Summary

자율적이 고 충전식 Microneurostimulator 라고는 Submucosa에 이식

Published: September 27, 2018
doi:

Summary

높은 주파수 낮은 에너지의 응용 프로그램은 위 dysmotility의 증상을 완화 수 있습니다. 이 연구에서 submucosal 주머니에 이식 초소형, 라고 이식 및 무선 충전식 장치 제공 됩니다. 두 방법은 통신 및 자극 제어 라이브 돼지에 실험 하는 동안 달성 했다.

Abstract

위 dysmotility 오랜 당뇨병 등 일반적인 질병의 징조 수 있습니다. 그것은 높은 주파수 낮은 에너지 자극의 신청은 효과적으로 온건 하 고 위 dysmotility의 증상을 완화 도울 수 있다 알려져 있다. 연구의 목표는 소형, submucosal 주머니 라고 이식 장치 개발 했다. 이식 장치는 완벽 하 게 사용자 지정 된 전자 패키지는 submucosa에 실험을 위해 특별히 설계 되었습니다. 장치는 무선 충전/전송 코일에서 사고 자기장을 수신 하 여 재충전 될 수 있는 리튬-이온 배터리를 갖추고 있습니다. 업링크 통신 432 m h z에서 MedRadio 대역에서 수행 됩니다. 장치 라고 모델로 vivo에서 , 특히 위 동굴에서에서 사용 하는 라이브 국내 돼지의 submucosal 주머니에 삽입 되었다. 실험 설계 된 장치는 submucosa에 이식 될 수 있는 양방향 통신 가능 확인. 장치는 근육 조직의 바이 폴라 자극을 수행할 수 있습니다.

Introduction

위 dysmotility gastroparesis는 일반적으로 만성 진행 되는 특징은 환자의 사회적, 업무 관련, 물리적 상태에 오히려 심각한 결과 부과 등 여러 가지 상대적으로 일반적인 질병의 징조 수 있습니다. Gastroparesis의 대부분의 경우는 일반적으로 당뇨 나 기원에 idiopathic 저항 고 있습니다 종종 사용 가능한 약물1. 환자 들은이 조건에 시달리는 가장 일반적으로 메스꺼움을 제시 하 고 구 토를 반복. 이전 연구를 바탕으로, 높은 주파수 낮은-에너지 전기 자극의 신청은 효과적으로 온건 하 고 위 dysmotility1,2의 증상을 완화 도울 수 있다 알려져 있다.

이전의 연구를 바탕으로, 그것은 높은-주파수 위 전기 자극 크게 향상 시킬 수 있는 증상과 위 비우는3입증 된다. 그것은 또한 표시 되었습니다 더 낮은 식도 괄약근 neurostimulator 치료는 안전 하 고 효과적인 치료 위 식도 역류 질환 (GERD)의 산 노출 감소 매일 프로톤 펌프 억제제 (PPI) 사용 없이 제거 자극 관련 부작용4. 인체 실험 하기 전에 첫 번째 연구 (개 모델5) 동물 모델에서 수행 했다. 이러한 연구를 바탕으로, 더 낮은 식도 괄약근 (레, 20 Hz, 3 ms의 펄스 폭)의 전기 자극 발생 레5의 장기간된 수축 합니다. 비슷한 효과 (20 Hz, 200 μ s의 펄스폭) 높 및 낮은 (6 사이클/분, 375 ms의 펄스 폭) 주파수 레에 GERD 환자에서 전기 자극을 조사 했다. 모두 높은 저주파 자극 했다 효과적인6. 그러나, 현재, 있다 위 또는 식도 자극에 대 한 두 개의 통제 장치 사용할 수 있는 시장7,8. 이러한 장치에서 수술, laparoscopically 또는 robotically 전극 이식 수 있습니다. 장치 자체는 피하 이식 이다. 이 일반적인 마 취를 요구 하 고 부피가 큰 장치를 장착, 위 또는 식도 근육 조직의 자극에 대 한 수 있도록 근육 내 카 테 터를 사용 하 여. 그래서, 위 submucosal 레이어로 이식 무선 통신 장치를 사용 하 여 옵션 확실 한 장점 및 개선 환자 편안 하 게에서 나타내는 것 이다. 이전 연구9,10에서 설명 했 듯이, 그것은 submucosa로 소형 neurostimulator의 주입이 가능 하다는 입증 되었다. 내 시경 submucosal 이식에 대 한 우리 내 시경 submucosal 포켓 (ESP), 라는 기술을 사용 하 여 내 시경 submucosal 터널 절 개10에 따라. 이 연구의 목표는 전원 관리 (특히 무선 충전 기능), 각각 법률 및 무선에 대 한 규정 준수의 범위에서 주로 이식 neurostimulator의이 개념을 더욱 개선 하기 위해 바이 폴라 통제의 가능성과 이식 재 의료 장비에 통신 링크. 다음, 제시 microneurostimulator은 양방향 통신 및 실시간 자극 매개 변수를 변경할 수 있습니다, 그리고 장치는 동안에 이식.

이 기술은 치료 endoscopist 내 시경 포켓 또는 터널 해 경험으로 팀을 위해 적당 하다. 다음으로, 하드웨어와 임베디드 소프트웨어 디자이너와 마이크로컨트롤러와 하드웨어 프로토타입을 환경 및 무선 주파수 회로 표면 실장 기술을 사용 하 여 필요 하다. 하드웨어 프로토타입을, 리플로우 납땜 역 및 전기 측정 (적어도 디지털 멀티 미터, 오실로스코프, 스펙트럼 분석기와 PICkit3 프로그래머)에 대 한 기본적인 장비를 갖춘 실험실이 필요 합니다.

Protocol

연구소의 동물 생리학 및 유전학, 아카데미의 과학 체코 공화국 (생물 의학 센터 PIGMOD), Libechov, 체코 공화국 (프로젝트의 주입에 실험 동물 주제를 포함 하 여 모든 내 시경 절차 승인 배터리-덜 및 식도 및 위장 submucosa로 배터리 장치-실험 연구). 모든 실험 체코 법 246/1992 준수 행해진다 “에 학대, 개정에 대 한 동물의 보호” 하고있다. 그것은 동물에 직접 접촉 되지 않은 외부 장치 때문에 송신기 장…

Representative Results

그림 17 submucosa에 주머니에 위 neurostimulator의 내 시경 위치 뿐만 아니라 근육 층을 전극의 적절 한 배치 되었는지 보여 줍니다. 장치 (그림 10)의 크기는 35 x 15 x 5 m m3 무게는 2.15 g. 그림 17 보여주는 장치 함께 연결 되는 6 다른 모듈의 구성 소자의 회로 다이어그램을 보여 줍니다. ?…

Discussion

이식 장치 디자인 장치, 달성 자극 프로 파일 (최대 전압, 최대 결과물 전류 펄스와 펄스 주파수의 길이)의 전반적인 크기에 주로 집중 해야 한다. 하드웨어 관점에서 주요 제한은 크기와의 적합 한 구성 요소입니다. 전체 크기를 최소화 하려면 표면 실장 부품의 소형 포장 때문에 선호 됩니다. 최고의 솔루션 맨 손으로 칩을 통합 하는 기판에 죽을 것입니다. 그러나,이 두 구성 요소에 대 한 맨 손으…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

저자 들은 아무 경쟁 금융 관심사 선언 합니다.

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

  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/it/57268?article_type=t

Play Video

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).

View Video