Tillämpningen av högfrekventa låg-energisk stimulering kan lindra symptomen av gastric dysmotilitet. I denna forskning presenteras en miniatyr, endoskopiskt implanterbara och trådlöst laddningsbart enhet som är inopererad i en submukosala ficka. Framgångsrik dubbelriktad kommunikation och stimulering kontroll uppnåddes under ett experiment på levande gris.
Gastric dysmotilitet kan vara ett tecken på vanliga sjukdomar såsom långvariga diabetes mellitus. Det är känt att tillämpningen av högfrekventa låg-energisk stimulering kan bidra till att effektivt dämpa och lindra symptomen av gastric dysmotilitet. Målet med forskningen var utvecklingen av en miniatyr, endoskopiskt implanterbara anordningen till en submukosala ficka. Den implanterbara anordningen är en helt skräddarsydd elektroniska paket som var speciellt utformad för försök i submucosa. Enheten är utrustad med ett litium-jon-batteri som kan laddas trådlöst genom att ta emot en incident magnetfältet från spolen laddning/överföring. Uplink meddelande uppnås i ett MedRadio band på 432 MHz. Enheten infogades endoskopiskt i submukosala fickan på en levande tamsvin som används som en in-vivo modell, speciellt i den magen antrum. Experimentet bekräftat att designade enheten kan implanteras i submucosa och klarar av dubbelriktad kommunikation. Enheten kan utföra bipolär stimulering av muskelvävnad.
Gastric dysmotilitet kan vara ett tecken på flera relativt vanliga sjukdomar såsom gastropares, som kännetecknas vanligtvis av en kronisk progression och ställer ganska allvarliga konsekvenser på sociala, arbetsrelaterade och fysisk status för patienten. De flesta fall av gastropares är vanligtvis diabetiker eller idiopatiskt ursprung och är ofta resistenta mot tillgängliga medicinering1. Patienter som lider av detta villkor oftast presenterar med illamående och upprepade kräkningar. Utifrån tidigare forskning, är det känt att tillämpningen av högfrekventa låg-energisk elektrisk stimulering kan bidra till att effektivt dämpa och lindra symptomen av gastric dysmotilitet1,2.
Utifrån tidigare studier, är det bevisat att högfrekventa gastric elektrisk stimulering kan avsevärt förbättra symtomen och gastric tömma3. Det har också visat att lägre esofagus ringmuskel neurostimulator terapi är säker och effektiv för behandling av gastroesofageal refluxsjukdom (GERD), minska sura exponeringen och eliminerar dagligen proton-pump inhibitor (PPI) behandling utan stimulering relaterade biverkningar4. Innan försök på människa utfördes första studier i djurmodeller (canine modeller5). Baserat på dessa studier, orsakade elektrisk stimulering av den nedre matstrupen sphincter (LES, 20 Hz, pulsbredd av 3 ms) en långvarig sammandragning av LES5. Liknande effekter av hög (20 Hz, pulsbredd 200 μs) och lågfrekventa (6 cykler/min, pulsbredd 375 ms) elektrisk stimulering på LES GERD patienter undersöktes. Både hög- och lågfrekvent stimulering var effektiv6. Dock för närvarande, finns det bara två neurostimulering enheter för magsäcken eller matstrupen stimulering på marknaden7,8. I dessa enheter, kan elektroderna implanteras kirurgiskt, laparoscopically eller robotically. Själva enheten är implanteras subkutant. Detta kräver allmän anestesi och har en skrymmande enhet monterad, med hjälp av intramuskulär katetrar som möjliggör stimulering av magsäcken eller matstrupen muskelvävnad. Så, alternativet för att använda ett trådlöst kommunicerande enhet implanteras i det gastric submukösa lagret skulle innebära en definitiv fördel och förbättring av patientens komfort. Som nämnts i tidigare forskning9,10, bevisades det att en implantation av en miniatyr neurostimulator i submucosa är möjligt. För endoskopisk submukosala implantation, vi använder en teknik som kallas endoskopisk submukosala fickfräsning (ESP), baserat på endoskopisk submukosala tunnel dissektion10. Målet med denna forskning är att ytterligare förbättra detta begrepp av en implanterbar neurostimulator, främst i tillämpningsområdet för energisparfunktioner (särskilt den trådlös laddning kapaciteten), överensstämmelse med respektive lagar och förordningar för trådlösa kommunikationslänkar implanterbara medicintekniska och möjligheten att bipolär neurostimulering. Nästa, den presenterade microneurostimulator klarar av dubbelriktad kommunikation och stimulering parametrarna kan ändras i realtid, även när enheten är implanterad.
Denna teknik är lämplig för lag med en terapeutisk endoscopist upplevt i endoskopisk kasserar eller tunnel dissektioner. Nästa, en maskinvara och inbyggd programvara formgivare med erfarenhet av bygga maskinvara prototyper med mikrokontroller och radiofrekvens kretsar med ytmontering teknik behövs. För att bygga maskinvara prototyper, krävs ett labb utrustat med en reflow lödning station och grundläggande utrustning för elektriska mätningar (minst en digital multimeter, ett oscilloskop, spektrumanalysator och PICkit3 programmerare).
Utformningen av den implanterbara anordningen bör främst inriktas på den totala storleken på enheten, uppnåbara stimulering profiler (maximal spänning, maximal slutprodukt ström, längd av pulser och puls frekvens). Största begränsningen hårdvara perspektiv är storlek och tillgången på lämpliga komponenter. För att minimera den totala storleken, är ytmontering komponenter att föredra på grund av deras kompakta förpackningar. Den bästa lösningen skulle vara att integrera nakna chip dör på substratet…
The authors have nothing to disclose.
Författarna förklarar att de har inga konkurrerande finansiella intressen.
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 |