{"id":9235,"date":"2026-04-07T12:57:51","date_gmt":"2026-04-07T12:57:51","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/martijn-de-vries\/"},"modified":"2026-04-23T08:18:43","modified_gmt":"2026-04-23T08:18:43","slug":"martijn-de-vries","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/martijn-de-vries\/","title":{"rendered":"Martijn De Vries"},"content":{"rendered":"","protected":false},"excerpt":{"rendered":"","protected":false},"author":8,"featured_media":13407,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-9235","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Steerable needles in prostate brachytherapy","samenvatting":"Brachytherapie (BT) is een veilige en effectieve techniek om niet-uitgezaaide prostaatkanker te behandelen (lokale prostaatkanker). In de huidige klinische praktijk komen echter toch geregeld problemen voor bij het plaatsen van de BT-naalden in de prostaat ten behoeve van de daaropvolgende bestraling. Tussengelegen structuren kunnen de toegang tot de prostaat blokkeren, terwijl naald-weefsel interacties een onverwachte afbuiging van de naald kunnen veroorzaken. Deze situaties zijn ongewenst, aangezien ze kunnen leiden tot onvoldoende bestraling van de prostaat. Dit kan resulteren in een minder effectieve behandeling of kan zelfs leiden tot de exclusie van pati\u00ebnten. In de literatuur zijn er verschillende technieken gepresenteerd om deze gevaren te mitigeren. Een actief stuurbare naald wordt hierbij als veelbelovend concept beschouwd. Het vervaardigen en reinigen van dergelijke ontwerpen is echter vaak complex, terwijl de lage rigiditeit van de naalden de controle kan beperken en het risico op knikken vergroot tijdens het penetreren van stijvere weefsels zoals de prostaat. Deze factoren zorgden er tot op heden voor dat implementatie in BT-protocollen een uitdaging was.\n\nIn dit proefschrift wordt een unieke stuurtechniek voorgesteld waarmee flexibiliteit bij het positioneren van BT-naalden verbeterd zou kunnen worden, terwijl naaldrigiditeit behouden blijft. Met behulp van actieve sturing aan de tip van de naald kunnen onverwachte afbuigingen in het weefsel beheerst worden en kunnen er gecontroleerde kromme naaldtrajecten worden gecre\u00eberd om tussengelegen structuren te omzeilen. In dit onderzoek evalueren wij of deze oplossing ervoor kan zorgen dat een grotere groep prostaatkankerpati\u00ebnten behandeld zou kunnen worden door middel van high-dose-rate (HDR) BT. Daarnaast onderzoeken wij twee andere sturingstechnieken voor BT in de prostaat en hersenen.\n\nOm de criteria voor naaldsturing bij prostaat BT te defini\u00ebren, zijn de potenti\u00eble gevaren met betrekking tot de plaatsing van naalden onderzocht, met speciale aandacht voor (1) beperkingen bij het bereiken van de prostaatklier doordat het schaambeen in de weg ligt, gewoonlijk aangeduid als pubic arch interferentie (PAI), en (2) fouten bij het positioneren van de naald. De mate van PAI is gekwantificeerd om de benodigde sturing van de naald te bepalen, terwijl momenteel gehanteerde klinische richtlijnen inzicht gaven in de maximaal toegestane fout bij het positioneren van een naald. Daarnaast zijn er datasets van pati\u00ebnten met een groot prostaatvolume geanalyseerd, omdat normaliter verwacht wordt dat deze groep pati\u00ebnten een grotere kans op PAI heeft. Daarom komt het vaak voor dat deze pati\u00ebnten op voorhand al niet in aanmerking komen voor BT. In tegenstelling tot de relatie die in de literatuur is gerapporteerd, vonden wij geen duidelijk verband tussen prostaatvolume en PAI. Onze analyse toonde aan dat het niveau van PAI tussen pati\u00ebnten varieert van geen PAI tot een significante hoeveelheid PAI. Deze variatie impliceert dat de huidige benadering mogelijk pati\u00ebnten uitsluit die potentieel in aanmerking zouden kunnen komen voor een behandeling met BT. De bevindingen van dit onderzoek pleiten daarom voor een meer intra-operatieve benadering met een grotere flexibiliteit bij het positioneren van de naalden, hetgeen door onze stuurtechniek kan worden geboden.\n\nPrototypes van het naaldontwerp zijn ontwikkeld en vervolgens getest in fantomen en ex-vivo weefsel. De resultaten toonden aan dat de stuurbare naald een vergelijkbare plaatsingsnauwkeurigheid heeft als de conventionele rigide HDR BT-naald, terwijl de stuurbare naald ook langs een gebogen traject ingebracht kan worden. Tevens is een preklinische validatietest van de stuurbare naalden uitgevoerd in de conventionele BT-setting met een ontwikkeld prostaatfantoom door ervaren clinici op het gebied van BT. Het plannen van de gebogen trajecten om het schaambeen te omzeilen was eenvoudig te realiseren en de stuurbare naalden werden succesvol ingebracht. Het resultaat was een uitstekende consistentie tussen de behandelplannen voorafgaand aan en na afloop van de naaldimplantaties. Dit experiment leverde overtuigend bewijs dat stuurbare naalden een zeer conforme dosisverdeling in de prostaat kunnen bereiken.\n\nIn dit onderzoek zijn alle noodzakelijke stappen voltooid om in de toekomst klinische testen uit te voeren met dit medische instrument, waarbij CE-certificering nog niet aanwezig is. Wij hebben het Investigational Medical Device Dossier (IMDD) samengeld in overeenstemming met de Medical Device Regulation 2017\/745 (MDR) om de veilige toepassing van deze stuurbare naald bij menselijke pati\u00ebnten te waarborgen.\n\nDit proefschrift presenteert een unieke stuurbare naald die gereed is voor klinisch onderzoek. De experimenten, geometrische analyse en de dosimetrische analyse tonen de meerwaarde van dit instrument aan voor HDR prostaat BT. Deze ontwerpoplossing biedt de clinicus een verbeterde controle en flexibiliteit bij het plaatsen van de naald en garandeert een meer intra-operatieve en pati\u00ebnt-specifieke aanpak. Hierdoor kan deze doorbraak ervoor zorgen dat HDR BT een mogelijke behandeloptie wordt voor prostaatkankerpati\u00ebnten die momenteel niet in aanmerking komen vanwege een te grote prostaat en\/of PAI. Door middel van eenvoudige aanpassingen aan de ontwerpparameters kan dit sturingsprincipe ook voor andere medische toepassingen worden gebruikt die mogelijk baat hebben bij de stuurbaarheid van een instrument.\n\nIntroduction\n\n1.1 BACKGROUND\n\nWorldwide, cancer is a serious health problem with an estimated amount of 19.3 million new cases presented every year and 10.0 million deaths in 2020 [1]. This destructive disease, characterised by uncontrolled cell differentiation, is rated second in leading causes of death in the United States [2]. Current possible cancer treatments include surgery, medicines and radiation therapy to kill or stunt the growth of malignant tumour cells. One type of radiation therapy can be applied internally, known as brachytherapy (BT). This modality has gained wide acceptance as a treatment option for organ-confined tumours. The success of BT has increased with the emerging imaging modalities, technological advances and individual treatment planning possibilities.\n\n1.2 BRACHYTHERAPY\n\nBT is a minimally invasive procedure that is well-suited for treating various tumour sites in the body, including the breast, cervix and prostate. The term \"brachy\" is derived from the Greek word for \"short\", referring to the fact that radioactive sources are positioned inside or in the vicinity of the area that requires treatment. The sources are delivered through needles and left in situ for a specified amount of time to deliver the required doses of radiation, depending on the cancer type, the specific BT technique and the treatment plan. In interstitial BT, the needles are inserted through the skin and into soft tissue, guided towards the target volume using imaging techniques such as ultrasound (US), magnetic resonance imaging (MRI), or computed tomography (CT). Because each source contribution has a heterogeneous dose distribution, the dose around the needles is much higher compared to the","summary":"Brachytherapy (BT) is a safe and effective technique to treat prostate cancer that has not spread outside the prostate gland (localised prostate cancer). Nonetheless, in current clinical practice hazards can arise in positioning the BT needles in the prostate for the purpose of irradiation. Intermediate structures can block access to the prostate and needle-tissue interactions can result in unexpected deflection of the needle inserted. These situations are undesirable because they lead to insufficient radiation of the prostate, potentially reducing treatment outcomes or resulting in patients being excluded from this treatment. Various techniques have been proposed in the literature to mitigate these hazards, of which actively steerable needles are considered very promising. However, manufacturing and cleaning such designs is often complex, while the low rigidity of the needles limits control and increases the risk of buckling when penetrating stiffer tissues such as the prostate. These factors have made implementation in BT protocols challenging.\n\nA unique steering technique is proposed in this thesis that aims to provide improved flexibility in needle positioning while preserving high needle rigidity. This design solution will enable adaptive tip steering to control the unexpected deflections in tissue and create controlled curved needle trajectories to circumvent intermediate structures. Our investigation focuses on determining if our solution can facilitate the use of high-dose-rate (HDR) BT for a wider range of patients. Furthermore, we explore two other steering techniques for BT of prostate and brain cancers.\n\nThe hazards in literature were studied to define the requirements for the proposed steering solution, focusing on: (1) limitations in accessing the prostate gland due to interference from the pelvic bone, commonly referred to as pubic arch interference (PAI), and (2) errors in needle positioning. The level of PAI has been quantified to determine the magnitude of steering required and clinical guidelines gave us insight into the limits of the maximum allowable needle positioning error. In addition, datasets of patients with a large prostate volume have been analysed because this group of patients is traditionally expected to be at higher risk of PAI. These patients are frequently rejected in advance from undergoing BT. Contrary to the probability reported in literature, we found no clear relation between prostate volume and PAI. Our analysis showed that the level of PAI varied between patients ranging from no restriction to a significant level of access limitation. This variation implies that the current approach may exclude patients who could potentially be eligible, resulting in false positive outcomes. The findings of this study encouraged the more intraoperative approach with increased flexibility in needle positioning provided by our steering solution.\n\nPrototypes of the needle design have been developed and tested in phantoms and ex-vivo tissue. Results showed that the steerable needle has similar targeting accuracy as the conventional rigid HDR BT needle, while adding the ability to insert the needle along a curved trajectory. A preclinical validation test was performed in the clinical setting by experienced physicians in the field of BT with the steerable needles and a developed prostate phantom. The planning of curved trajectories to circumvent the pubic arch was easily accomplished, and the implantation of steerable needles yielded successful results. There was an excellent consistency observed between the pre,- and post-implant treatment plans. This experiment provided compelling evidence that steerable needles can effectively achieve a highly conformal dose distribution in the prostate.\n\nWe completed all the necessary steps to conduct the first in human trial using this non CE-marked medical device. We compiled the Investigational Medical Device Dossier (IMDD) in accordance with the Medical Device Regulation 2017\/745 (MDR) to ensure the safe application of the steerable needle in human patients.\n\nThis thesis presents a unique steerable needle that is ready for clinical investigation, with experiments and geometric and dosimetric analyses demonstrating the added value of this instrument in BT approaches. The design solution provides the physician improved control and flexibility in needle positioning to ensure a more intraoperative and patient-specific approach. Consequently, this breakthrough enables HDR BT as a treatment option for prostate cancer patients that are currently considered non-eligible because of a large prostate and\/or PAI. Simple adjustments to the design parameters allow the steering principle to be used for other medical applications that may benefit from steerability.","auteur":"Martijn De Vries","auteur_slug":"martijn-de-vries","publicatiedatum":"1 december 2023","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/martijndevries?iframe=true","url_download_pdf":"","url_epub":"","ordernummer":"FTP-202604071255","isbn":"978-94-6469-646-2","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Overig","afbeeldingen":13407,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Overig","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/9235","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/8"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=9235"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/9235\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":9238,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/9235\/revisions\/9238"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/13407"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=9235"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=9235"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}