Summary

内視鏡的粘膜下組織に埋込型自律的充電式 Microneurostimulator

Published: September 27, 2018
doi:

Summary

高周波低エネルギッシュな刺激のアプリケーションは、胃運動の症状を軽減できます。本研究では粘膜下ポケットに注入されているミニチュア、植込み型内視鏡とワイヤレスで充電式のデバイスが表示されます。ライブ豚実験中に成功した双方向通信と刺激制御を実現した.

Abstract

胃の運動は、長年糖尿病など一般的な病気のサインをすることができます。高周波低エネルギッシュな刺激のアプリケーションが効果的に胃運動の症状を緩和する緩和し助けることができることが知られています。研究の目標は、ミニチュア、粘膜下のポケットに内視鏡植込み型デバイスの開発だった。植込み型デバイスは、粘膜下組織の実験を目的として設計された具体的には完全にカスタマイズされた電子パッケージです。デバイスが充電送信コイルから入射磁場を受けることによりワイヤレスで充電できるリチウム イオン バッテリーを装備します。上り通信は、432 MHz 帯 MedRadio で行われます。デバイスは、胃前庭部の具体的には、生体内でモデルとして使用されるライブ国内の豚の粘膜下のポケットに挿入された内視鏡。実験では、設計されたデバイスが粘膜下層に注入することができます、双方向通信可能を確認しました。デバイスは、筋肉組織の双極刺激を実行できます。

Introduction

胃の運動は、胃不全麻痺、慢性進行によって特徴付けられる通常、患者の社会的、関連の仕事、および物理的な状態のかなり重大な意味を課すなどいくつかの比較的一般的な病気のサインをすることができます。胃不全麻痺のほとんどは通常糖尿病または起源の特発性、利用可能な薬1に耐性が多い。患者のこの条件に苦しんで最も一般的吐き気を呈するし、嘔吐を繰り返します。前の研究に基づいて、それは高周波電気刺激は低エネルギーのアプリケーションが効果的に胃運動1,2の症状を緩和する緩和し助けることができる知られています。

先行研究に基づき、症状や胃内容排出3高周波電気刺激は胃が大幅に向上が証明されます。また、酸の曝露を削減し、プロトン ポンプ阻害剤 (PPI) の使用なしで排除毎日胃食道逆流症 (GERD) の治療のためより低い食道の括約筋の神経療法は安全かつ効果的なこと示されています。刺激は関連副作用4です。人間の試験の前に最初の研究は、動物モデル (犬モデル5) で行われました。これらの研究に基づき、下部食道括約筋 (LES、20 Hz、3 ms のパルス幅) の電気刺激は、レ5の長時間収縮を発生します。似たような効果高 (20 Hz、パルス幅 200 μ s)、(6 サイクル/分、375 ms のパルス幅) 低周波レ逆流性食道炎患者における電気刺激を調べた。高と低周波刺激はあった効果的な6です。しかし、現在、胃や食道の刺激のための 2 つだけの神経デバイスのあります市場7,8。これらのデバイスは、手術や腹腔鏡下ロボット、電極を埋め込むことができます。デバイス自体は、皮下に注入されます。これは全身麻酔を必要とし、かさばるデバイスを装着、胃や食道の筋組織の刺激を可能にする筋肉内のカテーテルを使用しています。だから、決定的な利点と患者の快適性の改善胃の粘膜下層に注入したワイヤレス通信デバイスを使用してのオプションを表します。以前の研究9,10に述べたように、粘膜下組織にミニチュア神経の注入が可能であることがわかった。内視鏡的粘膜下ポケット (ESP) と呼ばれる手法を用いて内視鏡的粘膜下注入用内視鏡的粘膜下トンネル解離10に基づきます。本研究の目的は無線のそれぞれの法令への適合、電源管理 (具体的にはワイヤレス充電機能) の範囲で主の植込み型神経のこの概念をさらに向上させる、します。植込み型の医療機器と双極神経の可能性通信リンク。次に、示された microneurostimulator は双方向通信が可能と刺激パラメーターをリアルタイムで変更できます、デバイスながらも注入されます。

この方法は、内視鏡をポケットやトンネル解離を経験した治療医師とチームに適しています。次に、ハードウェアや組込みソフトウェア デザイナー マイクロ コント ローラー ハードウェアのプロトタイプの構築経験、表面実装技術を用いた高周波回路が必要です。ハードウェアのプロトタイプを構築するため、駅および電気計測 (少なくとも、デジタル ・ マルチメータ、オシロ スコープ、スペクトラム ・ アナライザー、PICkit3 プログラマ) の基本的な装置リフロー装備ラボが必要です。

Protocol

動物生理学研究所で遺伝学、アカデミー科学チェコ共和国 (バイオメディカル センター PIGMOD)、Libechov、チェコ共和国 (プロジェクトの注入実験動物科目を含む内視鏡のすべてのプロシージャを承認されています。バッテリーレスとバッテリーのデバイスを食道や胃の粘膜下層に-実験的研究)。246/1992 年チェコの法律に準拠してすべての実験を行う「虐待、改正に対する動物の保護」に関する S…

Representative Results

図 17は、粘膜下組織でポケットに胃の神経刺激装置の内視鏡の配置だけでなく、筋層に電極の適切な配置が成功したことを示します。(図 10) デバイスの寸法 5 mm3 x 15 x 35 ですが重量は 2.15、g.図 17が一緒に接続されている別のモジュール 6 装備されているデバイスを表示するデバイスの回路?…

Discussion

体内植込み型装置の設計は、デバイス、達成可能な刺激プロファイル (最大電圧、成果物の最大電流、パルスとパルス周波数の長さ) の全体的なサイズに主に集中する必要があります。ハードウェアの観点からの主な制限は、サイズと適切なコンポーネントの可用性です。全体のサイズを最小限に抑えるために表面実装部品は、コンパクトなパッケージのため優先されます。最善の解決策は、…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

著者は、彼らは競合する金銭的な利益があることを宣言します。

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

Riferimenti

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Citazione di questo articolo
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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