قد تتيح الملاقط الصوتية الاستغناء عن الشقوق الجراحية قريبًا

الجراحة بلا شقوق

شهدت الجراحة تقدمًا هائلًا، بدءًا بالتخدير العام، ثم الإجراءات الأكثر تطورًا والأدوات الدقيقة، وصولًا إلى الروبوتات مؤخرًا، كما ناقشنا في مقالَي «أفضل 5 أسهم للجراحة الروبوتية» و«سوني تعرض الدقة الجراحية بالروبوتات في عرض حديث للجراحة المجهرية».

سمح هذا التقدم للجراحة بأن تصبح أقل توغلاً بشكل متزايد. اليوم، عادةً ما تكون نقطة دخول صغيرة جدًا كافية، تكاد لا تترك ندبة، وتقلل النزيف، وتُقصر فترة التعافي.

قد تجعل الروبوتات الجراحة أفضل أيضًا في المستقبل القريب، بفضل الباحثين الذين يختبرون طريقة لإجراء الجراحة دون فتح شق في الجسم على الإطلاق. وقد حققوا ذلك باستخدام موجات صوتية فقط.

نفّذ المشروع باحثون من معهد وجامعة ولاية فرجينيا للتقنية، وجامعة كارولاينا الشمالية، وجامعة ولاية ميشيغان.

الجراحة القائمة على الصوت

في دراستهم المعنونة «ملاقط دوامية صوتية قابلة لضبط الاحتجاز، بمساعدة الروبوت، للتحكم متعدد الوظائف دون تلامس بأربع درجات حرية»، ركّز الباحثون على مناطق الجسم التي يصعب على روبوتات الجراحة الوصول إليها، مثل المناطق المحجوبة بحواجز من الأنسجة والعظام.

لتحسين الوصول، استخدموا “ملاقط دوامية صوتية قابلة لضبط الاحتجاز”, وهي أساسًا باعث للموجات فوق الصوتية مصمم لتحريك جسم عن بُعد.

نظرًا لأن الموجات الصوتية تنتقل عبر الجسم، يمكنها تحريك الجسيمات أو الأجسام حسب الطلب بأحجام تتراوح من الميكرومتر إلى المليمتر داخل الجسم دون اتصال مباشر. وشمل هذا التحكم “التحكم في دوران الجسم، وإزاحة الأجسام على مسارات ذات أشكال اعتباطية”.

يمكن تحريك الحزمة الدوامية الصوتية على مقياس الميكرومتر. وبذلك يمكن تحديد منطقة احتجاز الجسيمات بدقة في حيز ثلاثي الأبعاد وتصميم حركة الجسيم بعد احتجازه. وقد تكون هذه الخاصية حاسمة عند تحريك جسم دقيق على المسار المتعرج لوعاء دموي.

تشنهوا تيان، أستاذ مساعد في جامعة فرجينيا للتقنية.

كيف يعمل؟

الملاقط الصوتية هي حقول دوامية صوتية تتقاطع لتشكيل مصائد صوتية دقيقة على هيئة حلقات.

المصدر: Science Advances

ليس فقط يمكن لهذا أن يعمل عبر العظام أو الأنسجة، بل يمكنه أيضًا تحريك الخلايا أو الأدوية أو أدوات الجراحة داخل الأوردة. وتحريكه بدقة على مقياس الميكرو متر.

من خلال الجمع بين مفهوم الملقط الصوتي المتطور بسرعة مع روبوت (مشابه لتلك المستخدمة في الجراحة بالفعل)، حقق الباحثون للمرة الأولى تحكمًا دون تلامس بأربع درجات حرية (4-DOF). وهذا يعني حركة في جميع الأبعاد الثلاثة للمكان بالإضافة إلى الدوران.

كان الأداء أيضًا مثيرًا للإعجاب بفضل القدرة على تحريك الأجسام التي تتراوح أحجامها من الميكرو متر إلى المليمتر، بالإضافة إلى السماح بالتلاعب في مساحة ثلاثية الأبعاد كبيرة تبلغ 10 سم × 10 سم × 10 سم.

المصدر: Science Advances

تمثل التقدم الأخير في تجاوز أحد القيود الشائعة للملاقط الصوتية. معظمها يتطلب مواد شفافة لتوجيه الحركة. وهو ما سيكون بطبيعة الحال عائقًا للجراحة خلف العظام والأنسجة الحيوية.

لذلك جمع الباحثون بين الملقط الصوتي ومسبار الموجات فوق الصوتية، وطوّروا برنامجًا مخصصًا يتيح للمسبار العمل رغم «الضوضاء» الناتجة عن الملقط.

تقلل خوارزمية التصوير لدينا دورات النبضة والصدى اللازمة لجمع إشارات الموجات فوق الصوتية، وتطبق خطوة ترشيح في مجال التردد لإزالة ضوضاء الإشارة التي تسببها الملاقط الصوتية.

المصدر: Science Advances

التطبيقات خارج الجراحة

استُخدمت الملاقط الصوتية بالفعل في مجموعة واسعة من التطبيقات البيولوجية:

• تحريك الخلايا (ميكرو متر) واليرقات السمكية بالكامل.
• عزل الحويصلات خارج الخلية لتشخيص الأمراض، أو عزل خلايا الأورام.
• ترتيب الخلايا للطباعة الحيوية.
• تركيز العلامات الحيوية لتعزيز الإشارة.
• توجيه الميكرو روبوتات.

يمكن استخدام التقنية خارج علم الأحياء أيضًا، مثل التعامل الآمن مع القطرات الخطرة، أو التحكم في التجمع الذاتي للمواد الغروية وترتيب المواد النانوية لتصنيع المواد المركّبة.

عمومًا، يُرجّح أن يُطبّق هذا الاكتشاف أولًا في الجراحة، ثم قد يجد تطبيقات أخرى في توصيل الأدوية المستهدف والطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد وتطوير علم المواد، بما فيه المواد النانوية.

شركة الجراحة الروبوتية

رغم أن شركة Intuitive Surgical (ISRG ) (ISRG) تبيع أحد أكثر أنظمة الجراحة الروبوتية تطورًا، فإن خبرتها في الموجات فوق الصوتية أو التنظير أقل من خبرة بعض منافسيها.

لذلك قد يأتي أول تطبيق طبي فعلي للملاقط الصوتية من شركات أجهزة طبية تمتلك بالفعل خبرة في دمج أنظمة متعددة، مثل الروبوتات وأدوات الجراحة.

1. Medtronic plc

تُعد Medtronic من الشركات الرائدة في الأجهزة الطبية، خصوصًا في الجراحة والعناية المركزة. ورغم إمكان اعتبار قطاعات أخرى مرتبطة بهذا المجال، فإن قطاعها الطبي الجراحي يحقق إيرادات تبلغ 2.1 مليار دولار من إجمالي 7.7 مليار دولار.

المصدر: Medtronic

تنمو الشركة عضويًا بفضل تخصيص موارد كبيرة للبحث والتطوير، بلغت 2.7 مليار دولار في 2022، وبالاستحواذات: تسع صفقات في 2022 واستحواذات إضافية بقيمة 3.3 دولار قيد النظر لعام 2023.

ترى Medtronic فرصة هائلة لجراحة روبوتية أبسط وأقل تكلفة:

«تُجرى 2% فقط من العمليات الجراحية عالميًا بمساعدة الروبوتات. وهناك 98% تحتاج إلى جراحة بمساعدة الروبوت، لكنها لا تُجرى كذلك اليوم بسبب أعباء التكلفة والاستخدام».

وانطلاقًا من هذه الاستراتيجية، طوّرت Medtronic نظام Hugo.

المصدر: Medtronic

وتبيع أيضًا جهاز Mazor X Stealth للجراحة الروبوتية المساعدة للعمود الفقري، بعد استحواذها على Mazor Robotics مقابل 1.7 مليار دولار في ديسمبر 2018.

تمنح سمعة Medtronic الممتازة ووجود معداتها في كل مستشفى تقريبًا نقطة انطلاق جيدة للحصول على حصة قوية من سوق الجراحة الروبوتية الناشئ، سواء بالتطوير الداخلي أو بالاستحواذات.

وتبيع بالفعل أنظمة التصوير بالموجات فوق الصوتية بالمنظار، وقد يساعد حضورها في طب القلب على تطبيق تقنية الملاقط الصوتية في علاجات القلب والأوعية الدموية وجراحاتها.

2. Stryker Corporation

Stryker شركة رائدة أخرى في الأجهزة الطبية، توجد منتجاتها في كل مستشفى أو عيادة مجهزة جيدًا تقريبًا، وتخدم ما يصل إلى 130 مليون مريض سنويًا. وأكبر قطاعاتها طب الإصابات والتنظير والأدوات الطبية.

المصدر: Stryker

تستثمر الشركة بكثافة في الابتكار، إذ أنفقت 1.45 مليار دولار على البحث والتطوير في 2022. كما تنفذ استحواذات متكررة، منها ثلاث في 2021. تتركز معظم مبيعاتها في الولايات المتحدة بنسبة 74%، وتخطط لمواصلة النمو في الأسواق الخارجية.

تتوسع الشركة في قطاع الجراحة، خصوصًا عبر استحواذها على OrthoSpace في 2019 لجراحات العظام.

وتقدم أيضًا نظام Mako للجراحة بمساعدة ذراع روبوتية المخصص لجراحة العظام.

بفضل حضورها القوي في طب الإصابات والأعصاب والعمود الفقري والتنظير والجراحات الداخلية الأخرى، قد تكون Stryker من أكثر الشركات استفادة من الجراحة بلا شقوق باستخدام الملاقط الصوتية.

المصدر: Stryker

مع تركيزها القوي على التنظير وجراحة العظام، يُرجّح أن تصبح Stryker رائدة الجراحة الروبوتية في هذا القطاع، الذي ينمو أيضًا بسبب شيخوخة السكان.