Pemancar Energi Akustik Mungkin Segera Menghilangkan Kebutuhan Insisi Selama Operasi

Surgery Without Cutting

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 “5 Saham Robotik Bedah Teratas” and “Sony Menampilkan Presisi Bedah dengan Robotik dalam Demo Mikrosebar Terbaru”.

Kemajuan ini telah memungkinkan operasi menjadi semakin tidak invasif. Saat ini, titik masuk yang sangat kecil biasanya sudah cukup, hampir tidak meninggalkan bekas luka, mengurangi perdarahan, dan memperpendek masa pemulihan.

Robotika mungkin akan membuat operasi menjadi lebih baik dalam waktu dekat, berkat peneliti yang menguji cara melakukan operasi tanpa membuka sayatan pada tubuh sama sekali. Dan mereka mencapai hal ini dengan menggunakan hanya gelombang suara.

Proyek ini dilakukan oleh peneliti di Virginia Polytechnic Institute and State University, University of North Carolina, dan Michigan State University.

Sound-Based Surgery

Dalam publikasi mereka yang berjudul “Tweezers Vorteks Akustik yang Dapat Disetel Kiralitas dengan Bantuan Robot untuk Manipulasi Objek Tanpa Kontak, Multifungsi, 4-DOF”, para peneliti memfokuskan pada area dalam tubuh yang sulit dijangkau oleh robot operasi—misalnya, wilayah yang dilindungi oleh jaringan dan penghalang tulang.

Untuk meningkatkan akses, mereka menggunakan “chirality-tunable acoustic vortex tweezers”, yang pada dasarnya adalah pemancar gelombang ultrasonik yang dirancang untuk memindahkan objek dari jarak jauh.

Karena gelombang suara merambat ke seluruh tubuh, mereka dapat memindahkan partikel atau objek berukuran mikro hingga milimeter di dalam tubuh tanpa kontak langsung. Kontrol ini mencakup “controlling object rotation, and translating objects along arbitrary-shaped paths”.

Bergerak vortex akustik dapat dipindahkan pada skala mikrometer. Dengan demikian, area penjebakan partikel dapat diatur secara tepat dalam ruang 3D, dan memindahkan partikel setelah ditangkap dapat direkayasa. Saat memindahkan objek kecil sepanjang jalur berliku pembuluh darah, ini dapat menjadi fitur penting.

Zhenhua Tian, Asisten Profesor di Virginia Tech.

How Does It Work?

Acoustic tweezers adalah medan vortex akustik yang saling bersilangan untuk membentuk perangkap akustik berbentuk cincin kecil.

Sumber: Science Advances

Tidak hanya dapat berfungsi melalui tulang atau jaringan, tetapi juga dapat memindahkan sel, obat, atau perangkat operasi di dalam vena. Dan memindahkannya secara tepat pada skala mikrometer.

Dengan menggabungkan konsep acoustic tweezer yang berkembang cepat dengan robot (serupa dengan yang sudah digunakan dalam operasi), para peneliti berhasil untuk pertama kalinya melakukan manipulasi tanpa kontak dengan 4 derajat kebebasan (4-DOF). Ini berarti gerakan dalam semua 3 dimensi ruang serta rotasi.

Kinerjanya juga mengesankan karena kemampuan memanipulasi objek dengan ukuran dari mikrometer hingga milimeter, serta memungkinkan manipulasi dalam ruang 3D besar berukuran 10 cm x 10 cm x 10 cm.

Sumber: Science Advances

Kemajuan terakhir adalah menyelesaikan keterbatasan umum acoustic tweezers. Kebanyakan memerlukan bahan transparan untuk memandu pergerakan. Tentu saja hal ini akan kontraproduktif untuk operasi di balik tulang dan jaringan biologis.

Jadi, mereka menggabungkan acoustic tweezer dengan probe ultrasonik. Mereka juga mengembangkan perangkat lunak khusus untuk memungkinkan probe berfungsi meskipun ada “noise” dari acoustic tweezer.

Algoritma pencitraan kami meminimalkan siklus pulsa-echo yang diperlukan untuk mengumpulkan sinyal ultrasonik dan menerapkan langkah penyaringan domain frekuensi untuk menghilangkan noise sinyal yang disebabkan oleh acoustic tweezer.

Sumber: Science Advances

Applications Beyond Surgery

Acoustic tweezers telah digunakan untuk berbagai aplikasi biologi:

• Memindahkan sel (mikrometer) dan seluruh larva ikan.
• Mengisolasi vesikel ekstraseluler untuk diagnosis penyakit, atau mengisolasi sel tumor.
• Menyusun sel untuk bioprinting.
• Mengkonsentrasi biomarker untuk peningkatan sinyal.
• Mengarahkan mikrorobot.

Teknologi ini juga dapat digunakan di luar bidang biologi. Misalnya untuk memanipulasi tetesan berbahaya secara aman, atau mengendalikan perakitan sendiri material koloidal dan penyusunan nanomaterial untuk pembuatan komposit.
Jadi secara keseluruhan, penemuan ini kemungkinan akan pertama kali diterapkan pada bidang operasi, tetapi kemudian dapat memiliki aplikasi lebih lanjut dalam pengiriman obat yang ditargetkan, bioprinting 3D, dan kemajuan dalam ilmu material, termasuk nanomaterial.

Robotic Surgery Company

Meskipun salah satu sistem bedah robotik paling canggih dijual oleh Intuitive Surgical (ISRG), perusahaan tersebut memiliki keahlian yang lebih sedikit dalam ultrasonik atau endoskopi dibandingkan beberapa pesaingnya.
Jadi, kemungkinan aplikasi medis nyata pertama dari sonic tweezers akan datang dari perusahaan perangkat medis yang sudah terampil mengintegrasikan banyak sistem perangkat medis seperti robot atau alat bedah.

1. Medtronic plc

Medtronic adalah pemimpin perangkat medis, terutama dalam operasi dan perawatan intensif. Sementara segmen lain juga dapat dianggap terkait, segmen operasi medis Medtronic menyumbang pendapatan sebesar $2,1 miliar dari total $7,7 miliar.

Sumber: Medtronic

Perusahaan ini telah tumbuh melalui pertumbuhan organik, berkat persentase besar dari anggaran R&D ($2,7 miliar pada 2022) dan akuisisi (9 pada 2022 dan akuisisi senilai $3,3 miliar yang dipertimbangkan untuk 2023).

Medtronic melihat peluang besar untuk operasi robotik yang lebih sederhana dan berbiaya rendah:

“hanya 2% operasi di seluruh dunia dilakukan dengan bantuan robot. Ada 98% yang perlu dilakukan melalui operasi berbantuan robot tetapi belum dapat dilakukan hari ini karena biaya dan beban penggunaan”

Dengan strategi itu, Medtronic telah mengembangkan sistem Hugo.

Sumber: Medtronic

Ini juga menjual perangkat operasi robotik tulang belakang Mazor X Stealth, berkat akuisisi Mazor Robotics senilai $1,7 miliar pada Desember 2018.

Secara keseluruhan, reputasi Medtronic yang luar biasa dan kehadirannya di hampir setiap rumah sakit untuk setidaknya beberapa peralatan memberikan titik masuk yang baik untuk menguasai bagian yang solid dari pasar operasi robotik yang masih baru, baik melalui pengembangan internal maupun akuisisi.

Ia juga sudah menjual sistem endoskopik ultrasonik, dan kehadirannya dalam kardiologi dapat membantu menerapkan teknologi sonic tweezer pada terapi dan operasi kardiovaskular.

2. Stryker Corporation

Stryker adalah pemimpin lain dalam perangkat medis yang hadir di hampir setiap rumah sakit atau klinik yang lengkap, melayani hingga 130 juta pasien setiap tahun. Segmen terbesar adalah traumatologi, endoskopi, dan instrumen.

Sumber: Stryker

Perusahaan ini berinvestasi besar dalam inovasi, dengan $1,45 miliar untuk R&D pada 2022. Ia juga merupakan akuisitor berulang, dengan 3 akuisisi pada 2021. Sebagian besar penjualannya ke AS (74%), dengan rencana terus tumbuh di pasar luar negeri.

Perusahaan ini telah tumbuh dalam segmen operasi, terutama melalui akuisisi OrthoSpace pada 2019 untuk operasi ortopedi.

Ia juga memiliki Mako, untuk operasi berbantuan lengan robotik yang didedikasikan untuk operasi ortopedi.

Dengan kehadiran yang kuat dalam trauma, neurologi, tulang belakang, endoskopi, dan operasi internal lainnya, Stryker dapat menjadi salah satu perusahaan yang paling diuntungkan dari operasi tanpa sayatan dengan acoustic tweezers.

Sumber: Stryker

Dengan fokus kuat pada endoskopi dan operasi ortopedi, Stryker kemungkinan akan menjadi pemimpin operasi robotik di segmen ini, yang juga tumbuh karena populasi yang menua.