Summary

Autónoma e recarregável Microneurostimulator endoscopicamente implantável para a Submucosa

Published: September 27, 2018
doi:

Summary

A aplicação da estimulação baixa-energético de alta frequência pode aliviar os sintomas de dismotilidade gástrica. Nesta pesquisa, é apresentado um dispositivo miniatura, endoscopicamente implantável e sem fio recarregável que é implantado em um bolso da submucosa. Sucesso tanto vias comunicação e controle de estimulação foram alcançados durante um experimento em porco ao vivo.

Abstract

Dismotilidade gástrica pode ser um sinal de doenças comuns, tais como longa diabetes mellitus. É sabido que a aplicação da estimulação baixa-energético de alta frequência pode ajudar eficazmente moderada e aliviar os sintomas de dismotilidade gástrica. O objetivo da pesquisa foi o desenvolvimento de uma miniatura, dispositivo endoscopicamente implantável para um bolso submucosa. O dispositivo implantável é um pacote eletrônico totalmente personalizado, que foi projetado especificamente para fins de experimentação na submucosa. O dispositivo é equipado com uma bateria de iões de lítio que pode ser recarregada sem fio através da recepção de um campo magnético incidente da bobina de carga/transmitir. A comunicação é alcançada em uma banda de MedRadio em 432 MHz. O dispositivo foi inserido por via endoscópica no bolso submucosa de um porco doméstico ao vivo usado como um modelo in vivo , especificamente no antro do estômago. O experimento confirmou que o dispositivo projetado pode ser implantado em da submucosa e é capaz de comunicação bidirecional. O dispositivo pode executar a estimulação bipolar do tecido muscular.

Introduction

Dismotilidade gástrica pode ser um sinal de várias doenças relativamente comuns como Gastroparesia, que geralmente é caracterizada por uma progressão crônica e impõe bastante graves consequências sobre o status social, trabalho e físico do paciente. Maioria dos casos de Gastroparesia costumam ser diabético ou idiopática em origem e muitas vezes são resistentes à medicação disponível1. Pacientes aflitos com esta condição mais comumente apresentam náuseas e repetidos vômitos. Com base em pesquisas anteriores, é sabido que a aplicação da estimulação elétrica baixa-energético de alta frequência pode ajudar eficazmente moderada e aliviar os sintomas de dismotilidade gástrica1,2.

Com base em estudos anteriores, está provado que gástrico estimulação elétrica de alta frequência pode melhorar significativamente os sintomas e o esvaziamento gástrico3. Ficou também demonstrado que a terapia de neuro-estimulador de esfíncter esofágico inferior é seguro e eficaz para o tratamento da doença do refluxo gastroesofágico (DRGE), reduzindo a exposição ácida e eliminando diariamente uso de inibidor (PPI) da bomba de protões sem estimulação relacionadas a efeitos adversos4. Antes de testes em humanos, primeiros estudos foram realizados em modelos animais (caninos modelos5). Baseado nestes estudos, estimulação elétrica do esfíncter esofágico inferior (LES, 20 Hz, largura de pulso de 3 ms) causou uma contração prolongada do LES5. Efeitos similares de alta (20 Hz, largura de pulso de 200 μs) e baixa (6 ciclos/min, largura de pulso de ms 375) frequência estimulação elétrica no LES em pacientes de DRGE foram investigados. Tanto alta e baixa frequência estimulação foram eficazes6. No entanto, atualmente, há apenas dois dispositivos de neuroestimulação para estimulação gástrica ou esofágica disponíveis no mercado7,8. Esses dispositivos, os eletrodos podem ser implantados cirurgicamente, por laparoscopia ou roboticamente. O dispositivo em si é implantado por via subcutânea. Isto requer anestesia geral e tem um dispositivo volumoso equipado, usando cateteres intramusculares que permitem a estimulação do tecido muscular esofágica ou gástrica. Então, a opção de usar um dispositivo de comunicação sem fio implantado na camada submucosa gástrica representaria uma vantagem definitiva e melhoria no conforto do paciente. Como afirmado na pesquisa anterior9,10, ficou provado que a implantação de um neuroestimulador miniatura em submucosa é possível. Para a implantação de submucosa endoscópica, usamos uma técnica chamada endoscópica submucosa embolsando (ESP), baseado no túnel submucosa endoscópica dissecação10. O objetivo desta pesquisa é melhorar ainda mais este conceito de um neuroestimulador implantável, principalmente no âmbito da gestão de energia (especificamente a capacidade de recarga sem fio), conformidade com as respectivas leis e regulamentos para wireless links de comunicação de dispositivos médicos implantáveis activos e possibilidade de neuroestimulação bipolar. Em seguida, o microneurostimulator apresentado é capaz de comunicação bidirecional e os parâmetros de estimulação podem ser alterados em tempo real, mesmo enquanto o dispositivo é implantado.

Esta técnica é apropriada para as equipes com uma terapêutica endoscopista experimentada em embolsar endoscópica ou dissecção do túnel. Em seguida, um hardware e um designer de software embarcado, com experimentam na construção de protótipos de hardware com microcontroladores e circuitos de rádio frequência, utilizando a tecnologia de montagem em superfície é necessária. Para construir os protótipos de hardware, um laboratório equipado com um refluxo de solda, estação e equipamento básico para medições elétricas (pelo menos um multímetro digital, osciloscópio, analisador de espectro e PICkit3 programador) é necessário.

Protocol

Todos os procedimentos endoscópicos, incluindo assuntos animais foram aprovados no Instituto de Fisiologia Animal e genética, Academia de ciência Czech Republic (Biomedical Center PIGMOD), Libechov, República Checa (projeto experiências na implantação de sem bateria e bateria de dispositivos em submucosa do esôfago e estômago — estudo experimental). Todas as experiências são feitas em conformidade com a lei Checa 246/1992 SB “relativa à protecção dos animais contra maus-tratos, tal como alterado”. Dispos…

Representative Results

A figura 17 mostra que uma colocação endoscópica do neuroestimulador gástrica em um bolso na submucosa, bem como a correcta colocação dos eléctrodos para a camada muscular foi bem sucedida. As dimensões do dispositivo (Figura 10) são 35 x 15 x 5 mm3 , enquanto o peso é 2.15 g. Figura 17 mostra o diagrama de circuito do dispositivo, mostrando que o dispositivo é composto por …

Discussion

O design do dispositivo implantável deve incidir principalmente sobre o tamanho total do dispositivo, perfis de estimulação realizáveis (tensão máxima, corrente máxima do resultado final, comprimento de pulsos e frequência de pulso). Principal limitação do ponto de vista de hardware é o tamanho e a disponibilidade de componentes adequados. Para minimizar o tamanho geral, componentes de montagem em superfície são preferidas por causa de sua embalagem compacta. A melhor solução seria integrar a microplaqueta…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Os autores declaram que eles têm não tem interesses financeiro concorrente.

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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