ध्वनिक ऊर्जा उत्सर्जक जल्द ही सर्जरी में चीरा (इंसीजन) की आवश्यकता को समाप्त कर सकते हैं

कट के बिना सर्जरी

Surgery is a medical field that has made tremendous progress in the past. First with general anesthesia, then increasingly advanced procedures and precise tools, and more recently robots, as we discussed in “Top 5 Robotic Surgery Stocks” and “Sony Showcases Surgical Precision with Robotics in Recent Microsurgery Demo”.

इस प्रगति ने सर्जरी को अधिक से अधिक कम आक्रामक बना दिया है। आज, एक बहुत छोटा प्रवेश बिंदु आमतौर पर पर्याप्त होता है, जो मुश्किल से कोई निशान छोड़ता है, रक्तस्राव को कम करता है, और पुनर्प्राप्ति अवधि को छोटा करता है।

रोबोटिक्स निकट भविष्य में सर्जरी को और बेहतर बना सकता है, क्योंकि शोधकर्ता एक ऐसी विधि का परीक्षण कर रहे हैं जिससे शरीर पर कोई चीरा खोले बिना सर्जरी की जा सके। और उन्होंने यह केवल ध्वनि तरंगों का उपयोग करके हासिल किया।

This project was conducted by researchers at the Virginia Polytechnic Institute and State University, University of North Carolina, and Michigan State University.

ध्वनि-आधारित सर्जरी

In their publication titled “Robot-assisted chirality-tunable acoustic vortex tweezers for contactless, multifunctional, 4-DOF object manipulation”, the researchers focused on places in the body that surgery robots are struggling to reach—for example, regions shielded by tissue and bone barriers.

पहुँच में सुधार के लिए, उन्होंने “chirality-tunable acoustic vortex tweezers” का उपयोग किया, जो मूल रूप से एक अल्ट्रासाउंड वेव उत्सर्जक है जिसे दूरी से वस्तु को स्थानांतरित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

चूँकि ध्वनि तरंगें पूरे शरीर में यात्रा करती हैं, वे मांग पर कणों या माइक्रो से मिलीमीटर आकार की वस्तुओं को शरीर के अंदर बिना सीधे संपर्क के हिला सकती हैं। इस नियंत्रण में “वस्तु का घूर्णन नियंत्रित करना, और वस्तुओं को मनमाने आकार के पथों पर ले जाना” शामिल था।

The acoustic vortex beam can be moved at the micrometer scale. Accordingly, the particle trapping area can be precisely set in a 3D space, and moving a particle after its capture can be engineered. When moving a tiny object along the winding path of a blood vessel, this can be a critical feature.

Zhenhua Tian, Assistant Professor At Virginia Tech.

यह कैसे काम करता है?

Acoustic tweezers are acoustic vortex fields that cross over one another to form tiny ring-shaped acoustic traps.

स्रोत: Science Advances

यह न केवल हड्डियों या ऊतक के माध्यम से कार्य कर सकता है, बल्कि यह शिराओं के भीतर कोशिकाओं, दवाओं, या सर्जरी उपकरणों को भी हिला सकता है। और इसे माइक्रोमीटर स्तर पर सटीक रूप से स्थानांतरित कर सकता है।

ध्वनिक ट्वीज़र की तेज़ी से विकसित हो रही अवधारणा को रोबोट (जो पहले से ही सर्जरी में उपयोग होते हैं) के साथ मिलाकर, शोधकर्ताओं ने पहली बार संपर्क रहित 4-डिग्री-ऑफ़-फ़्रीडम (4-DOF) हेरफेर हासिल किया। इसका मतलब है स्थान के सभी 3 आयामों में गति के साथ-साथ घूर्णन।

प्रदर्शन भी प्रभावशाली था क्योंकि यह माइक्रोमीटर से मिलीमीटर आकार की वस्तुओं को नियंत्रित करने की क्षमता रखता है, साथ ही 10 सेमी × 10 सेमी × 10 सेमी के बड़े 3D स्थान में हेरफेर की अनुमति देता है।

स्रोत: Science Advances

एक अंतिम उन्नति ध्वनिक ट्वीज़र की एक सामान्य सीमा को हल करना थी। अधिकांश को गति मार्गदर्शन के लिए पारदर्शी सामग्री की आवश्यकता होती है। जो कि हड्डियों और जैविक ऊतकों के पीछे सर्जरी के लिए स्वाभाविक रूप से निरर्थक होगा।

इसलिए, उन्होंने ध्वनिक ट्वीज़र को अल्ट्रासाउंड प्रोब के साथ मिलाया। उन्होंने एक समर्पित सॉफ़्टवेयर भी विकसित किया जिससे प्रोब ध्वनिक ट्वीज़र के “शोर” के बावजूद काम कर सके।

हमारा इमेजिंग एल्गोरिद्म अल्ट्रासाउंड संकेतों को एकत्र करने के लिए आवश्यक पल्स-इको चक्रों को न्यूनतम करता है और ध्वनिक ट्वीज़र‑प्रेरित संकेत शोर को हटाने के लिए एक फ़्रीक्वेंसी‑डोमेन फ़िल्टरिंग चरण लागू करता है।

स्रोत: Science Advances

सर्जरी के परे अनुप्रयोग

Acoustic tweezers have already been used for a wide range of biological applications:

• कोशिकाओं (माइक्रोमीटर) और पूरे मछली के लार्वा को स्थानांतरित करना।
• रोग निदान के लिए एक्स्ट्रासेल्युलर वेसीकल्स को अलग करना, या ट्यूमर कोशिकाओं को अलग करना।
• बायोप्रिंटिंग के लिए कोशिकाओं को व्यवस्थित करना।
• सिग्नल वृद्धि के लिए बायोमार्करों को केंद्रित करना।
• माइक्रोरोबोट्स को निर्देशित करना।

The technology could also be used beyond biology. For example to manipulate safely hazardous droplets, or to control the self-assembly of colloidal materials and the arranging of nanomaterials for composite fabrication.

यह तकनीक जीव विज्ञान के परे भी उपयोग की जा सकती है। उदाहरण के लिए, खतरनाक बूंदों को सुरक्षित रूप से हिलाना, या कोलॉइडल सामग्री के स्व-संयोजन को नियंत्रित करना और कंपोजिट निर्माण के लिए नैनोमैटेरियल्स की व्यवस्था करना।

इसलिए कुल मिलाकर, यह खोज संभवतः पहले सर्जरी के क्षेत्र में लागू होगी, लेकिन बाद में लक्षित दवा वितरण, 3D बायोप्रिंटिंग, और सामग्री विज्ञान में प्रगति, जिसमें नैनोमैटेरियल्स शामिल हैं, में आगे के अनुप्रयोग हो सकते हैं।

रोबोटिक सर्जरी कंपनी

While one of the most advanced robotic surgery systems is sold by Intuitive Surgical (ISRG ) (ISRG), the company has less expertise in ultrasound or endoscopy than some of its competitors.

इसलिए, यह संभावना है कि सॉनिक ट्वीज़र का पहला वास्तविक जीवन मेडिकल अनुप्रयोग उन मेडिकल डिवाइस कंपनियों से आएगा जो पहले से ही रोबोट या सर्जरी उपकरणों जैसी कई मेडिकल डिवाइस सिस्टम को एकीकृत करने में निपुण हैं।

1. Medtronic plc

Medtronic एक मेडिकल डिवाइस लीडर है, विशेष रूप से surgery and intensive care में। जबकि अन्य खंड भी इससे संबंधित माने जा सकते हैं, Medtronic का मेडिकल सर्जिकल खंड $2.1 बिलियन राजस्व का प्रतिनिधित्व करता है, कुल $7.7 बिलियन में से।

स्रोत: Medtronic

कंपनी ने जैविक वृद्धि के माध्यम से विकास किया है, बड़े प्रतिशत के R&D बजट ($2.7 बिलियन 2022 में) और अधिग्रहणों (2022 में 9 और 2023 के लिए विचार किए गए अतिरिक्त अधिग्रहणों के लिए $3.3 बिलियन) के धन्यवाद से।

Medtronic sees a massive opportunity for simpler, low-cost robotic surgery:

“दुनिया भर में केवल 2% सर्जरी रोबोट की सहायता से की जाती हैं। बाकी 98% सर्जरी रोबोटिक-सहायता वाली सर्जरी के माध्यम से की जानी चाहिए, लेकिन आज लागत और उपयोग के बोझ के कारण नहीं की जा सकती।”

It is with that strategy in mind that Medtronic has developed the Hugo system.

स्रोत: Medtronic

यह the Mazor X Stealth spinal robot-assisted surgery device भी बेचता है, दिसंबर 2018 में Mazor Robotics के $1.7 बिलियन अधिग्रहण के धन्यवाद से।

समग्र रूप से, Medtronic की उत्कृष्ट प्रतिष्ठा और लगभग हर अस्पताल में कम से कम कुछ उपकरणों की उपस्थिति इसे नवोदित रोबोटिक सर्जरी बाजार के एक ठोस हिस्से को आंतरिक विकास या अधिग्रहण के माध्यम से पकड़ने के लिए एक अच्छा प्रवेश बिंदु प्रदान करती है।

यह पहले से ही endoscopic ultrasound systems बेचता है, और कार्डियोलॉजी में इसकी उपस्थिति सॉनिक ट्वीज़र तकनीक को हृदयवाहिकीय उपचार और सर्जरी में लागू करने में मदद कर सकती है।

2. Stryker Corporation

Stryker एक और प्रमुख मेडिकल डिवाइस कंपनी है जो लगभग हर अच्छी तरह सुसज्जित अस्पताल या क्लिनिक में मौजूद है, और वार्षिक रूप से 130 मिलियन रोगियों का उपचार करती है। सबसे बड़े खंड ट्रॉमैटोलॉजी, एंडोस्कोपी, और उपकरण हैं।

स्रोत: Stryker

कंपनी नवाचार में भारी निवेश करती है, 2022 में $1.45 बिलियन R&D के साथ। यह एक क्रमिक अधिग्राहक भी है, 2021 में 3 अधिग्रहणों के साथ। इसके अधिकांश बिक्री यूएस (74%) को हुई हैं, और विदेशी बाजारों में बढ़ते रहने की योजना है।

कंपनी सर्जरी खंड में बढ़ रही है, notably through its 2019 acquisition of OrthoSpace ऑर्थोपेडिक सर्जरी के लिए।

इसके पास Mako, for a robotic-arm-assisted surgery भी है, जो ऑर्थोपेडिक सर्जरी के लिए समर्पित है।

ट्रॉमा, न्यूरोलॉजी, स्पाइन, एंडोस्कोपी, और अन्य आंतरिक सर्जरी में मजबूत उपस्थिति के साथ, Stryker ध्वनिक ट्वीज़र के साथ बिना चीरे वाली सर्जरी से सबसे अधिक लाभ उठाने वाली कंपनियों में से एक हो सकता है।

स्रोत: Stryker

एंडोस्कोपी और ऑर्थोपेडिक सर्जरी पर अपने मजबूत फोकस के साथ, Stryker इस खंड में रोबोटिक सर्जरी का नेता बनने की संभावना रखता है, जो वृद्ध जनसंख्या के कारण भी बढ़ रहा है।