Summary

Özerk ve şarj edilebilir Microneurostimulator endoskopik submukoza implante

Published: September 27, 2018
doi:

Summary

Yüksek frekanslı düşük enerjik stimülasyon uygulanması gastrik dysmotility belirtileri hafifletmek olabilir. Bu araştırmada, submucosal cebine implante bir minyatür, endoskopik implante edilebilir ve kablosuz şarj edilebilir cihaz sunulur. Başarılı bir iki yönlü iletişim ve stimülasyon kontrol canlı domuz bir deneme sırasında elde edildi.

Abstract

Mide dysmotility uzun süredir devam eden diyabet gibi yaygın hastalıkların belirtisi olabilir. Bu yüksek frekanslı düşük enerjik stimülasyon uygulama etkin bir şekilde orta ve mide dysmotility belirtileri hafifletmek için yardımcı olabilir bilinmektedir. Araştırmanın amacı bir minyatür, endoskopik implante edilebilir bir submucosal cep aygıta belirlendi. İmplante edilebilir cihaz deneyler submukoza içinde amacıyla özel olarak tasarlanmış tamamen özelleştirilmiş bir elektronik pakettir. Aygıtın kablosuz şarj/verici bobini olay bir manyetik alan alarak şarj edilebilir bir lityum-iyon pil bulunuyor. Bağlantı iletişim 432 MHz MedRadio bandındaki elde edilir. Cihaz endoskopik submucosal cep domuz bir vivo içinde modeli, özellikle mide test olarak kullanılan bir canlı iç içine eklenir. Deneme tasarlanmış aygıt submukoza implante ve çift yönlü iletişim yeteneğine sahip doğruladı. Aygıt iki kutuplu kas dokusu uyarılması gerçekleştirebilir.

Introduction

Mide dysmotility gastroparezi, genellikle kronik bir ilerleme ile karakterizedir ve hasta sosyal, işle ilgili ve fiziksel durumunu oldukça ağır sonuçları getirir gibi birkaç nispeten yaygın hastalıkların belirtisi olabilir. Gastroparezi vakalarının çoğu genellikle diyabetik veya idiyopatik kökenli ve çoğu kez mevcut ilaç1olarak dayanıklı. Hastalar bu durum ile tutulmuş en sık mide bulantısı ile sunmak ve kusma tekrarladı. Önceki araştırmaya dayalı, yüksek frekanslı düşük enerjik elektriksel stimülasyon uygulama etkin bir şekilde orta ve mide dysmotility1,2belirtileri hafifletmek için yardımcı olabilir bilinmektedir.

Önceki çalışmalar dayalı, yüksek frekanslı gastrik elektriksel stimülasyon belirtiler ve gastrik tahliye3önemli ölçüde artırabilir kanıtlanmış. Alt özofagus sfinkter stimulanı terapi gastroözofageal reflü hastalığı (GERD), tedavisi asit maruz kalma azaltmak ve günlük proton pompa inhibitörü (PPI) kullanımı olmadan ortadan kaldırmak için güvenli ve etkili olduğunu da gösterilmiştir stimülasyon ile ilgili olumsuz etkileri4. İnsan denemeler önce (köpek5modelleri) hayvan modellerinde ilk çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar üzerinde bağlı olarak, alt özofagus sfinkter (LES, 20 Hz, darbe genişliği 3 MS) elektrik stimülasyon LES5uzun süreli bir daralma nedeniyle. Benzer etkileri yüksek (20 Hz, 200 μs darbe genişliği) ve düşük (6 devir/dak, darbe genişliği 375 MS) frekans GERD hastalarda elektriksel stimülasyon LES üzerinde araştırıldı. Yüksek ve düşük frekans stimülasyon etkili6yaşındaydın. Ancak, şu anda mevcuttur gastrik veya özofagus uyarılması için sadece iki neurostimulation aygıt üzerinde Pazar7,8. Bu aygıtlar’da, elektrotlar cerrahi olarak, laparoscopically veya robotla implante olması. Cihazın kendisi subkutan yerleştirilir. Bu genel anestezi gerektirir ve donatılmış, mide veya özofagus kas dokusu uyarılması için izin kas içi kateterler kullanarak hantal bir cihaz var. Yani, mide submucosal katmanına implante bir kablosuz iletişim aygıtı kullanma seçeneği bir avantaj ve iyileştirme hasta rahatlıkta temsil eder. Önceki araştırma9,10‘ de belirtildiği gibi bir minyatür stimulanı bir implantasyon submukoza içine mümkün olduğunu kanıtlamış. Endoskopik submucosal implantasyon için kullandığımız endoskopik submucosal CEPLİĞİ (ESP), olarak adlandırılan bir teknik endoskopik submucosal tünel diseksiyon10tabanlı. Bu araştırmanın amacı öncelikle güç yönetimi (özellikle kablosuz şarj özelliği), uygunluk ile ilgili yasa ve yönetmeliklere kablosuz kapsamında implante edilebilir bir stimulanı bu kavramı daha da geliştirmektir iletişim bağlantılarını implante edilebilir tıbbi cihazlar ve bipolar neurostimulation olasılığı. Daha sonra sunulan microneurostimulator çift yönlü iletişim yeteneğine sahiptir ve stimülasyon parametreler gerçek zamanlı olarak değiştirilebilir, aygıt süre bile yerleştirilir.

Bu teknik ile endoskopik cebe veya tünel diseksiyonlarının deneyimli bir tedavi endoskopistler takım için uygundur. Sonra bir donanım ve gömülü yazılım Tasarımcısı ile mikrodenetleyiciler ile donanım prototip binada deneyimi ve yüzey montaj teknolojisi kullanarak radyo frekansı devreler gereklidir. Donanım prototip oluşturmak için bir reflow Lehimleme İstasyonu ve elektriksel ölçümler (en az bir dijital multimetre, bir osiloskop, spektrum analizi ve PICkit3 programcı) için temel ekipman ile donatılmış bir laboratuvar gereklidir.

Protocol

Hayvan konular da dahil olmak üzere tüm Endoskopik işlemler Enstitüsü hayvan fizyolojisi ve genetik, Bilim Akademisi Çek Cumhuriyeti (Biyomedikal merkezi PIGMOD), Libechov, Çek Cumhuriyeti (proje deneylerde implantasyonu onaylanmıştır Pil-az ve submukoza yemek borusu ve mide içine pil aygıt — deneysel çalışma). Çek Kanunu 246/1992 ile uyumlu tüm deneyler yapılır Sb. “üzerinde muhafaza-in hayvan olarak değiştirilmiş kötü muamele karşı”. Çünkü hayvan ile doğrudan temas halinde olmayan bir …

Representative Results

Şekil 17 gastrik stimulanı endoskopik bir yerleşim submukoza içinde bir cep içine yanı sıra uygun yerleştirme elektrot kas katmanı için başarılı olduğunu gösterir. Ağırlığı 2.15 (Şekil 10) cihazın boyutları 35 x 15 x 5 mm3 iken g. Şekil 17 gösterir cihaz birbirine bağlı 6 farklı modüllerin oluşur gösterilen aygıt devre şeması. Şek…

Discussion

İmplante cihazın tasarımını öncelikle cihazın ulaşılabilir stimülasyon profilleri (maksimum gerilim, maksimum teslim edilebilir akım, darbeleri ve darbe frekansını uzunluğu) Toplam boyut üzerinde odaklanmalıdır. Uygun bileşenler durumu ve boyutu donanım açısından ana kısıtlamadır. Genel boyutu en aza indirmek için yüzey montaj bileşenleri onların kompakt ambalaj nedeniyle tercih edilir. En iyi çözüm çıplak çipi entegre etmek belgili tanımlık substrate ölür olacaktır. Ancak, bu her …

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar onlar rakip hiçbir mali çıkarları var bildirin.

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