Emissores de Energia Acústica Podem Em Breve Eliminar a Necessidade de Incisão Durante a Cirurgia

Cirurgia Sem Corte

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”.

Esse progresso permitiu que a cirurgia se tornasse cada vez menos invasiva. Hoje, um ponto de entrada muito pequeno costuma ser suficiente, quase não deixando cicatriz, reduzindo o sangramento e encurtando o período de recuperação.

A robótica pode tornar a cirurgia ainda melhor no futuro próximo, graças a pesquisadores que estão testando uma forma de realizar cirurgia sem abrir uma incisão no corpo. E eles conseguiram isso usando apenas ondas sonoras.

Este projeto foi conduzido por pesquisadores da Virginia Polytechnic Institute and State University, da University of North Carolina e da Michigan State University.

Cirurgia Baseada em Som

Em sua publicação intitulada “Robot-assisted chirality-tunable acoustic vortex tweezers for contactless, multifunctional, 4-DOF object manipulation”, os pesquisadores concentraram-se em áreas do corpo que os robôs cirúrgicos têm dificuldade de alcançar — por exemplo, regiões protegidas por barreiras de tecido e osso.

Para melhorar o acesso, eles usaram “chirality-tunable acoustic vortex tweezers”, essencialmente um emissor de ondas de ultrassom projetado para mover um objeto à distância.

Como as ondas sonoras viajam por todo o corpo, elas podem mover partículas sob demanda ou objetos de tamanho micro a milimétrico dentro do corpo sem contato direto. Esse controle incluiu “controlar a rotação do objeto e traduzir objetos ao longo de trajetórias de forma arbitrária”.

O feixe de vórtice acústico pode ser movido na escala micrométrica. Consequentemente, a área de captura de partículas pode ser definida com precisão em um espaço 3D, e mover uma partícula após sua captura pode ser projetado. Ao mover um objeto diminuto ao longo do caminho sinuoso de um vaso sanguíneo, isso pode ser um recurso crítico.

Zhenhua Tian, Professor Assistente na Virginia Tech.

Como Funciona?

Pinças acústicas são campos de vórtice acústico que se cruzam para formar pequenas armadilhas acústicas em forma de anel.

Fonte: Science Advances

Não só isso pode atuar através de ossos ou tecido, como também pode mover células, medicamentos ou dispositivos cirúrgicos dentro das veias. E movê‑los com precisão na escala micrométrica.

Ao combinar o conceito de pinça acústica, que evolui rapidamente, com um robô (semelhante aos já usados em cirurgia), os pesquisadores alcançaram pela primeira vez a manipulação sem contato de 4 graus de liberdade (4-DOF). Isso significa movimento em todas as 3 dimensões do espaço, além de rotação.

O desempenho também foi impressionante devido à capacidade de manipular objetos que variam de micrômetros a milímetros, além de permitir manipulação em um grande espaço 3D de 10 cm por 10 cm por 10 cm.

Fonte: Science Advances

Um último avanço foi resolver uma limitação comum das pinças acústicas. A maioria requer materiais transparentes para guiar o movimento, o que, claro, seria autodestrutivo para cirurgias atrás de ossos e tecidos biológicos.

Portanto, combinaram a pinça acústica com uma sonda de ultrassom. Também desenvolveram um software dedicado para permitir que a sonda funcione apesar do “ruído” da pinça acústica.

Nosso algoritmo de imagem minimiza os ciclos de pulso‑eco necessários para coletar sinais de ultrassom e implementa uma etapa de filtragem no domínio da frequência para remover o ruído de sinal induzido pela pinça acústica.

Fonte: Science Advances

Aplicações Além da Cirurgia

Pinças acústicas já foram usadas em uma ampla gama de aplicações biológicas:

• Movimentação de células (micrômetros) e de larvas de peixe inteiras.
• Isolar vesículas extracelulares para diagnóstico de doenças ou isolar células tumorais.
• Organizar células para bioprinting.
• Concentrar biomarcadores para aprimoramento de sinal.
• Direcionar microrobôs.

A tecnologia também poderia ser usada além da biologia. Por exemplo, para manipular gotas perigosas com segurança, ou para controlar a auto‑montagem de materiais coloidais e o arranjo de nanomateriais para a fabricação de compósitos.

Portanto, no geral, essa descoberta provavelmente será aplicada primeiro ao campo da cirurgia, mas pode posteriormente ter outras aplicações em entrega direcionada de fármacos, bioprinting 3D e avanços na ciência dos materiais, incluindo nanomateriais.

Empresa de Cirurgia Robótica

Embora um dos sistemas de cirurgia robótica mais avançados seja vendido pela Intuitive Surgical (ISRG ) (ISRG), a empresa tem menos expertise em ultrassom ou endoscopia do que alguns de seus concorrentes.

Portanto, é provável que a primeira aplicação médica real das pinças sonoras venha de empresas de dispositivos médicos já habilidosas em integrar diversos sistemas de dispositivos médicos, como robôs ou ferramentas cirúrgicas.

1. Medtronic plc

A Medtronic é líder em dispositivos médicos, especialmente em cirurgia e cuidados intensivos. Embora os outros segmentos também possam ser considerados afins, o segmento cirúrgico médico da Medtronic representa US$ 2,1 bilhões em receitas, de um total de US$ 7,7 bilhões.

Fonte: Medtronic

A empresa tem crescido por meio de crescimento orgânico, graças a uma grande porcentagem do orçamento de P&D (US$ 2,7 bilhões em 2022) e aquisições (9 em 2022 e US$ 3,3 bilhões em aquisições adicionais consideradas para 2023).

Medtronic vê uma oportunidade massiva para cirurgia robótica mais simples e de baixo custo:

“apenas 2 % das cirurgias ao redor do mundo são realizadas com a assistência de robôs. Existem 98 % que precisam ser feitas por cirurgia assistida por robôs, mas não hoje devido aos custos e às limitações de utilização”

É com essa estratégia em mente que a Medtronic desenvolveu o sistema Hugo.

Fonte: Medtronic

Ela também vende the Mazor X Stealth spinal robot-assisted surgery device, graças à sua aquisição de US$ 1,7 bilhão da Mazor Robotics em dezembro de 2018.

No geral, a reputação exemplar da Medtronic e sua presença em praticamente todos os hospitais, ao menos com alguns equipamentos, lhe dão um bom ponto de entrada para capturar uma parte sólida do nascente mercado de cirurgia robótica, seja por desenvolvimento interno ou aquisições.

Ela também já vende endoscopic ultrasound systems, e sua presença em cardiologia pode ajudar a aplicar a tecnologia de pinças sonoras a terapias e cirurgias cardiovasculares.

2. Stryker Corporation

A Stryker é outro líder em dispositivos médicos presente em praticamente todos os hospitais ou clínicas bem equipados, atendendo até 130 milhões de pacientes anualmente. Os maiores segmentos são traumatologia, endoscopia e instrumentos.

Fonte: Stryker

A empresa investe fortemente em inovação, com US$ 1,45 bilhão em P&D em 2022. Também é uma adquirente serial, com 3 aquisições em 2021. A maior parte de suas vendas tem sido para os EUA (74 %), com planos de continuar crescendo em mercados estrangeiros.

A empresa tem crescido no segmento de cirurgia, notavelmente através da sua aquisição de 2019 da OrthoSpace para cirurgias ortopédicas.

Ela também possui o Mako, for a robotic-arm-assisted surgery dedicado à cirurgia ortopédica.

Com forte presença em trauma, neurologia, coluna, endoscopia e outras cirurgias internas, a Stryker pode estar entre as empresas que mais se beneficiarão da cirurgia sem incisão com pinças acústicas.

Fonte: Stryker

Com seu forte foco em endoscopia e cirurgia ortopédica, a Stryker provavelmente se tornará a líder em cirurgia robótica neste segmento, que também está crescendo devido ao envelhecimento da população.