Summary

ميكرونيوروستيمولاتور المتمتعة بالحكم الذاتي والقابلة لإعادة الشحن القابلة للغرس اندوسكوبيكالي إلى سوبموكوسا

Published: September 27, 2018
doi:

Summary

تطبيق التحفيز عالية التردد المنخفض حيوية يمكن أن تخفف من أعراض المعدة ديسموتيليتي. ويرد في هذا البحث، جهاز مصغر، اندوسكوبيكالي القابلة للغرس والقابلة لإعادة الشحن لاسلكياً وهو مزروع في جيب سوبموكوسال. وتحققت الناجحة-طريقة الاتصال وتنشيط عنصر التحكم أثناء تجربة على الخنازير الحية.

Abstract

ديسموتيليتي المعدة يمكن أن تكون علامة على أمراض شائعة مثل السكري منذ أمد بعيد. ومن المعروف أن تطبيق التحفيز عالية التردد المنخفض حيوية يمكن أن تساعد بفعالية معتدلة والتخفيف من أعراض المعدة ديسموتيليتي. وكان الهدف البحث تطوير مصغرة، الجهاز اندوسكوبيكالي القابلة للغرس لجيب سوبموكوسال. الجهاز القابلة للغرس هو حزمة إلكترونية مخصصة بالكامل الذي صمم على وجه التحديد غرض تجارب في سوبموكوسا. الجهاز مجهز ببطارية ليثيوم أيون التي يمكن إعادة شحنها لاسلكياً باستلام حقل مغناطيسي حادث من فائف شحن/نقل. ويتحقق الاتصال الإرسال في عصابة ميدراديو 432 ميجا هرتز. تم إدراج الجهاز اندوسكوبيكالي في جيب submucosal خنزير المحلية الحية المستخدمة كنموذج في فيفو ، على وجه التحديد في التجويف المعدة. وأكدت التجربة يمكن زرعها في سوبموكوسا الجهاز مصممة وقادرة على الاتصال ثنائي الاتجاه. يمكن أداء الجهاز القطبين تحفيز أنسجة العضلات.

Introduction

ديسموتيليتي المعدة يمكن أن يكون علامة للعديد من الأمراض الشائعة نسبيا مثل جاستروباريسيس، التي عادة ما تتسم بتطور مزمنة ويفرض عواقب وخيمة على حالة المريض الاجتماعية والمتصلة بالعمل، والمادية. معظم حالات gastroparesis هي عادة السكري أو مجهول السبب في الأصل، وغالباً ما تكون مقاومة للأدوية المتاحة1. المرضى الذين يعانون من هذه الحالة الأكثر شيوعاً مع الغثيان وتكرار التقيؤ. استناداً إلى البحوث السابقة، فمن المعروف أن تطبيق التحفيز عالية التردد الكهربائي منخفض نشطة يمكن أن تساعد بفعالية معتدلة والتخفيف من أعراض المعدة ديسموتيليتي1،2.

استناداً إلى الدراسات السابقة، وقد ثبت أن التحفيز الكهربائي المعدة عالية التردد يمكن أن تحسن إلى حد كبير الأعراض و إفراغ المعدة3. وقد ثبت أيضا أن العلاج نيوروستيمولاتور مصرة المريء السفلي آمنة وفعالة لعلاج ارتداد المرض المعدي (GERD)، الحد من تعرض حمض وإزالة يوميا استخدام المانع (PPI) مضخة البروتون دون التحفيز المتصلة بالآثار الضارة4. قبل التجارب على الإنسان، أجريت الدراسات الأولى في نماذج حيوانية (الكلاب نماذج5). استناداً إلى هذه الدراسات، التحفيز الكهربائي للعضلة العاصرة السفلي المريء (ليه، 20 هرتز، عرض النبض 3 مللي ثانية) تسبب انكماش طويلة ليه5. آثار مماثلة عالية (20 هرتز، عرض النبض من 200 ميكروثانية) والترددات المنخفضة (6 دورات في الدقيقة، عرض النبض من 375 ms) وتم التحقيق في التحفيز الكهربائي في ليه في المرضى غيرد. وكانت عالية ومنخفضة التردد التحفيز الفعال6. ومع ذلك، حاليا، تتوفر اثنين فقط من الأجهزة نيوروستيموليشن لتحفيز المعدة أو المريء في سوق،من78. في تلك الأجهزة، يمكن زرع أقطاب كهربائية جراحيا، أو لاباروسكوبيكالي، أو ميكانيكيا. الجهاز نفسه هو مزروع تحت الجلد. وهذا يتطلب التخدير العام ويكون جهاز ضخمة مزودة، باستخدام القسطرة العضلي الذي يسمح لتحفيز أنسجة العضلات المعدة أو المريء. لذلك، سيمثل خيار استخدام جهاز اتصال لاسلكياً مزروع في طبقة سوبموكوسال المعدة ميزة أكيدة وتحسن في راحة المريض. وكما ورد في البحوث السابقة9،10، ثبت أن من الممكن غرس نيوروستيمولاتور مصغرة في سوبموكوسا. لغرس سوبموكوسال بالمنظار، ونحن نستخدم تقنية تسمى المنظار submucosal جيبه (ESP)، استناداً إلى نفق submucosal المنظار تشريح10. والهدف من هذا البحث زيادة تحسين هذا المفهوم نيوروستيمولاتور القابلة للغرس، أساسا في نطاق إدارة الطاقة (على وجه التحديد التي تغذي القدرة اللاسلكية)، ويتفق مع قوانينها ولوائحها للاتصالات اللاسلكية وصلات الاتصال في الأجهزة الطبية القابلة للغرس وإمكانية نيوروستيموليشن بين القطبين. بعد ذلك، ميكرونيوروستيمولاتور قدم قادر على الاتصال ثنائي الاتجاه ويمكن تغيير المعلمات التحفيز في الوقت الحقيقي، حتى بينما الجهاز هو مزروع.

هذا الأسلوب مناسبة لفرق مع اندوسكوبيست علاجية من ذوي الخبرة في جيبه بالمنظار أو تشريح النفق. المقبل، الأجهزة ومصمم البرامج المضمنة مع خبرة في بناء نماذج الأجهزة مع ميكروكنترولر والدوائر تردد الراديو باستخدام تكنولوجيا سطح جبل المسبق. لبناء نماذج الأجهزة، مطلوب معمل مجهزة انحسر حام المحطة والمعدات الأساسية للقياسات الكهربائية (على الأقل رقمي متعدد الذبذبات، محلل الطيف ومبرمج PICkit3).

Protocol

تمت الموافقة على جميع الإجراءات بالمنظار بما في ذلك المواد الحيوانية في معهد الفيزيولوجيا الحيوانية وعلم الوراثة، أكاديمية “العلوم التشيكية” الجمهورية (بيجمود مركز الطب الحيوي)، ليبيتشوف، الجمهورية التشيكية (تجارب المشروع في غرس البطارية أقل وأجهزة البطارية إلى submucosa المريء والمعدة – د…

Representative Results

يظهر الرقم 17 أنه ناجح وضع نيوروستيمولاتور المعدة بالمنظار في جيب في سوبموكوسا وكذلك الموضع الصحيح من أقطاب كهربائية إلى طبقة العضلات. أبعاد الجهاز (الشكل 10) هي 35 × 15 × 5 مم3 في حين الوزن هو 2.15 زاي 17 الشكل يوضح مخطط الد…

Discussion

تصميم الجهاز القابلة للغرس وينبغي أن تركز في المقام الأول على الحجم الكلي للجهاز، والتشكيلات الجانبية للتحفيز يمكن تحقيقها (الجهد الأقصى، أقصى تيار يمكن تحقيقها، وطول البقول وتواتر النبض). القيد الرئيسي من منظور الأجهزة هو حجم ومدى توافر عناصر مناسبة. لتقليل الحجم الكلي، مكونات سطح جبل ا…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

الكتاب يعلن أن لديهم لا تضارب المصالح المالية.

Materials

EIA 0402 ceramic capacitor 1.8 pF AVX 04025U1R8BAT2A 1 pc
EIA 0402 ceramic capacitor 100 nF TDK CGA2B3X7R1H104K050BB 7 pcs
EIA 0402 ceramic capacitor 100 pF Murata Electronics GRM1555C1H101JA01D 1 pc
EIA 0402 thick film resistor 10 kΩ Vishay CRCW040210K7FKED 1 pc
EIA 0402 ceramic capacitor 10 nF Murata Electronics GRM155R71C103KA01D 3 pcs
EIA 0402 ceramic capacitor 10 pF Murata Electronics GJM1555C1H100JB01D 3 pc
EIA 0402 ceramic capacitor 12 pF Murata Electronics GJM1555C1H120JB01D 2 pcs
EIA 0402 ceramic capacitor 18 pF KEMET C0402C180J3GACAUTO 2 pcs
EIA 0402 resistor 1 mΩ Vishay MCS04020C1004FE000 2 pcs
EIA 0402 resistor 1 kΩ Yageo RC0402FR-071KL 1 pc
EIA 0402 ceramic capacitor 1 nF Murata Electronics GRM1555C1H102JA01D 3 pcs
EIA 0603 ceramic capacitor 2.2 uF Murata Electronics GCM188R70J225KE22D 2 pcs
EIA 0402 resistor 220 kΩ Vishay CRCW0402220KJNED 5 pcs
0805 22 uH inductor TDK MLZ2012N220LT000 1 pc
EIA 0402 resistor 330 kΩ Vishay CRCW0402330KFKED 1 pc
EIA 0603 ceramic capacitor 4.7 uF TDK C1608X6S1C475K080AC 1 pc
EIA 0402 resistor 470 Ω Vishay RCG0402470RJNED 1 pc
EIA 0402 resistor 470 kΩ Vishay CRCW0402470KJNED 1 pc
EIA 0603 inductor 470 nH Murata Electronics LQW18ANR47G00D 1 pc
EIA 0402 resistor 47 kΩ Murata Electronics CRCW040247K0JNED 2 pcs
27.0000 MHz crystal 5032 AVX / Kyocera KC5032A27.0000CMGE00 1 pc
EIA 0402 capacitor 6.8 pF Murata Electronics GJM1555C1H6R8CB01D 1 pc
EIA 0402 inductor 82 nH EPCOS / TDK B82498F3471J 1 pc
ABS05 32.768 kHz crystal ABRACON ABS05-32.768KHZ-T 1 pc
CDBU00340-HF schottky diode COMCHIP technology CDBU00340-HF 2 pcs
CG-320S Li-Ion pinpoint battery Panasonic CG-320S 1 pc
HSMS282P schottky diode rectifier Broadcom / Avago HSMS-282P-TR1G 1 pc
MAX8570 step-up converter Maxim Integrated MAX8570EUT+T 1 pc
MICRF113 RF transmitter Microchip Technology MICRF113YM6-TR 1 pc
4.3 V Zener diode ON Semiconductor MM3Z4V3ST1G 1 pc
OPA237 operational amplifier Texas Instruments OPA237N 1 pc
PIC16LF1783 8-bit microcontroller Microchip Technology PIC16LF1783-I/ML 1 pc
TPS70628 low-drop regulator Texas Instruments TPS70628DBVT 1 pc
EIA 1206 thick film resistor 0 Ω Yageo RC1206JR-070RL 2 pcs
EIA 0603 thick film resistor 0 Ω Yageo RC0603JR-070RL 1 pc
EIA 0402 thick film resistor 100 kΩ Yageo RC0402FR-07100KL 1 pc
EIA 0603 thick film resistor 100 kΩ Yageo RC0603FR-07100KL 1 pc
EIA 0805 ceramic capacitor 100 nF KEMET C0805C104K5RAC7210 2 pcs
EIA 0402 thick film resistor 10 kΩ Yageo RC0402JR-0710KL 1 pc
EIA 1206 ceramic capacitor 10 nF Samsung CL31B103KHFSW6E 2 pcs
EIA 0402 thick film resistor 1 kΩ Yageo RC0402JR-071KL 2 pcs
EIA 0402 thick film resistor 220 Ω Yageo RC0402JR-07220RL 2 pcs
EIA 0402 ceramic capacitor 220 nF TDK C1005X5R1C224K050BB 1 pc
EIA 1206 ceramic capacitor 22 nF TDK C3216X7R2J223K130AA 2 pcs
SMC B tantalum capacitor 22 uF AVX TPSB226K010T0700  1 pc
EIA 0402 thick film resistor 27 Ω Yageo RC0402FR-0727RL 2 pcs
EIA 1206 thick film resistor 3.3 Ω Yageo RC1206JR-073K3L 3 pcs
SOT23 3.3V zener diode ON Semiconductor BZX84C3V3LT1G 1 pc
SMC A tantalum capacitor 4.7uF KEMET T491A475M016AT 2 pcs
EIA 0603 thick film resistor 470 Ω Yageo RC0603JR-07470RL 2 pcs
EIA 1206 ceramic capacitor 470 nF KEMET C1206C471J5GACTU 3 pcs
Electrolytic capacitor 470 uF Panasonic EEE-1CA471UP 3 pcs
EIA 0402 ceramic capacitor 47 pF AVX 04025A470JAT2A 2 pcs
0603 GREEN LED Lite-On Inc. LTST-C191KGKT 1 pc
0603 RED LED Lite-On Inc. LTST-C191KRKT 1 pc
16 MHz CX3225 crystal EPSON FA-238 16.0000MB-C3 1 pc
0805 ferrite bead Wurth Electronics Inc. 742792040 1 pc
IR2110SO FET driver Infineon Technologies IR2110SPBF 1 pc
FT230XS USB to seriál converter FTDI Ltd. FT230XS-R 1 pc
Mini USB connector EDAC Inc. 690-005-299-043 1 pc
PIC16F1783 8-bit microcontroller Microchip Technology PIC16F1783-I/ML 1 pc
REG1117 3.3 V regulator SOT223 Texas Instruments REG1117-3.3/2K5 1 pc
Schottky SMB diode rectifier STMicroelectronics STPS3H100UF 1 pc
SMB package TVS diode Littelfuse Inc. 1KSMBJ6V8 1 pc
IRLZ44NPBF N-channel MOSFET Infineon Technologies IRLZ44NPBF 2 pcs
RTL2832U receiver dongle EVOLVEO Mars 1 pc
PICkit 3 Microchip Technology PICkit 3 1 pc
Mini USB to USB A cable OEM Mini USB to USB-A 1 pc
Printed circuit board, implantable device Manufacture with the provided supplementary file 1 pc
Printed circuit board, transmitter/receiver device Manufacture with the provided supplementary file 1 pc
Printed circuit board, implantable device Manufacture with the provided supplementary file 1 pc
AWG18 wire Alpha Wire 3055 BK001 2 m
AWG42 wire Daburn Electronics 2420/42 BK-100 1 m
Olympus GIFQ-160 Olympus N/A (part is obsoleted) 1 pc
Single-use electrosurgical knife with knob-shaped tip and integrated jet function Olympus KD-655L 1 pc
Single-use oval electrosurgical snare Olympus SD-210U-15 1 pc
15.5 mm lens hood FujiFilm DH-28GR 1 pc
Injection therapy needle catheter Boston Scientific 25G 1 pc
Alligator law grasping forceps Olympus FG-6L-1 1 pc
Instant Mix 5 min epoxy Loctite N/A 1 pc
Heat shrinkable tubing, inside diameter 9.5 mm TE Connectivity RNF-100-3/8-X-STK 1 pc
ChipQuik solder paste Chip Quik SMD4300AX10 1 pc

References

  1. Abell, T., et al. Gastric electrical stimulation for medically refractory gastroparesis. Gastroenterology. 125 (2), 421-428 (2003).
  2. O’Grady, G., Egbuji, J., Du, P., Cheng, L. K., Pullan, A. J., Windsor, J. A. High-frequency gastric electrical stimulation for the treatment of gastroparesis: a meta-analysis. World J Surg. 33 (8), 1693-1701 (2009).
  3. Chu, H., Lin, Y., Zhong, L., McCallum, R. W., Hou, X. Treatment of high-frequency gastric electrical stimulation for gastroparesis. J Gastroenterol Hepatol. 27 (6), 1017-1026 (2012).
  4. Rodríguez, L., et al. Electrical stimulation therapy of the lower esophageal sphincter is successful in treating GERD: final results of open-label prospective trial. Surg Endosc. 27 (4), 1083-1092 (2013).
  5. Ellis, F., Berne, T. V., Settevig, K. The prevention of experimentally induced reflux by electrical stimulation of the distal esophagus. Am J Surg. 115, 482-487 (1968).
  6. Rinsma, N. F., Bouvy, N. D., Masclee, A. A. M., Conchillo, J. M. Electrical Stimulation Therapy for Gastroesophageal Reflux Disease. J Neurogastroenterol. 20 (3), 287-293 (2014).
  7. Medtronic Inc, . . Enterra Therapy 3116 – Gastric Electrical Stimulation System. , (2016).
  8. Rodriguez, L., et al. Two-year results of intermittent electrical stimulation of the lower esophageal sphincter treatment of gastroesophageal reflux disease. Surgery. 157 (3), 556-567 (2015).
  9. Hajer, J., Novák, M. Development of an Autonomous Endoscopically Implantable Submucosal Microdevice Capable of Neurostimulation in the Gastrointestinal Tract. Gastroent Res Pract. , 8098067 (2017).
  10. Deb, S., et al. Development of innovative techniques for the endoscopic implantation and securing of a novel, wireless, miniature gastrostimulator (with videos). Gastrointest. Endosc. 76 (1), 179-184 (2012).
  11. Jiang, G., Zhou, D. D. . Technology advances and challenges in hermetic packaging for implantable medical devices. , (2017).
  12. Vonthein, R., Heimerl, T., Schwandner, T., Ziegler, A. Electrical stimulation and biofeedback for the treatment of fecal incontinence: a systematic review. Int J Colorectal Dis. 28 (11), 1567-1577 (2013).
check_url/cn/57268?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Hajer, J., Novák, M. Autonomous and Rechargeable Microneurostimulator Endoscopically Implantable into the Submucosa. J. Vis. Exp. (139), e57268, doi:10.3791/57268 (2018).

View Video