ロボティクス
音響エネルギーエミッタが近い将来、手術時の切開の必要性をなくす可能性がある
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切開なし手術
Surgeryは過去に大きな進歩を遂げた医療分野です。まず全身麻酔、次にますます高度な手技と精密なツール、そして最近ではロボットが登場しました。これについては「Top 5 Robotic Surgery Stocks」および「Sony Showcases Surgical Precision with Robotics in Recent Microsurgery Demo」で取り上げました。
この進歩により、手術はますます低侵襲になっています。現在では、非常に小さな入口だけで十分であり、ほとんど傷跡を残さず、出血を減らし、回復期間を短縮します。
ロボットは近い将来、さらに手術を改善できる可能性があります。研究者が体に切開を全く開かずに手術を行う方法をテストしており、音波だけを使用してこれを実現しました。
This project was conducted by researchers at the Virginia Polytechnic Institute and State University, University of North Carolina, and Michigan State University.
音波ベースの手術
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.
To improve access, they used “chirality-tunable acoustic vortex tweezers”、本質的には遠距離で対象物を動かすよう設計された超音波波エミッタです。
音波は体内を伝搬するため、直接接触せずにオンデマンドで粒子やマイクロからミリメートルサイズの物体を体内で移動させることができます。この制御には「対象物の回転を制御し、任意形状の経路に沿って対象物を平行移動させる」が含まれます。
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.
仕組みは？
Acoustic tweezersは、互いに交差する音響渦場が小さなリング状の音響トラップを形成します。
Source: Science Advances
骨や組織を通過できるだけでなく、静脈内の細胞、薬剤、手術デバイスを移動させることも可能です。そして、マイクロメートルスケールで正確に動かすことができます。
急速に進化する音響ツイーザーの概念とロボット（既に手術で使用されているものに類似）を組み合わせることで、研究者は初めて非接触の4自由度（4-DOF）操作を実現しました。これは空間の3次元すべての移動と回転を意味します。
さらに、マイクロメートルからミリメートルサイズまでの対象物を操作でき、10cm×10cm×10cmという広大な3次元空間での操作も可能である点が印象的です。
Source: Science Advances
最後の進歩として、音響ツイーザーの一般的な制限である「透明材料が必要」という問題を解決しました。骨や生体組織の背後での手術には自己矛盾です。
So, they combined the acoustic tweezer with an ultrasound probe. They also developed dedicated software to enable the probe to work despite the “noise” of the acoustic tweezer.
Our imaging algorithm minimizes the required pulse-echo cycles for collecting ultrasound signals and implements a frequency-domain filtering step to remove acoustic tweezer–induced signal noise.
Source: Science Advances
手術以外の応用
Acoustic tweezersはすでに幅広い生物学的応用で使用されています:
- 細胞（マイクロメートル）や魚の幼生全体を移動させる。
- 疾患診断のための細胞外小胞の分離、または腫瘍細胞の分離。
- バイオプリンティング用に細胞を配置する。
- シグナル増強のためにバイオマーカーを濃縮する。
- マイクロロボットを誘導する。
この技術は生物学以外でも利用可能です。例えば、危険な液滴を安全に操作したり、コロイド材料の自己組織化やナノ材料の配置による複合材料の製造を制御したりできます。
したがって、全体としてこの発見はまず手術分野に適用される可能性が高いですが、将来的には標的薬物送達、3Dバイオプリンティング、ナノ材料を含む材料科学の進歩にも応用が広がるでしょう。
ロボット手術企業
最も先進的なロボット手術システムの一つはIntuitive Surgical (ISRG ) （ISRG）が販売していますが、同社は超音波や内視鏡の専門性では競合他社に劣ります。
したがって、音響ツイーザーの最初の実用医療応用は、ロボットや手術ツールなど多数の医療機器システムを統合する技術に長けた医療機器企業から生まれる可能性が高いです。
1. Medtronic plc
MDT 価格チャート
Medtronicは医療機器のリーダーであり、特にsurgery and intensive careに強みがあります。他のセグメントも関連していますが、Medtronicの医療外科セグメントは21億ドルの収益を占め、全体の77億ドルのうちの一部です。
Source: Medtronic
同社は2022年に27億ドルのR&D予算の大部分と、2022年に9件、2023年にさらに33億ドル相当の買収を計画することで、オーガニック成長を続けています。
Medtronic sees a massive opportunity for simpler, low-cost robotic surgery:
“only 2% of surgeries around the world are held with the assistance of robots. There’s 98% out there that needs to be done via robotically-assisted surgery but not today because of the cost and utilization burdens”
It is with that strategy in mind that Medtronic has developed the Hugo system.
Source: Medtronic
また、2018年12月にMazor Roboticsを17億ドルで買収したことにより、the Mazor X Stealth spinal robot-assisted surgery deviceも販売しています。
全体として、Medtronicの卓越した評判とほぼすべての病院に少なくとも一部機器が存在することから、内部開発または買収を通じて新興ロボット手術市場の確かなシェアを獲得する良い入口となります。
It also already sells endoscopic ultrasound systems, and its presence in cardiology could help apply the sonic tweezer technology to cardiovascular therapies and surgeries.
2. Stryker Corporation
SYK 価格チャート
Strykerは、ほぼすべての設備が整った病院やクリニックに存在し、年間最大1億3000万人の患者を治療している医療機器のリーダーです。最大のセグメントは外傷学、内視鏡、器具です。
Source: Stryker
同社は2022年に14億5千万ドルのR&Dに投資し、2021年に3件の買収を行うなど、イノベーションに多額の資金を投入しています。売上の大部分は米国（74%）で、海外市場での成長も計画しています。
外科セグメントは、2019年のOrthoSpace買収により特に成長しています。
また、整形外科手術向けにMako, for a robotic-arm-assisted surgeryも提供しています。
外傷、神経学、脊椎、内視鏡、その他内部手術に強いプレゼンスを持つStrykerは、音響ツイーザーによる切開なし手術から最も恩恵を受ける企業の一つとなる可能性があります。
Source: Stryker
内視鏡と整形外科手術に強く注力しているため、Strykerは高齢化社会に伴い成長しているこのセグメントでロボット手術のリーダーになる可能性が高いです。
