Summary

Autónoma y recargable Microneurostimulator Endoscopically Implantable en la Submucosa

Published: September 27, 2018
doi:

Summary

La aplicación de alta frecuencia energética bajo estimulación puede aliviar los síntomas de dismotilidad gástrica. En esta investigación, se presenta un dispositivo miniatura, endoscópicamente implantable y recargable sin cables que se implanta en un bolsillo submucosal. Éxito tanto-vías de comunicación y control del estímulo se lograron durante un experimento en el cerdo vivo.

Abstract

Dismotilidad gástrica puede ser un signo de enfermedades comunes como diabetes mellitus desde hace mucho tiempo. Es conocido que la aplicación de estimulación baja energética de alta frecuencia puede ayudar a con eficacia moderada y aliviar los síntomas de dismotilidad gástrica. El objetivo de la investigación fue el desarrollo de una miniatura, dispositivo implantable endoscópicamente un bolsillo submucosal. Dispositivo implantable es un paquete electrónico totalmente personalizado que fue diseñado específicamente para fines de experimentación en la submucosa. El dispositivo está equipado con una batería de iones de litio que puede recargarse sin cables por recibir un incidente campo magnético de la bobina de carga/transmisión. La comunicación de enlace ascendente se logra en una banda de MedRadio a 432 MHz. El dispositivo fue insertado endoscópicamente en el bolsillo submucosal del cerdo doméstico vivo usado como un modelo en vivo , específicamente en el antrum de estómago. El experimento confirmó que el dispositivo diseñado puede ser implantado en la submucosa y es capaz de comunicación bidireccional. El dispositivo puede realizar la estimulación bipolar del tejido muscular.

Introduction

Dismotilidad gástrica puede ser un signo de varias enfermedades relativamente comunes como gastroparesia, que generalmente se caracteriza por una evolución crónica e impone algo graves consecuencias sobre la situación social, laboral y física del paciente. Mayoría de los casos de gastroparesia suelen ser de origen idiopático o diabético y a menudo es resistente a la medicación disponible1. Pacientes afligidos con esta condición comúnmente presentan náuseas y repitieron vómitos. Basado en investigaciones anteriores, se sabe que la aplicación de estimulación eléctrica baja energética de alta frecuencia puede ayudar a moderar eficazmente y aliviar los síntomas de dismotilidad gástrica1,2.

Basado en estudios previos, se ha demostrado que la estimulación eléctrica gástrica alta frecuencia puede mejorar significativamente los síntomas y el vaciado gástrico3. También se ha demostrado que la terapia de neuroestimulador de esfínter esofágico inferior es seguro y efectivo para el tratamiento de la enfermedad por reflujo gastroesofágico (ERGE), reducir la exposición ácida y eliminar diariamente uso inhibidor (PPI) en la bomba de protones sin estímulo relacionado con efectos adversos4. Antes de los ensayos en humanos, se realizaron los primeros estudios en modelos animales (caninos modelos5). Basado en estos estudios, la estimulación eléctrica del esfínter esofágico inferior (LES, 20 Hz, ancho de pulso de 3 ms) causó una contracción prolongada de los LES5. Efectos similares de alto (20 Hz, ancho de pulso de 200 μs) y frecuencias bajas (6 ciclos/min, ancho de pulso de 375 ms) se investigaron la estimulación eléctrica en LES en los pacientes GERD. Alta y baja frecuencia estimulación eran eficaz6. Sin embargo, actualmente, hay solamente dos dispositivos de neuroestimulación para la estimulación gástrica o esofágica disponibles en el mercado7,8. En esos dispositivos, los electrodos se pueden implantar quirúrgicamente, laparoscópica o robótica. El dispositivo se implanta por vía subcutánea. Esto requiere anestesia general y tiene un dispositivo voluminoso instalado, utilizando catéteres intramusculares que permite la estimulación del tejido muscular gástrica o esofágica. Por lo tanto, la opción de usar un dispositivo sin cables de comunicación implantado en la capa submucosal gástrica representaría una ventaja definitiva y mejora en la comodidad del paciente. Como se indicó en la anterior investigación9,10, fue probado que es posible una implantación de un neuroestimulador miniatura en submucosa. Para la implantación endoscópica de la submucosa, utilizamos una técnica llamada endoscopic submucosal bolsillo (ESP), partiendo de la disección endoscópica submucosa túnel10. El objetivo de esta investigación es mejorar aún más este concepto de un neuroestimulador implantable, sobre todo en el ámbito de gestión de energía (específicamente la capacidad Recarga inalámbrica), de conformidad con las respectivas leyes y reglamentos para wireless enlaces de comunicación en dispositivos médicos implantables y posibilidad de neuroestimulación bipolar. A continuación, el microneurostimulator presentado es capaz de comunicación bidireccional y los parámetros de estimulación se pueden cambiar en tiempo real, incluso mientras el dispositivo se implanta.

Esta técnica es adecuada para los equipos con un endoscopista terapéutico experimentado en meter endoscópica o disecciones de túnel. A continuación, un hardware y software integrado de diseño con experimentan en la construcción de prototipos de hardware con microcontroladores y circuitos de radiofrecuencia utilizando tecnología de montaje superficial es necesaria. Para la construcción de los prototipos del hardware, es necesario un laboratorio equipado con una estación y equipo básico para mediciones eléctricas (al menos un multímetro digital, osciloscopio, analizador de espectro y PICkit3 programador) de soldadura por reflujo.

Protocol

Todos los procedimientos endoscópicos incluyendo temas animal han sido aprobados en el Instituto de Fisiología Animal y genética, Academia de Ciencias Checa República (biomédica centro PIGMOD), Libechov, República Checa (experimentos del proyecto en la implantación de sin pilas y baterías en la submucosa del esófago y el estómago — estudio experimental). Todos los experimentos se realizan en cumplimiento de la legislación checa 246/1992 SB “sobre la protección de animales contra el maltrato, enmendada”. Di…

Representative Results

La figura 17 muestra que una colocación endoscópica de neuroestimulador gástrico en un bolsillo en la submucosa, así como la colocación correcta de los electrodos a la capa muscular fue exitosa. Las dimensiones del aparato (figura 10) son 35 x 15 x 5 mm3 , mientras que el peso es de 2.15 g. figura 17 muestra el diagrama del circuito del dispositivo muestra que el dispositivo se co…

Discussion

El diseño de los dispositivos implantables debe centrarse principalmente en el tamaño total del dispositivo, perfiles de estimulación puede lograr (voltaje máximo, corriente máxima entrega, duración de los pulsos y la frecuencia del pulso). La principal limitación desde el punto de vista de hardware es el tamaño y la disponibilidad de componentes adecuados. Para minimizar el tamaño, componentes superficiales del montaje son preferibles debido a su empaque compacto. La mejor solución sería integrar el chip desn…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Los autores declaran que no tienen intereses financieros que compiten.

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

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check_url/cn/57268?article_type=t

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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).

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