Les émetteurs d'énergie acoustique pourraient bientôt éliminer la nécessité d'une incision pendant la chirurgie

Chirurgie sans coupure

La chirurgie est un domaine médical qui a fait d'énormes progrès dans le passé. D'abord avec l'anesthésie générale, puis avec des procédures de plus en plus poussées et des outils de plus en plus précis, et plus récemment avec les robots, comme nous l'avons évoqué dans "Top 5 des actions dans le domaine de la chirurgie robotique" et "Sony présente la précision chirurgicale avec la robotique dans une récente démonstration de microchirurgie".

Ces progrès ont permis à la chirurgie de devenir de moins en moins invasive. Aujourd'hui, un très petit point d'entrée suffit généralement, laissant à peine une cicatrice, réduisant les saignements et raccourcissant la période de convalescence.

La robotique pourrait améliorer encore la chirurgie dans un avenir proche, grâce à des chercheurs qui ont testé un moyen de pratiquer une intervention chirurgicale sans aucune incision sur le corps. Ils y sont parvenus en utilisant uniquement des ondes sonores.

Ce projet a été mené par des chercheurs de l'Institut polytechnique et de l'Université d'État de Virginie, de l'Université de Caroline du Nord et de l'Université d'État du Michigan.

Chirurgie sonore

Dans leur publication intitulée "Pince à vortex acoustique à chiralité réglable assistée par robot pour la manipulation d'objets sans contact, multifonctionnelle et quadridimensionnelleDans le cadre de l'étude intitulée "La chirurgie de l'os", les chercheurs se sont concentrés sur les endroits du corps que les robots chirurgicaux ont du mal à atteindre - par exemple, les régions protégées par des barrières tissulaires et osseuses.

Pour améliorer l'accès, ils ont utilisé "pinces à vortex acoustiques accordables en fonction de la chiralité"Il s'agit essentiellement d'un émetteur d'ondes ultrasonores conçu pour déplacer un objet à distance.

Les ondes sonores se propageant dans tout le corps, elles peuvent déplacer à la demande des particules ou des objets de taille micro ou millimétrique à l'intérieur du corps sans contact direct. Ce contrôle comprenait "le contrôle de la rotation des objets, et la translation des objets le long de trajectoires de forme arbitraire."

Le faisceau de vortex acoustique peut être déplacé à l'échelle du micromètre. Ainsi, la zone de piégeage des particules peut être définie avec précision dans un espace 3D, et le déplacement d'une particule après sa capture peut être conçu. Lorsqu'il s'agit de déplacer un objet minuscule le long du trajet sinueux d'un vaisseau sanguin, cette caractéristique peut s'avérer cruciale.

Zhenhua Tian, professeur adjoint à Virginia Tech.

Comment cela fonctionne-t-il ?

Les pinces acoustiques sont des champs de vortex acoustiques qui se croisent pour former de minuscules pièges acoustiques en forme d'anneau.

Source : Avancées scientifiques

Il peut non seulement agir à travers les os ou les tissus, mais aussi déplacer des cellules, des médicaments ou des dispositifs chirurgicaux à l'intérieur des veines. Et ce, avec une précision de l'ordre du micromètre.

En combinant le concept rapidement amélioré d'une pince acoustique avec un robot (similaire à ceux déjà utilisés en chirurgie), les chercheurs ont réalisé pour la première fois une manipulation sans contact à 4 degrés de liberté (4-DOF). Cela signifie un mouvement dans les trois dimensions de l'espace ainsi qu'une rotation.

Les performances ont également été impressionnantes en raison de la capacité à manipuler des objets de taille allant du micromètre au millimètre, ainsi qu'à permettre la manipulation dans un grand espace 3D de 10 cm sur 10 cm sur 10 cm.

Source : Avancées scientifiques

Une dernière avancée a permis de résoudre une limitation courante des pinces acoustiques. La plupart d'entre elles nécessitent des matériaux transparents pour guider le mouvement. Ce qui, bien sûr, est incompatible avec la chirurgie des os et des tissus biologiques.

Ils ont donc combiné la pince acoustique avec une sonde à ultrasons. Ils ont également développé un logiciel spécifique pour permettre à la sonde de fonctionner malgré le "bruit" de la pince acoustique.

Notre algorithme d'imagerie minimise les cycles d'impulsion-échographie nécessaires à la collecte des signaux ultrasonores et met en œuvre une étape de filtrage dans le domaine des fréquences pour éliminer le bruit du signal acoustique induit par la pince à épiler.

Source : Avancées scientifiques

Applications au-delà de la chirurgie

Les pinces acoustiques ont déjà été utilisées pour un large éventail d'applications biologiques :

• Cellules mobiles (micromètres) et larves entières de poissons.
• Isoler des vésicules extracellulaires pour diagnostiquer une maladie ou isoler des cellules tumorales.
• Disposer les cellules pour la bio-impression.
• Concentrer les biomarqueurs pour améliorer le signal.
• Microrobots directs.

La technologie pourrait également être utilisée au-delà de la biologie. Par exemple, pour manipuler en toute sécurité des gouttelettes dangereuses, ou pour contrôler l'auto-assemblage de matériaux colloïdaux et l'agencement de nanomatériaux pour la fabrication de composites.

Dans l'ensemble, cette découverte sera probablement appliquée dans un premier temps au domaine de la chirurgie, mais pourrait ensuite avoir d'autres applications dans l'administration ciblée de médicaments, la bio-impression en 3D et les progrès de la science des matériaux, y compris les nanomatériaux.

Société de chirurgie robotique

Si l'un des systèmes de chirurgie robotique les plus avancés est vendu par Intuitive Surgical (EIGR), l'entreprise a moins d'expertise en échographie ou en endoscopie que certains de ses concurrents.

Il est donc probable que la première application médicale réelle des pinces soniques provienne d'entreprises de dispositifs médicaux déjà capables d'intégrer de nombreux systèmes de dispositifs médicaux tels que des robots ou des outils chirurgicaux.

1. Medtronic plc

Medtronic est un leader dans le domaine des dispositifs médicaux, en particulier dans les domaines suivants chirurgie et soins intensifs. Bien que les autres segments puissent également être considérés comme afférents, le segment médico-chirurgical de Medtronic représente $2,1B de revenus, sur un total de $7,7B.

Source : Medtronic

L'entreprise s'est développée par croissance organique, grâce à un pourcentage important du budget de R&D ($2,7B en 2022) et à des acquisitions (9 en 2022 et $3,3 d'acquisitions supplémentaires envisagées pour 2023).

Medtronic considère que la chirurgie robotique, plus simple et moins coûteuse, offre des possibilités considérables :

"Seuls 2% des opérations chirurgicales dans le monde sont réalisées avec l'aide de robots. Il y a 98% qui devraient être réalisées par chirurgie assistée par robot, mais pas aujourd'hui en raison des coûts et des contraintes d'utilisation".

C'est avec cette stratégie en tête que Medtronic a développé le système Hugo.

Source : Medtronic

Elle vend également le dispositif de chirurgie rachidienne assistée par robot Mazor X StealthGrâce à l'acquisition de Mazor Robotics pour $1,7 milliard d'euros en décembre 2018.

Dans l'ensemble, l'excellente réputation de Medtronics et sa présence dans pratiquement tous les hôpitaux pour au moins une partie de l'équipement lui donnent un bon point d'entrée pour s'emparer d'une part importante du marché naissant de la chirurgie robotique, que ce soit par le biais d'un développement interne ou d'acquisitions.

Elle vend également déjà systèmes d'échographie endoscopiqueet sa présence dans le domaine de la cardiologie pourrait permettre d'appliquer la technologie de la pince sonique aux thérapies et chirurgies cardiovasculaires.

2. Stryker Corporation

Stryker est un autre leader dans le domaine des dispositifs médicaux, présent dans pratiquement tous les hôpitaux et cliniques bien équipés, traitant jusqu'à 130 millions de patients par an. Les segments les plus importants sont la traumatologie, l'endoscopie et les instruments.

Source : Stryker

L'entreprise investit massivement dans l'innovation, avec $1.45B en R&D en 2022. Elle est également un acquéreur en série, avec 3 acquisitions en 2021. La plupart de ses ventes ont été réalisées aux États-Unis (74%), mais elle prévoit de continuer à se développer sur les marchés étrangers.

L'entreprise s'est développée dans le segment de la chirurgie, notamment par l'acquisition en 2019 d'OrthoSpace pour les chirurgies orthopédiques.

Il dispose également de la Mako, pour une chirurgie assistée par un bras robotisé consacré à la chirurgie orthopédique.

Fortement présente dans les domaines de la traumatologie, de la neurologie, de la colonne vertébrale, de l'endoscopie et d'autres interventions chirurgicales internes, Stryker pourrait être l'une des entreprises qui bénéficiera le plus de la chirurgie sans incision grâce aux pinces acoustiques.

Source : Stryker

Stryker, qui se concentre sur l'endoscopie et la chirurgie orthopédique, est susceptible de devenir le leader de la chirurgie robotique dans ce segment, qui se développe également en raison du vieillissement de la population.