Les émetteurs d’énergie acoustique pourraient bientôt éliminer le besoin d’incision lors de la chirurgie

Chirurgie sans incision

La chirurgie est un domaine médical qui a réalisé d’énormes progrès dans le passé. D’abord avec l’anesthésie générale, puis des procédures de plus en plus avancées et des outils précis, et plus récemment les robots, comme nous l’avons évoqué dans “Top 5 Robotic Surgery Stocks” et “Sony Showcases Surgical Precision with Robotics in Recent Microsurgery Demo”.

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

La robotique pourrait rendre la chirurgie encore meilleure dans un avenir proche, grâce à des chercheurs testant une méthode pour réaliser une chirurgie sans aucune incision sur le corps. Et ils ont réussi cela en n’utilisant que des ondes sonores.

Ce projet a été mené par des chercheurs de la Virginia Polytechnic Institute and State University, de l’University of North Carolina et de la Michigan State University.

Chirurgie basée sur le son

Dans leur publication intitulée “Robot-assisted chirality-tunable acoustic vortex tweezers for contactless, multifunctional, 4-DOF object manipulation”, les chercheurs se sont concentrés sur des zones du corps que les robots chirurgicaux ont du mal à atteindre — par exemple, des régions protégées par des barrières de tissus et d’os.

Pour améliorer l’accès, ils ont utilisé les “chirality-tunable acoustic vortex tweezers”, essentiellement un émetteur d’ondes ultrasonores conçu pour déplacer un objet à distance.

Comme les ondes sonores se propagent dans tout le corps, elles peuvent déplacer des particules à la demande ou des objets de taille micro à millimétrique à l’intérieur du corps sans contact direct. Ce contrôle incluait “contrôler la rotation d’un objet et le déplacer le long de trajectoires de forme arbitraire”.

Le faisceau vortex acoustique peut être déplacé à l’échelle micrométrique. En conséquence, la zone de capture des particules peut être définie avec précision dans un espace 3D, et le déplacement d’une particule après sa capture peut être conçu. Lors du déplacement d’un petit objet le long du chemin sinueux d’un vaisseau sanguin, cela peut être une caractéristique cruciale.

Zhenhua Tian, professeur assistant à Virginia Tech.

Comment cela fonctionne-t-il ?

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

Source: Science Advances

Non seulement cela peut agir à travers les os ou les tissus, mais cela peut également déplacer des cellules, des médicaments ou des dispositifs chirurgicaux à l’intérieur des veines. Et le déplacer avec précision à l’échelle micrométrique.

En combinant le concept en rapide amélioration de la 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 3 dimensions de l’espace ainsi que la rotation.

Les performances étaient également impressionnantes grâce à la capacité de manipuler des objets allant de micromètres à millimètres, ainsi que de permettre une manipulation dans un grand espace 3D de 10 cm sur 10 cm sur 10 cm.

Source: Science Advances

Une dernière avancée a consisté à résoudre une limitation courante des pinces acoustiques. La plupart nécessitent des matériaux transparents pour guider le mouvement. Ce qui, bien sûr, serait contre-productif pour la chirurgie derrière les os et les tissus biologiques.

Ainsi, ils ont combiné la pince acoustique avec une sonde à ultrasons. Ils ont également développé un logiciel dédié pour permettre à la sonde de fonctionner malgré le “bruit” de la pince acoustique.

Notre algorithme d’imagerie minimise les cycles d’impulsion-écho nécessaires à la collecte des signaux ultrasonores et implémente une étape de filtrage en domaine fréquentiel pour éliminer le bruit du signal induit par la pince acoustique.

Source: Science Advances

Applications au-delà de la chirurgie

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

• Déplacement de cellules (micromètres) et de larves de poisson entières.
• Isolation de vésicules extracellulaires pour le diagnostic de maladies, ou isolation de cellules tumorales.
• Organisation de cellules pour le bioprinting.
• Concentration de biomarqueurs pour l’amélioration du signal.
• Direction de microrobots.

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.

Ainsi, globalement, cette découverte sera probablement d’abord appliquée au domaine de la chirurgie, mais pourrait plus tard avoir d’autres applications dans la délivrance ciblée de médicaments, le bioprinting 3D, et les avancées en science des matériaux, y compris les nanomatériaux.

Entreprise de chirurgie robotique

Alors que l’un des systèmes de chirurgie robotique les plus avancés est vendu par Intuitive Surgical (ISRG ) (ISRG), l’entreprise possède moins d’expertise en ultrasons ou en endoscopie que certains de ses concurrents.

Ainsi, il est probable que la première application médicale concrète des pinces soniques provienne d’entreprises de dispositifs médicaux déjà expertes dans l’intégration de nombreux systèmes de dispositifs médicaux tels que les robots ou les outils chirurgicaux.

1. Medtronic plc

Medtronic est un leader des dispositifs médicaux, notamment dans chirurgie et soins intensifs. Bien que les autres segments puissent également être considérés comme afférents, le segment chirurgical médical de Medtronic représente 2,1 milliards de dollars de revenus, sur un total de 7,7 milliards de dollars.

Source: Medtronic

L’entreprise a connu une croissance organique, grâce à une grande partie du budget R&D (2,7 milliards de dollars en 2022) et aux acquisitions (9 en 2022 et 3,3 milliards de dollars d’acquisitions supplémentaires envisagées pour 2023).

Medtronic voit une énorme opportunité pour une chirurgie robotique plus simple et à moindre coût:

« seulement 2 % des chirurgies dans le monde sont réalisées avec l’aide de robots. Il y a 98 % qui devraient être effectuées par chirurgie assistée par robot, mais pas aujourd’hui à cause 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 robotique spinale Mazor X Stealth, grâce à son acquisition de 1,7 milliard de dollars de Mazor Robotics en décembre 2018.

Dans l’ensemble, la réputation exceptionnelle de Medtronic et sa présence dans pratiquement chaque hôpital pour au moins certains équipements lui offrent un bon point d’entrée pour capturer une part solide du marché naissant de la chirurgie robotique, que ce soit par développement interne ou acquisitions.

Elle vend déjà des systèmes d’échographie endoscopique, et sa présence en cardiologie pourrait aider à appliquer la technologie des pinces soniques aux thérapies et chirurgies cardiovasculaires.

2. Stryker Corporation

Stryker est un autre leader des dispositifs médicaux présent dans pratiquement chaque hôpital ou clinique bien équipé, traitant jusqu’à 130 millions de patients chaque année. Les plus grands segments sont la traumatologie, l’endoscopie et les instruments.

Source: Stryker

L’entreprise investit massivement dans l’innovation, avec 1,45 milliard de dollars en R&D en 2022. C’est également un acquéreur en série, avec 3 acquisitions en 2021. La plupart de ses ventes ont été aux États‑Unis (74 %), avec des plans pour continuer à croître sur les marchés étrangers.

L’entreprise a connu une croissance dans le segment chirurgical, notamment grâce à son acquisition de 2019 d’OrthoSpace pour les chirurgies orthopédiques.

Elle possède également le Mako, pour une chirurgie assistée par bras robotique dédié à la chirurgie orthopédique.

Avec une forte présence en traumatologie, neurologie, colonne vertébrale, endoscopie et autres chirurgies internes, Stryker pourrait être parmi les entreprises qui bénéficieront le plus de la chirurgie sans incision grâce aux pinces acoustiques.

Source: Stryker

Avec son fort accent sur l’endoscopie et la chirurgie orthopédique, Stryker est susceptible de devenir le leader de la chirurgie robotique dans ce segment, qui croît également en raison d’une population vieillissante.