로보틱스
음향 에너지 방출기가 수술 중 절개 필요성을 곧 없앨 수 있습니다
Securities.io를 Google의 선호 소스에 추가
절개 없는 수술
Surgery는 과거에 엄청난 발전을 이룬 의료 분야입니다. 먼저 전신 마취가 도입되었고, 그 다음으로 점점 더 정교한 절차와 정밀한 도구가 개발되었으며, 최근에는 로봇까지 등장했습니다. 이에 대해서는 “Top 5 Robotic Surgery Stocks”와 “Sony Showcases Surgical Precision with Robotics in Recent Microsurgery Demo”에서 논의한 바 있습니다.
이러한 진보 덕분에 수술은 점점 덜 침습적으로 변해 왔습니다. 오늘날에는 매우 작은 진입점만으로도 충분하며, 거의 흉터를 남기지 않고 출혈을 줄이며 회복 기간을 단축할 수 있습니다.
로봇 기술은 앞으로도 수술을 더욱 향상시킬 가능성이 있습니다. 연구자들은 몸에 절개를 전혀 열지 않고 수술을 수행하는 방법을 테스트하고 있으며, 이는 오직 음파만을 이용해 달성했습니다.
This project was conducted by researchers at the Virginia Polytechnic Institute and State University, University of North Carolina, and Michigan State University.
음파 기반 수술
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”, essentially an ultrasound wave emitter designed to move an object at a distance.
Because sound waves travel throughout the body, they can move on-demand particles or micro- to millimeter-sized objects inside the body without direct contact. This control included “controlling object rotation, and translating objects along arbitrary-shaped paths.”
음향 와류 빔은 마이크로미터 규모로 이동할 수 있습니다. 따라서 입자 포획 영역을 3차원 공간에서 정확히 설정할 수 있으며, 포획 후 입자를 이동시키는 것이 설계 가능합니다. 혈관의 구불구불한 경로를 따라 작은 물체를 이동시킬 때 이는 중요한 기능이 될 수 있습니다.
Zhenhua Tian, Virginia Tech 조교수.
작동 원리
Acoustic tweezers는 서로 교차하는 음향 와류 필드가 작은 고리 모양의 음향 함정을 형성합니다.
출처: Science Advances
이 기술은 뼈나 조직을 통과할 뿐만 아니라 정맥 안의 세포, 약물, 혹은 수술 기구를 이동시킬 수 있습니다. 그리고 마이크로미터 수준의 정밀도로 움직일 수 있습니다.
빠르게 개선되고 있는 음향 트위저 개념을 기존 수술 로봇(이미 사용 중인 로봇)과 결합함으로써, 연구진은 최초로 비접촉식 4자유도(4-DOF) 조작을 달성했습니다. 이는 3차원 공간의 모든 방향 이동과 회전을 의미합니다.
성능은 또한 마이크로미터에서 밀리미터 크기의 물체를 조작할 수 있는 능력과 10cm × 10cm × 10cm의 넓은 3D 공간에서 조작이 가능하다는 점에서 인상적이었습니다.
출처: Science Advances
마지막으로 해결한 과제는 음향 트위저의 일반적인 제한점이었습니다. 대부분의 경우 투명한 물질을 필요로 했는데, 이는 뼈와 생물학적 조직 뒤의 수술에서는 스스로 모순되는 상황이었습니다.
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.
우리의 영상 알고리즘은 초음파 신호를 수집하기 위해 필요한 펄스-에코 사이클을 최소화하고, 주파수 영역 필터링 단계를 구현하여 음향 트위저에 의해 유도된 신호 잡음을 제거합니다.
출처: Science Advances
수술 외 응용
Acoustic tweezers는 이미 다양한 생물학적 응용 분야에 사용되고 있습니다:
- 세포(마이크로미터)와 전체 물고기 유생을 이동시킴.
- 질병 진단을 위한 세포외 소포를 분리하거나 종양 세포를 분리함.
- 바이오프린팅을 위한 세포 배열.
- 신호 강화를 위한 바이오마커 농축.
- 미세 로봇을 직접 제어.
이 기술은 생물학을 넘어선 분야에서도 활용될 수 있습니다. 예를 들어 위험한 액적을 안전하게 조작하거나, 콜로이드 물질의 자기조립을 제어하고, 복합 재료 제작을 위한 나노물질 배열에 사용할 수 있습니다.
따라서 전반적으로 이 발견은 먼저 수술 분야에 적용될 가능성이 높지만, 이후에는 표적 약물 전달, 3D 바이오프린팅, 그리고 나노물질을 포함한 재료 과학 분야에서도 추가적인 응용이 기대됩니다.
로봇 수술 기업
가장 앞선 로봇 수술 시스템 중 하나는 Intuitive Surgical (ISRG ) (ISRG)이 판매하고 있지만, 이 회사는 초음파나 내시경 분야에서 경쟁사보다 전문성이 떨어집니다.
따라서, 음향 트위저의 최초 실제 의료 적용은 이미 로봇이나 수술 도구와 같은 다양한 의료 기기 시스템을 통합하는 데 능숙한 의료기기 기업에서 나올 가능성이 높습니다.
1. Medtronic plc
MDT 가격 차트
Medtronic은 특히 수술 및 중환자 치료 분야에서 선두적인 의료기기 기업입니다. 다른 부문도 Medtronic에 부수적으로 연결될 수 있지만, Medtronic의 의료 수술 부문은 매출 21억 달러를 차지하며, 전체 매출 77억 달러 중 큰 비중을 차지합니다.
출처: Medtronic
이 회사는 2022년 R&D 예산 27억 달러와 2022년 9건의 인수, 2023년 추가 인수 예정(가치 33억 달러) 등 유기적 성장과 인수를 통해 성장해 왔습니다.
Medtronic은 보다 간단하고 저비용의 로봇 수술에 대한 거대한 기회를 보고 있습니다:
“전 세계 수술의 단 2%만이 로봇의 도움을 받고 있습니다. 비용과 활용 부담 때문에 오늘은 불가능하지만, 로봇 보조 수술이 필요하다고 판단되는 98%는 존재합니다.”
이러한 전략을 바탕으로 Medtronic은 Hugo 시스템을 개발했습니다.
출처: Medtronic
또한 2018년 12월 Mazor Robotics를 17억 달러에 인수함으로써 Mazor X Stealth 척추 로봇 보조 수술 장치를 판매하고 있습니다.
전반적으로 Medtronic은 거의 모든 병원에 최소한 하나의 장비를 보유하고 있어, 내부 개발이든 인수를 통한 진입이든 신생 로봇 수술 시장의 견고한 부분을 차지할 좋은 입지를 가지고 있습니다.
또한 내시경 초음파 시스템을 이미 판매하고 있으며, 심장학 분야에서의 존재감은 음향 트위저 기술을 심혈관 치료 및 수술에 적용하는 데 도움이 될 수 있습니다.
2. Stryker Corporation
SYK 가격 차트
Stryker는 거의 모든 잘 갖춰진 병원이나 클리닉에 존재하는 또 다른 의료기기 선두 기업으로, 연간 최대 1억 3천만 명의 환자를 치료합니다. 가장 큰 부문은 외상학, 내시경, 그리고 기구입니다.
출처: Stryker
이 회사는 2022년에 14억 5천만 달러의 R&D에 투자하며 혁신에 크게 투자하고 있습니다. 또한 2021년에 3건의 인수를 진행한 연쇄 인수 기업이기도 합니다. 매출의 대부분(74%)은 미국에서 발생했으며, 해외 시장에서도 지속적인 성장을 계획하고 있습니다.
수술 부문에서는 특히 2019년 OrthoSpace 인수를 통해 정형외과 수술에 힘을 실어 왔습니다.
또한 Mako라는 정형외과 전용 로봇 팔 보조 수술 시스템을 보유하고 있습니다.
외상, 신경학, 척추, 내시경 및 기타 내부 수술 분야에서 강력한 존재감을 가진 Stryker는 음향 트위저를 이용한 절개 없는 수술에서 가장 큰 혜택을 받을 기업 중 하나가 될 수 있습니다.
출처: Stryker
내시경 및 정형외과 수술에 강력히 집중하고 있는 Stryker는 고령화 인구로 인해 성장하고 있는 이 분야에서 로봇 수술 리더가 될 가능성이 높습니다.
