Akustik Enerji Yayıcıları Yakında Cerrahide Kesik Gereksinimini Ortadan Kaldırabilir

Kesiksiz Cerrahi

Cerrahi, geçmişte muazzam ilerlemeler kaydetmiş bir tıp alanıdır. İlk olarak genel anesteziyle, ardından giderek daha gelişmiş prosedürler ve hassas araçlarla, ve daha yakın zamanda robotlarla, En İyi 5 Robotik Cerrahi Hisse Senedi ve Sony, Son Mikrosehirri Demo’da Robotik ile Cerrahi Hassasiyetini Gösteriyor makalelerinde tartıştığımız gibi.

Bu ilerleme, cerrahinin giderek daha az invaziv olmasını sağladı. Günümüzde, çok küçük bir giriş noktası genellikle yeterli olur, neredeyse iz bırakmaz, kanamayı azaltır ve iyileşme süresini kısaltır.

Araştırmacıların vücutta hiç bir kesi açmadan cerrahi yapma yolunu test etmeleri sayesinde robotik, yakın gelecekte cerrahiyi daha da iyileştirebilir. Ve bunu yalnızca ses dalgaları kullanarak başardılar.

Bu proje, Virginia Politeknik Enstitüsü ve Eyalet Üniversitesi, North Carolina Üniversitesi ve Michigan State Üniversitesi araştırmacıları tarafından yürütülmüştür.

Ses Tabanlı Cerrahi

Araştırmacılar, “Robot-assisted chirality-tunable acoustic vortex tweezers for contactless, multifunctional, 4-DOF object manipulation” başlıklı yayınlarında, cerrahi robotların ulaşmakta zorlandığı vücut bölgelerine odaklandılar — örneğin doku ve kemik bariyerleriyle korunan alanlar.

Erişimi iyileştirmek için “chirality-tunable acoustic vortex tweezers” kullandılar; temelde bir nesneyi uzaktan hareket ettirmek için tasarlanmış bir ultrason dalga yayacısıdır.

Ses dalgaları vücut içinde yayıldığı için, doğrudan temas olmadan istenilen parçacıkları veya mikron‑ ila milimetre‑boyutlu nesneleri hareket ettirebilirler. Bu kontrol “nesne dönüşünü kontrol etme ve nesneleri rastgele şekilli yollar boyunca taşıma” yeteneğini de içeriyordu.

Akustik vortex ışını mikrometre ölçeğinde hareket ettirilebilir. Buna göre, parçacık tutma alanı 3B uzayda hassas bir şekilde ayarlanabilir ve yakalandıktan sonra bir parçacığın hareketi mühendislikle tasarlanabilir. Bir kan damarı boyunca kıvrımlı bir yol boyunca küçük bir nesneyi hareket ettirmek kritik bir özellik olabilir.

Zhenhua Tian, Virginia Tech Yardımcı Profesörü.

Nasıl Çalışıyor?

Akustik tweezers, birbirinin üzerine geçen akustik vortex alanlarıdır ve bu alanlar küçük halka şeklinde akustik tuzaklar oluşturur.

Kaynak: Science Advances

Bu sadece kemik veya doku üzerinden çalışmakla kalmaz, aynı zamanda damarlar içinde hücreleri, ilaçları veya cerrahi cihazları da hareket ettirebilir. Ve bunu mikrometre ölçeğinde hassas bir şekilde yapabilir.

Akustik tweezers kavramının hızla gelişen özelliğini bir robotla (zaten cerrahide kullanılanlara benzer) birleştirerek, araştırmacılar ilk kez temas olmadan 4 serbestlik derecesi (4-DOF) manipülasyon elde ettiler. Bu, uzayın tüm 3 boyutunda hareket ve aynı zamanda dönüş anlamına gelir.

Performans, mikrometreden milimetre boyutuna kadar nesneleri manipüle edebilme yeteneği ve 10 cm × 10 cm × 10 cm’lik büyük bir 3B alanda manipülasyon sağlayabilmesi nedeniyle de etkileyiciydi.

Kaynak: Science Advances

Son bir gelişme, akustik tweezers’ın yaygın bir sınırlamasını çözmekti. Çoğu, hareketi yönlendirmek için şeffaf malzemeler gerektirir. Bu, kemiklerin ve biyolojik dokuların arkasındaki cerrahi için tabii ki kendi kendini çürüten bir durum olurdu.

Bu yüzden, akustik tweezers’ı bir ultrason probu ile birleştirdiler. Ayrıca, akustik tweezers’ın “gürültüsü”ne rağmen probun çalışmasını sağlayacak özel bir yazılım geliştirdiler.

Görüntüleme algoritmamız, ultrason sinyallerini toplamak için gereken darbe‑eko döngülerini en aza indirir ve akustik tweezers kaynaklı sinyal gürültüsünü kaldırmak için frekans‑alanı filtreleme adımı uygular.

Kaynak: Science Advances

Cerrahi Dışı Uygulamalar

Akustik tweezers zaten geniş bir biyolojik uygulama yelpazesinde kullanıldı:

• Hücreleri (mikrometre) ve tüm balık larvalarını hareket ettirmek.
• Hastalık teşhisi için ekstraselüler vezikülleri izole etmek veya tümör hücrelerini izole etmek.
• Biyoyazıcı için hücreleri düzenlemek.
• Sinyal artırımı için biyobelirteçleri konsantre etmek.
• Mikrorobotları yönlendirmek.

Teknoloji biyolojinin ötesinde de kullanılabilir. Örneğin, tehlikeli damlacıkları güvenli bir şekilde manipüle etmek ya da kolloidal malzemelerin öz‑montajını ve kompozit üretimi için nanomalzemelerin düzenlenmesini kontrol etmek gibi.

Dolayısıyla, bu keşif öncelikle cerrahi alanına uygulanması muhtemel, ancak daha sonra hedefe yönelik ilaç dağıtımı, 3B biyoyazıcı ve nanomalzemeler dahil malzeme bilimindeki ilerlemeler gibi ek uygulamalara da yol açabilir.

Robotik Cerrahi Şirketi

En gelişmiş robotik cerrahi sistemlerden biri Intuitive Surgical (ISRG ) (ISRG) tarafından satılsa da, şirketin ultrason veya endoskopi konusundaki uzmanlığı rakiplerine göre daha azdır.

Bu yüzden, ses tweezers’ın ilk gerçek‑hayat tıbbi uygulamasının, robotlar veya cerrahi aletler gibi birçok tıbbi cihaz sistemini birleştirme konusunda zaten yetkin olan tıbbi cihaz şirketlerinden gelebilmesi muhtemeldir.

1. Medtronic plc

Medtronic, özellikle cerrahi ve yoğun bakım alanında lider bir tıbbi cihaz şirketidir. Diğer segmentler de ona bağlı olarak düşünülebilir, ancak Medtronic’in tıbbi cerrahi segmenti toplam 7,7 milyar dolarlık gelirin 2,1 milyar dolarını oluşturmaktadır.

Kaynak: Medtronic

Şirket, %2,7 milyar (2022) R&D bütçesi ve 2022’de 9 adet ve 2023 için planlanan 3,3 milyar dolarlık ek satın alımlar sayesinde organik büyüme yoluyla büyümektedir.

Medtronic, daha basit, düşük maliyetli robotik cerrahi için büyük bir fırsat görüyor:

“Dünyada yapılan cerrahilerin sadece %2’si robot yardımıyla gerçekleştiriliyor. Geri kalan %98’i maliyet ve kullanım yükleri nedeniyle bugün robotik‑yardımlı cerrahi ile yapılamıyor.”

Bu stratejiyle Medtronic, Hugo sistemini geliştirdi.

Kaynak: Medtronic

Ayrıca, Aralık 2018’de Mazor Robotics’in 1,7 milyar dolarlık satın alımı sayesinde Mazor X Stealth omurga robot‑yardımlı cerrahi cihazını satmaktadır.

Genel olarak, Medtronic’in sağlam itibarı ve neredeyse her hastanede en az bir ekipmana sahip olması, yeni ortaya çıkan robotik cerrahi pazarının sağlam bir kısmını iç geliştirme ya da satın almalar yoluyla yakalama için iyi bir giriş noktası sunmaktadır.

Ayrıca zaten endoskopik ultrason sistemleri satmakta ve kardiyoloji alanındaki varlığı, ses tweezers teknolojisinin kardiyovasküler tedavi ve cerrahiye uygulanmasına yardımcı olabilir.

2. Stryker Corporation

Stryker, neredeyse her iyi donanımlı hastane veya klinikte bulunan, yılda 130 milyon hastaya hizmet veren bir diğer tıbbi cihaz lideridir. En büyük segmentler travmatoloji, endoskopi ve aletlerdir.

Kaynak: Stryker

Şirket, 2022’de 1,45 milyar dolar R&D harcamasıyla yeniliğe büyük yatırım yapmaktadır. Ayrıca 2021’de 3 satın alma gerçekleştiren bir seri alıcıdır. Satışlarının büyük kısmı (​%74) ABD’ye yöneliktir ve yabancı pazarlarda büyümeye devam etmeyi planlamaktadır.

Şirket, ortopedi cerrahileri için 2019’da OrthoSpace satın alımıyla cerrahi segmentinde büyümektedir.

Ayrıca ortopedi cerrahisine adanmış Mako, robot‑kol‑yardımlı cerrahi sistemine sahiptir.

Travma, nöroloji, omurga, endoskopi ve diğer iç cerrahi alanlarında güçlü bir varlığı olan Stryker, akustik tweezers ile kesi gerektirmeyen cerrahiye en çok fayda sağlayabilecek şirketler arasında yer alabilir.

Kaynak: Stryker

Endoskopi ve ortopedi cerrahisine güçlü odaklanmasıyla Stryker, yaşlanan nüfus nedeniyle büyüyen bu segmentte robotik cerrahi lideri olma ihtimali yüksek.