Maaaring Maalis ng Acoustic Energy Emitters ang Pangangailangan ng Insisyon sa Operasyon sa Hinaharap

Operasyon Nang Walang Pagputol

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”.

Ang operasyon ay isang medikal na larangan na nakagawa ng napakalaking pag-unlad noong nakaraan. Una sa pamamagitan ng pangkalahatang anesthesia, pagkatapos ay mga lalong advanced na pamamaraan at tumpak na mga kasangkapan, at kamakailan ay mga robot, tulad ng tinalakay namin sa “Top 5 Robotic Surgery Stocks” at “Sony Showcases Surgical Precision with Robotics in Recent Microsurgery Demo”.

Ang pag-unlad na ito ay nagbigay-daan sa operasyon na maging mas kaunti ang pagiging mapanghimasok. Sa ngayon, isang napakaliit na pasukan ay karaniwang sapat na, halos walang iniwang peklat, nagpapababa ng pagdurugo, at nagpapabilis ng panahon ng paggaling.

Maaaring gawing mas mahusay pa ng robotika ang operasyon sa malapit na hinaharap, salamat sa mga mananaliksik na sumusubok ng paraan upang magsagawa ng operasyon nang hindi binubuksan ang isang insisyon sa katawan. At nakamit nila ito sa pamamagitan ng paggamit lamang ng mga alon ng tunog.

Ang proyektong ito ay isinagawa ng mga mananaliksik sa Virginia Polytechnic Institute and State University, University of North Carolina, at Michigan State University.

Operasyong Batay sa Tunog

Sa kanilang publikasyon na pinamagatang “Robot-assisted chirality-tunable acoustic vortex tweezers for contactless, multifunctional, 4-DOF object manipulation”, tumutok ang mga mananaliksik sa mga lugar sa katawan na nahihirapang maabot ng mga robot sa operasyon—halimbawa, mga rehiyon na natatakpan ng mga hadlang na tisyu at buto.

Upang mapabuti ang pag-access, gumamit sila ng “chirality-tunable acoustic vortex tweezers”, na sa esensya ay isang ultrasound wave emitter na dinisenyo upang ilipat ang isang bagay mula sa distansya.

Dahil ang mga alon ng tunog ay naglalakbay sa buong katawan, maaari nilang ilipat ang mga particle o mikro- hanggang milimetro-sukat na mga bagay sa loob ng katawan nang walang direktang kontak. Kasama sa kontrol na ito ang “pagkontrol ng pag-ikot ng bagay, at pag-translate ng mga bagay sa kahabaan ng mga arbitraryong hugis na landas.”

Ang acoustic vortex beam ay maaaring ilipat sa sukat ng micrometer. Dahil dito, ang lugar ng pag-trap ng particle ay maaaring itakda nang eksakto sa isang 3D na espasyo, at ang paggalaw ng particle pagkatapos nitong mahuli ay maaaring i-engenyo. Kapag inilipat ang isang napakaliit na bagay sa paikot-ikot na landas ng isang daluyan ng dugo, ito ay maaaring maging isang kritikal na tampok.

Zhenhua Tian, Assistant Professor At Virginia Tech.

Paano Ito Gumagana?

Ang acoustic tweezers ay mga acoustic vortex field na nagtatagpo upang bumuo ng maliliit na singsing na hugis acoustic trap.

Pinagmulan: Science Advances

Hindi lamang ito maaaring kumilos sa pamamagitan ng mga buto o tisyu, kundi maaari rin nitong ilipat ang mga selula, gamot, o mga kagamitang pang-operasyon sa loob ng mga ugat. At ilipat ito nang eksakto sa sukat ng micrometer.

Sa pagsasama ng mabilis na umuunlad na konsepto ng acoustic tweezer sa isang robot (katulad ng mga ginagamit na sa operasyon), nakamit ng mga mananaliksik ang unang beses na contactless na 4-degrees-of-freedom (4-DOF) manipulation. Ibig sabihin nito ay paggalaw sa lahat ng 3 dimensyon ng espasyo pati na rin ang pag-ikot.

Ang pagganap ay kahanga-hanga rin dahil sa kakayahang manipulahin ang mga bagay mula sa sukat ng micrometer hanggang milimetro, pati na rin ang pagpapahintulot ng manipulasyon sa isang malaking 3D na espasyo na 10cm by 10cm by 10cm.

Pinagmulan: Science Advances

Isang huling pag-unlad ay ang paglutas sa karaniwang limitasyon ng acoustic tweezers. Karamihan ay nangangailangan ng transparent na materyales para sa paggabay ng paggalaw. Na siyempre ay magiging kontra-produktibo para sa operasyon sa likod ng mga buto at biyolohikal na tisyu.

Kaya, pinagsama nila ang acoustic tweezer sa isang ultrasound probe. Nag-develop din sila ng dedikadong software upang paganahin ang probe na gumana sa kabila ng “ingay” ng acoustic tweezer.

Ang aming imaging algorithm ay nagbabawas ng kinakailangang pulse-echo cycles para sa pagkolekta ng ultrasound signals at nagpapatupad ng frequency-domain filtering step upang alisin ang acoustic tweezer–induced signal noise.

Pinagmulan: Science Advances

Mga Aplikasyon Lampas sa Operasyon

Acoustic tweezers ay nagamit na para sa malawak na hanay ng mga aplikasyon sa biyolohiya:

• Paggalaw ng mga selula (micrometers) at buong mga larvae ng isda.
• Paghiwalay ng extracellular vesicles para sa diagnosis ng sakit, o paghiwalay ng mga selula ng tumor.
• Pag-aayos ng mga selula para sa bioprinting.
• Pag-concentrate ng mga biomarker para sa pagpapahusay ng signal.
• Pag-gabay sa mga microrobot.

Ang teknolohiya ay maaari ring magamit lampas sa biyolohiya. Halimbawa, upang ligtas na manipulahin ang mga mapanganib na patak, o kontrolin ang self-assembly ng mga colloidal material at ang pag-aayos ng mga nanomaterial para sa paggawa ng composite.

Kaya sa pangkalahatan, ang pagtuklas na ito ay malamang na unang ilalapat sa larangan ng operasyon, ngunit maaaring magkaroon pa ng karagdagang aplikasyon sa target na paghahatid ng gamot, 3D bioprinting, at pag-unlad sa agham ng materyales, kabilang ang mga nanomaterial.

Kumpanya ng Robotikong Operasyon

Habang isa sa pinaka-advanced na sistema ng robotikong operasyon ay ibinebenta ng Intuitive Surgical (ISRG ) (ISRG), ang kumpanya ay may mas kaunting karanasan sa ultrasound o endoscopy kumpara sa ilan sa mga kakompetensya nito.

Kaya, malamang na ang unang totoong aplikasyon ng medikal ng sonic tweezers ay magmumula sa mga kumpanyang medikal na kagamitan na sanay na sa pagsasama-sama ng maraming sistemang medikal tulad ng mga robot o mga kagamitang pang-operasyon.

1. Medtronic plc

Ang Medtronic ay isang nangungunang tagagawa ng medikal na kagamitan, lalo na sa surgery and intensive care. Habang ang iba pang mga segment ay maaari ring ituring na kaugnay dito, ang medikal na segment ng operasyon ng Medtronic ay kumakatawan sa $2.1B na kita, mula sa kabuuang $7.7B.

Pinagmulan: Medtronic

Ang kumpanya ay lumalago sa pamamagitan ng organikong paglago, salamat sa malaking porsyento ng badyet sa R&D ($2.7B noong 2022) at mga pag-aakuisyon (9 noong 2022 at $3.3 na halaga ng karagdagang pag-aakuisyon na isinasaalang-alang para sa 2023).

Medtronic nakikita ang malaking oportunidad para sa mas simple, mababang-gastos na robotikong operasyon:

“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”

Sa estratehiyang ito, nag-develop ang Medtronic ng Hugo system.

Pinagmulan: Medtronic

Nagbebenta rin ito ng the Mazor X Stealth spinal robot-assisted surgery device, salamat sa $1.7 bilyong pag-aakuisyon ng Mazor Robotics noong Disyembre 2018.

Sa pangkalahatan, ang matatag na reputasyon ng Medtronic at ang presensya nito sa halos lahat ng ospital para sa kahit anong kagamitan ay nagbibigay dito ng magandang pasukan upang makuha ang solidong bahagi ng umuusbong na merkado ng robotikong operasyon, maging sa pamamagitan ng internal na pag-develop o mga pag-aakuisyon.

Nagbebenta na rin ito ng endoscopic ultrasound systems, at ang presensya nito sa kardiyolohiya ay maaaring makatulong sa pag-aaplay ng teknolohiyang sonic tweezer sa mga therapy at operasyon sa cardiovascular.

2. Stryker Corporation

Ang Stryker ay isa pang lider sa medikal na kagamitan na naroroon sa halos lahat ng mahusay na kagamitan na ospital o klinika, na naglilingkod sa hanggang 130 milyong pasyente taun-taon. Ang pinakamalalaking segment ay trauma, endoscopy, at mga instrumento.

Pinagmulan: Stryker

Ang kumpanya ay malaki ang pamumuhunan sa inobasyon, na may $1.45B sa R&D noong 2022. Isa rin ito sa mga serial acquirer, na may 3 pag-aakuisyon noong 2021. Karamihan ng benta nito ay sa US (74%), na may plano pang lumago sa mga banyagang merkado.

Ang kumpanya ay lumalago sa segment ng operasyon, notably through its 2019 acquisition of OrthoSpace para sa mga orthopedic na operasyon.

Mayroon din ito ang Mako, for a robotic-arm-assisted surgery na nakatuon sa orthopedic surgery.

Sa matibay na presensya sa trauma, neurology, spine, endoscopy, at iba pang internal na operasyon, maaaring maging isa sa mga kumpanyang makikinabang nang husto mula sa operasyon na walang insisyon gamit ang acoustic tweezers.

Pinagmulan: Stryker

Sa matinding pokus nito sa endoscopy at orthopedic surgery, malamang na ang Stryker ay magiging nangungunang kumpanya sa robotikong operasyon sa segmentong ito, na lumalaki rin dahil sa tumatandang populasyon.