Summary

Microneurostimulator autonome et Rechargeable par voie endoscopique Implantable dans la sous-muqueuse

Published: September 27, 2018
doi:

Summary

L’application de la stimulation basse énergie haute fréquence peut atténuer les symptômes de dysmotilité gastrique. Dans cette recherche, un dispositif miniature, par voie endoscopique implantable et sans fil rechargeable qui est implanté dans une poche de la sous-muqueuse est présenté. Communication réussie de deux voies et contrôle de stimulation ont été réalisées au cours d’une expérience sur les porcs vivants.

Abstract

Dysmotilité gastrique peut être un signe de maladies courantes comme le diabète de longue date. On sait que l’application de la stimulation basse énergie haute fréquence peut aider efficacement modérer et soulager les symptômes de dysmotilité gastrique. La recherche visait le développement d’une miniature, le dispositif par voie endoscopique implantable à une poche de la sous-muqueuse. Le dispositif implantable est un boitier Electronique entièrement personnalisé qui a été spécialement conçu pour l’application des expériences dans la sous-muqueuse. L’appareil est équipé d’une batterie lithium-ion qui peut être rechargée sans fil en recevant un champ magnétique incident par la bobine de charge/transmission. La liaison montante de la communication s’effectue dans une bande MedRadio à 432 MHz. L’appareil était sous endoscopie insérée dans le renfoncement sous-muqueux de cochon domestique vivant utilisé comme un modèle in vivo , plus précisément dans l’antre de l’estomac. L’expérience a confirmé que l’appareil conçu peut être implanté dans la sous-muqueuse et est capable de communication bidirectionnelle. L’appareil peut effectuer une stimulation bipolaire du tissu musculaire.

Introduction

Dysmotilité gastrique peut être un signe de plusieurs maladies relativement courantes comme la gastroparésie, qui est habituellement caractérisée par une évolution chronique et impose des conséquences plutôt sévères sur l’État social, professionnelles et physique du patient. Plupart des cas de gastroparésie sont généralement diabétique ou idiopathique en origine et sont souvent résistantes aux médicaments disponibles1. Patients atteints de cette condition plus souvent présent avec nausées et répètent vomissement. Basé sur des recherches antérieures, il est connu que l’application de la stimulation électrique basse-énergie de haute fréquence peut aider efficacement modérer et soulager les symptômes de dysmotilité gastrique1,2.

Se fondant sur des études antérieures, il est prouvé que les hautes fréquences stimulation électrique gastrique peut améliorer considérablement les symptômes et la vidange gastrique3. Il a également été démontré que thérapie de neurostimulateur sphincter oesophagien inférieure est sûr et efficace pour le traitement du reflux gastro-œsophagien (RGO), réduire l’exposition à l’acide et en éliminant tous les jours l’utilisation de la pompe à protons inhibiteur (IPP) sans la stimulation liées effets indésirables4. Avant les essais chez l’homme, premières études ont été réalisées sur des modèles animaux (canine modèles5). Après ces études, la stimulation électrique du sphincter oesophagien inférieur (LES, 20 Hz, largeur d’impulsion de 3 ms) a une contraction prolongée de la LES5. Effets similaires de stimulation électrique sur LES patients de RGO on a étudié les élevé (20 Hz, largeur d’impulsion de 200 μs) et basses (6 cycles/min, largeur d’impulsion de 375 ms). Haute et basse fréquence stimulation ont été efficaces6. Cependant, actuellement, il y a seulement deux dispositifs de neurostimulation pour la stimulation gastrique ou oesophagienne disponibles sur le marché7,8. Dans ces dispositifs, les électrodes peuvent être implantés chirurgicalement, par voie laparoscopique ou robotisé. Le dispositif lui-même est implanté sous la peau. Cela nécessite une anesthésie générale et ont un dispositif encombrant monté, grâce à des sondes par voie intramusculaire, permettant la stimulation du tissu musculaire gastrique ou oesophagienne. Ainsi, la possibilité d’utiliser un périphérique sans fil communicant implanté dans la couche sous-muqueuse gastrique représenterait un avantage certain et améliorer le confort du patient. Comme indiqué dans la précédente recherche9,10, il a été prouvé que l’implantation d’un neurostimulateur miniature dans la sous-muqueuse est possible. D’implantation endoscopique sous-muqueuse, nous utilisons une technique appelée endoscopique sous-muqueuse empoche (ESP), issu de dissection endoscopique sous-muqueuse tunnel10. L’objectif de cette recherche est d’améliorer encore cette notion d’un neurostimulateur implantable, principalement dans le cadre de la gestion de l’alimentation (plus précisément la capacité de recharge sans fil), la conformité avec les législations et dispositions pour le sans fil liaisons de communication à médicaux implantables et possibilité de neurostimulation bipolaire. Ensuite, le microneurostimulator présenté est capable de communication bidirectionnelle et les paramètres de stimulation sont modifiables en temps réel, même tandis que le dispositif est implanté.

Cette technique consiste pour les équipes avec un endoscopiste thérapeutique connu en empochant endoscopique ou les dissections de tunnel. Ensuite, un matériel et un concepteur de logiciels embarqués avec expérience dans la construction de prototypes de matériel avec des microcontrôleurs et des circuits de radio fréquence en utilisant la technologie de montage en surface est nécessaire. Pour la construction des prototypes de matériels, un laboratoire équipé d’une refusion à souder station et l’équipement de base pour des mesures électriques (au moins un multimètre numérique, un oscilloscope, un analyseur de spectre et PICkit3 programmeur) est requis.

Protocol

Toutes les procédures endoscopiques, y compris les sujets animaux ont été approuvés à l’Institut de physiologie animale et de génétique, Académie des Sciences Tchéquie (Biomedical Center PIGMOD), Libechov, République tchèque (projet expériences en implantation de pile et batterie de dispositifs dans la sous-muqueuse de le œsophage et l’estomac — étude expérimentale). Toutes les expériences sont font dans le respect de la législation tchèque 246/1992 SB. « sur la protection des animaux contre les…

Representative Results

La figure 17 montre qu’un placement endoscopique du neurostimulateur gastrique dans une poche dans la sous-muqueuse, ainsi qu’un positionnement correct des électrodes de la couche musculaire a réussi. Les dimensions de l’appareil (Figure 10) sont 35 x 15 x 5 mm3 alors que le poids est de 2,15 g. Figure 17 montre le schéma de l’appareil, indiquant que l’appareil se compose …

Discussion

La conception du dispositif implantable devrait se concentrer principalement sur la taille globale de l’appareil, profils réalisables de stimulation (tension maximale, courant livrable maximum, durée des impulsions et la fréquence des impulsions). Principale limitation du point de vue matériel est la taille et la disponibilité des composants adaptés. Pour réduire la taille globale, composants montés en surface sont préférés en raison de leur emballage compact. La meilleure solution serait d’intégrer la pu…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Les auteurs déclarent qu’ils n’ont aucun intérêt financier concurrentes.

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

Referências

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Citar este artigo
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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