Anvendelsen af højfrekvens lav-energisk stimulering kan lindre symptomerne på gastrisk dysmotility. I denne forskning præsenteres en miniature, endoskopisk implantable og trådløst genopladeligt enhed, der er implanteret i en submukøse lomme. Vellykket både-vejs kommunikation og stimulation kontrol blev opnået under et eksperiment på levende svin.
Gastrisk dysmotility kan være et tegn på fælles sygdomme som langvarige diabetes mellitus. Det er kendt, at anvendelsen af højfrekvens lav-energisk stimulering kan bidrage til at effektivt moderat og lindre symptomerne på gastrisk dysmotility. Målet med forskningen var udviklingen af en miniature, endoskopisk implantabel anordning til en submukøse lomme. De implantable enhed er en fuldt tilpassede elektroniske pakke, som var specielt designet til forsøg i submucosa. Enheden er udstyret med et lithium-ion batteri, som oplades trådløst ved at modtage en hændelse magnetfelt fra opladning/fremsendende spolen. Uplink kommunikation er opnået i et MedRadio band på 432 MHz. Enheden blev endoskopisk indsat i en levende indenlandsk gris bruges som en i vivo model, specielt i maven antrum submukøse lommen. Eksperimentet bekræftet, at designet enheden kan implanteres i submucosa og er i stand til at tovejs kommunikation. Enheden kan udføre bipolar stimulation af muskelvæv.
Gastrisk dysmotility kan være et tegn på flere relativt almindelige sygdomme som gastroparese, som er normalt karakteriseret ved en kronisk progression og pålægger temmelig alvorlige konsekvenser på det sociale, arbejdsmæssige og fysiske status af patienten. De fleste tilfælde af gastroparese er normalt diabetiker eller idiopatisk oprindelse og er ofte resistente til rådighed medicin1. Patienter rammes af denne betingelse oftest præsentere med kvalme og gentagne opkastninger. Baseret på tidligere forskning, er det kendt, at anvendelsen af højfrekvens lav-energiske elektrisk stimulation kan hjælpe effektivt moderat og lindre symptomerne på gastrisk dysmotility1,2.
Baseret på tidligere undersøgelser, er det bevist, at højfrekvente gastrisk elektrisk stimulation kan forbedre symptomer og gastrisk tømning3. Det har også vist sig at lavere esophageal sphincter neurostimulator terapi er sikker og effektiv til behandling af gastroøsofageal reflukssygdom (GERD), reducere den syre eksponering og eliminerer dagligt proton pumpe hæmmer (PPI) skik uden stimulation relaterede bivirkninger4. Før forsøg på mennesker, blev første undersøgelser udført i dyremodeller (canine modeller5). Baseret på disse studier, forårsaget elektrisk stimulation af den lavere esophageal sphincter (LES, 20 Hz, pulse bredde 3 MS) en forlænget kontraktion af LES5. Lignende effekter af høj (20 Hz, pulse bredde af 200 μs) og lav (6 cyklusser/min., pulse bredde på 375 ms) frekvens elektrisk stimulation på LES i GERD patienter blev undersøgt. Både høj og lav frekvens stimulation blev effektiv6. I øjeblikket, dog der kun to neurostimulation enheder for gastrisk eller esophageal stimulation tilgængelige på markedet7,8. I disse enheder, kan elektroderne implanteret kirurgisk, laparoscopically eller robot. Selve enheden er implanteret subkutant. Dette kræver generel anæstesi og har en omfangsrig anordning, ved hjælp af intramuskulær katetre, som giver mulighed for stimulering af gastrisk eller esophageal muskelvæv. Så ville mulighed for at bruge en trådløs kommunikation enhed implanteret i laget gastrisk submukøse repræsentere en klar fordel og forbedring i patientens komfort. Som anført i den tidligere forskning9,10, var det bevist, at en implantering af en miniature neurostimulator i submucosa er muligt. For den endoskopiske submukøse implantation, bruger vi en teknik kaldet endoskopisk submukøse lommetyveri (ESP), baseret på endoskopisk submukøse tunnel dissektion10. Målet med denne forskning er at yderligere forbedre dette koncept af en implantable neurostimulator, primært i anvendelsesområdet for strømstyring (specifikt den trådløs genopladning kapacitet), overensstemmelse med respektive love og forskrifter til trådløs kommunikationsforbindelser i medicinsk implantabelt udstyr og muligheden for bipolar neurostimulation. Dernæst præsenteres microneurostimulator er habil i torettet kommunikation og stimulation parametre kan ændres i realtid, selv mens enheden er implanteret.
Denne teknik er egnet til hold med et terapeutisk endoscopist oplevet i endoskopisk lommetyveri eller tunnel dissektioner. Næste, en hardware og indlejret software designer med erfaring i opbygning af hardware prototyper med microcontrollers og radiofrekvens kredsløb ved hjælp af overflade mount teknologi er nødvendig. For at opbygge hardware prototyper, er et laboratorium, der er udstyret med en reflow lodning station og grundlæggende udstyr til elektriske målinger (mindst et digital multimeter, et oscilloskop, en spectrum analyzer og PICkit3 programmør) påkrævet.
Udformningen af det implantérbare udstyr bør primært fokusere på den samlede størrelse af enheden, opnåelige stimulation profiler (maksimal spænding, maksimale leverance strøm, længden af pulser og puls frekvens). Vigtigste begrænsning fra hardware perspektiv er størrelsen og tilgængeligheden af egnede komponenter. For at minimere den samlede størrelse, foretrækkes overflade mount komponenter på grund af deres kompakte emballage. Den bedste løsning ville være at integrere nøgne chip dør på underlaget….
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne erklærer, at de har ingen konkurrerende finansielle interesser.
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 |