Robotik

Akustiske energiemitter kan snart fjerne behovet for snit under operation

mm
Udgivet den
Opdateret den
Securities.io maintains rigorous editorial standards and may receive compensation from reviewed links. We are not a registered investment adviser and this is not investment advice. Please view our affiliate disclosure.

Kirurgi uden snit

Kirurgi er et medicinsk område, der har gjort enorme fremskridt i fortiden. Først med generel anæstesi, derefter stadig mere avancerede procedurer og præcise værktøjer, og for nylig robotter, som vi diskuterede i “Top 5 robotkirurgi aktier” og “Sony viser kirurgisk præcision med robotteknologi i nylig mikrokirurgi-demo”.

Disse fremskridt har gjort det muligt for kirurgi at blive stadig mindre invasiv. I dag er et meget lille indgangspunkt som regel nok, efterlader knapt et ar, reducerer blødning og forkorter restitutionsperioden.

Robotteknologi kan gøre kirurgi endnu bedre i den nærmeste fremtid, takket være forskere, der tester en metode til at udføre kirurgi uden at lave et snit i kroppen overhovedet. Og de opnåede dette ved kun at bruge lydbølger.

Dette projekt blev udført af forskere ved Virginia Polytechnic Institute and State University, University of North Carolina og Michigan State University.

Lydbaseret kirurgi

I deres publikation med titlen “Robotassisterede chirality‑justerbare akustiske vortex‑tweezere til kontaktløs, multifunktionel, 4-DOF objektmanipulation” fokuserede forskerne på områder i kroppen, som kirurgirobotter har svært ved at nå – for eksempel regioner skjult af vævs- og knoglebarrierer.

For at forbedre adgangen brugte de “chirality‑tunable acoustic vortex tweezers”, i bund og grund en ultralydsbølge‑emitter designet til at flytte et objekt på afstand.

Da lydbølger bevæger sig gennem hele kroppen, kan de flytte partikler på efterspørgsel eller mikro‑ til millimeter‑størrelse objekter inde i kroppen uden direkte kontakt. Denne kontrol omfattede “styring af objektrotation og flytning af objekter langs vilkårligt formede baner.”

Den akustiske vortexstråle kan flyttes på mikrometerskala. Følgelig kan partikelfangstområdet præcist indstilles i et 3D‑rum, og flytning af en partikel efter dens fangst kan designes. Når man flytter et lille objekt langs den snoede vej i et blodkar, kan dette være en kritisk funktion.

Zhenhua Tian, assisterende professor ved Virginia Tech.

Hvordan fungerer det?

Akustiske tweezere er akustiske vortex‑felter, der krydser hinanden for at danne små ringformede akustiske fælder.

Dette kan ikke kun fungere gennem knogler eller væv, men også flytte celler, lægemidler eller kirurgiske enheder inde i vener. Og flytte dem præcist på mikrometerskala.

Ved at kombinere det hurtigt forbedrende koncept med en akustisk tweezers med en robot (lignende dem, der allerede bruges i kirurgi), opnåede forskerne for første gang kontaktløs 4-graders-frihed (4-DOF) manipulation. Det betyder bevægelse i alle 3 dimensioner af rummet samt rotation.

Præstationen var også imponerende på grund af evnen til at manipulere objekter fra mikrometer til millimeter størrelse, samt muligheden for manipulation i et stort 3D‑rum på 10 cm x 10 cm x 10 cm.

En sidste fremskridt var at løse en almindelig begrænsning ved akustiske tweezere. De fleste kræver gennemsigtige materialer for at lede bevægelsen. Hvilket naturligvis ville være selvmodsigende for kirurgi bag knogler og biologisk væv.

Derfor kombinerede de den akustiske tweezers med en ultralydsprobe. De udviklede også dedikeret software, så proben kan fungere trods “støjen” fra den akustiske tweezers.

Vores billedbehandlingsalgoritme minimerer de nødvendige puls‑ekko‑cyklusser for indsamling af ultralydssignaler og implementerer et frekvensdomæne‑filtreringstrin for at fjerne støj forårsaget af akustisk tweezers‑signal.

Anvendelser ud over kirurgi

Akustiske tweezere er allerede blevet brugt til en bred vifte af biologiske anvendelser:

  • Flytning af celler (mikrometer) og hele fiske‑larver.
  • Isolering af ekstracellulære vesikler til sygdomsdiagnostik eller isolering af tumorceller.
  • Arrangere celler til bioprintning.
  • Koncentrere biomarkører for signalforbedring.
  • Styre mikrorobotter.

Teknologien kunne også bruges ud over biologi. For eksempel til at manipulere farlige dråber sikkert, eller til at kontrollere selv‑samling af kolloidale materialer og arrangement af nanomaterialer til fremstilling af kompositter.

Så samlet set vil denne opdagelse sandsynligvis først blive anvendt inden for kirurgi, men kan senere have yderligere anvendelser inden for målrettet lægemiddellevering, 3D‑bioprintning og fremskridt inden for materialvidenskab, inklusive nanomaterialer.

Robotkirurgi Firma

Mens et af de mest avancerede robotkirurgisystemer sælges af Intuitive Surgical (ISRG), har virksomheden mindre ekspertise inden for ultralyd eller endoskopi end nogle af dens konkurrenter.

Derfor er det sandsynligt, at den første virkelige medicinske anvendelse af soniske tweezere kan komme fra medicinsk udstyrsvirksomheder, der allerede er dygtige til at integrere mange medicinske enhedssystemer som robotter eller kirurgiske værktøjer.

1. Medtronic plc

(MDT )

Medtronic er en førende leverandør af medicinsk udstyr, især inden for kirurgi og intensivpleje. Mens de andre segmenter også kan betragtes som tilknyttede, udgør Medtronic’s medicinsk kirurgiske segment $2,1 mia i omsætning ud af i alt $7,7 mia.

Kilde: Medtronic

Virksomheden har vokset gennem organisk vækst, takket være en stor del af forsknings‑ og udviklingsbudgettet ($2,7 mia i 2022) og opkøb (9 i 2022 og $3,3 mia i yderligere opkøb overvejet for 2023).

Medtronic ser en enorm mulighed for enklere, lavpris robotkirurgi:

“kun 2 % af operationer verden over udføres med robotassistance. Der er 98 % som skal udføres via robotassisteret kirurgi, men ikke i dag på grund af omkostnings‑ og udnyttelsesbelastninger”

Det er med denne strategi i tankerne, at Medtronic har udviklet Hugo‑systemet.

Kilde: Medtronic

Den sælger også Mazor X Stealth spinal robotassisteret kirurgisk enhed, takket være dens opkøb af Mazor Robotics for $1,7 mia i december 2018.

Samlet set giver Medtronic’s fremragende ry og tilstedeværelse i stort set hvert hospital for mindst noget udstyr dem et godt indgangspunkt til at erobre en solid del af det spirende robotkirurgimarked, enten gennem intern udvikling eller opkøb.

Den sælger også allerede endoskopiske ultralydssystemer, og dens tilstedeværelse inden for kardiologi kunne hjælpe med at anvende sonisk tweezers‑teknologi til kardiovaskulære terapier og operationer.

2. Stryker Corporation

(SYK )

Stryker er en anden leder inden for medicinsk udstyr, der er til stede i stort set hvert veludstyret hospital eller klinik og behandler op til 130 millioner patienter årligt. De største segmenter er traumatologi, endoskopi og instrumenter.

Kilde: Stryker

Virksomheden investerer kraftigt i innovation med $1,45 mia i F&U i 2022. Den er også en serial opkøber med 3 opkøb i 2021. De fleste af dens salg har været til USA (74 %), med planer om fortsat vækst på udenlandske markeder.

Virksomheden har vokset i kirurgisegmentet, især gennem sit 2019-opkøb af OrthoSpace for ortopædisk kirurgi.

Den har også Mako, til robotarm‑assisteret kirurgi dedikeret til ortopædisk kirurgi.

Med en stærk tilstedeværelse inden for traume, neurologi, rygsøjle, endoskopi og anden intern kirurgi, kunne Stryker være blandt de virksomheder, der får mest udbytte af snitfri kirurgi med akustiske tweezere.

Kilde: Stryker

Med sit stærke fokus på endoskopi og ortopædisk kirurgi er Stryker sandsynligvis på vej til at blive leder inden for robotkirurgi i dette segment, som også vokser på grund af en aldrende befolkning.

mm

Jonathan er en tidligere biokemisk forsker, der har arbejdet med genetisk analyse og kliniske forsøg. Han er nu en aktieanalytiker og finansforfatter med fokus på innovation, markedscykler og geopolitik i sin publikation The Eurasian Century.