precies. Ook als een grote tumor verwijderd, wijkt het holografische plaatje af van de werkelijkheid.”

Het meten van verschuivingen van de ‘weke delen’ van het menselijk lichaam – en daarop de software corrigeren tijdens de operatie – is de heilige graal van de neurochirurgie, zegt Van Doormaal. Het vergt wel een bril met een krachtiger processor.

Microsoft gaat de nieuwe Hololens – die begin 2019 zou moeten verschijnen – van een chip voorzien die ook kunstmatige intelligentie-berekeningen uitvoert – dit zou wellicht het hologram bij brain shift kunnen corrigeren.

Van Doormaal heeft meer wensen. De bril moet draadloos blijven, lichter (nu ruim een halve kilo), met een breder blikveld en langere batterijduur. De bril zou daarnaast automatisch je handen moeten ‘wegfilteren’ in beeld – nu worden hologrammen geprojecteerd over de handen van de chirurg heen. Dat maakt de mixed reality minder realistisch.

(Tekst gaat verder na video)


Tristan van Doormaal toonde de Hololens ook in de ‘Wereld van Morgen’ (AVROTROS)

Microsoft leerde zijn les

Van Doormaal wil dat de bril lichter wordt, en een langere batterijduur krijgt

Foto Roger Cremers

Bij Microsoft zijn ze verrast door de gretigheid waarmee artsen zich op de Hololens storten. Simon Kos, die Microsofts medische tak leidt: „Bij de eerste presentatie hadden we een demo van een stereoscopisch kijkje in het hart. Artsen wilden iets praktischers en ontwierpen hologrammen die over dummies gelegd worden om studenten te trainen”, reageert hij telefonisch vanaf een medisch congres in Londen.

De Hololens is al gebruikt om echo’s van zwangere vrouwen tijdens hun bevalling te bekijken, in Japan wordt de computerbril ingezet bij leveroperaties, om bloedvaten te mijden. „Het gaat sneller dan we verwachten”, aldus Kos, die zelf lang in een ziekenhuis werkte.

Technologiebedrijven als Microsoft richten hun pijlen op de medische sector, omdat de uitgaven in de gezondheidszorg de komende jaren zullen stijgen. Google heeft bijvoorbeeld zijn eigen gezondheidstak, Verily, Amazon werkt aan een eigen zorgverzekering voor personeel. Apple, op zijn beurt, verandert de Apple Watch in een medische tracker die je dokter op de hoogte houdt van je activiteiten.

Lees ook: Deze Apple-vinding kan belangrijker zijn dan de nieuwe iPhone

Microsoft moest even zoeken voordat het zijn strategie had bepaald. Het bedrijf stopte bijvoorbeeld met de Microsoft Band, een fitnesstracker die al na twee versies verdween.

De softwaremaker investeerde in 2008 en 2009 in verschillende medische bedrijven maar heeft die al weer doorverkocht aan GE. Kos: „Dat is een les die we geleerd hebben. We zijn goed in uitvinden. Maar Microsoft is niet goed in medische diensten. We moeten niet concurreren met onze partners en klanten.”

In de cloud

Microsoft had over het afgelopen jaar een omzet van 110 miljard dollar (93 miljard euro) en zegt niet hoeveel bij medische klanten van- daan komt. De verwachting is echter dat gezondheidsinstellingen de komende jaren 25 procent meer geld uit zullen geven aan opslag en analyse in de cloud. Dat is de markt waar Microsoft, net als Google en Amazon, zijn zinnen op heeft gezet.
Ziekenhuizen gaan meer patiëntendata verzamelen en willen patronen ontdekken in die gegevens. Zo helpt de computer artsen bij hun diagnoses en kan het ziekenhuis beter inschat- ten hoe lang patiënten zullen verblijven.
Er werken honderd wetenschappers voor de gezondheidstak van Microsoft. „Een serieuze investering”, aldus Kos. De Hololens is volgens hem een goede manier om een nieuwe markt te ontginnen en tegelijkertijd ziekenhuizen naar Microsofts servers en software te lokken: „We willen geen eigen gezondheidsdiensten ontwikkelen. We willen gereedschappen bouwen voor doktoren.”

    • Marc Hijink