Summary

Автономные и аккумуляторная Microneurostimulator эндоскопически имплантируемые в подслизистой

Published: September 27, 2018
doi:

Summary

Применение ВЧ низкий энергичный стимуляции может облегчить симптомы желудка dysmotility. В этом исследовании представлены миниатюрные, эндоскопически имплантируемые и Беспроводная аккумуляторная устройство, который вживляется в подслизистую карман. Во время эксперимента на живых свиней были достигнуты успешные как способ коммуникации и стимуляции управления.

Abstract

Dysmotility желудка может быть признаком общих заболеваний, таких как давние сахарный диабет. Известно, что применение ВЧ низкий энергичный стимуляции может помочь эффективно умеренной и облегчить симптомы желудка dysmotility. Целью исследования была разработка миниатюрный, эндоскопически Имплантируемые устройства в подслизистую карман. Имплантируемые устройства представляет собой полностью настроить электронный пакет, который был специально разработан с целью экспериментов в подслизистой. Прибор оснащен литий ионный аккумулятор, который может быть пополнен без проводов, получив инцидента магнитного поля от зарядки/передачи катушки. Передача сообщения достигается в MedRadio полосы на 432 МГц. Устройство эндоскопически был вставлен в подслизистую карман живой домашней свиньи, используется как в естественных условиях модель, специально в антральном желудка. Эксперимент подтвердил, что разработанные устройства может быть имплантирован в подслизистой и способен двунаправленная связь. Устройство может выполнять биполярного стимуляции мышечной ткани.

Introduction

Dysmotility желудка может быть признаком несколько относительно общих заболеваний, таких как гастропареза, которое обычно характеризуется хроническим прогрессии и накладывает довольно серьезные последствия на социальные, связанные с работой и физическое состояние пациента. В большинстве случаев гастропареза обычно являются диабетическая или идиопатическая происхождение и часто устойчивы к доступными препаратами1. Пациенты, страдающие от этого состояния наиболее часто представляют с тошнотой и повторяются рвота. Основываясь на предыдущих исследований, известно, что применение ВЧ низкий энергичный электрической стимуляции может помочь эффективно умеренной и облегчить симптомы желудка dysmotility1,2.

Основываясь на предыдущих исследований, доказано, что высокочастотные желудка электрической стимуляции может значительно улучшить симптомы и опорожнения желудка3. Также было показано, что нижнего пищеводного сфинктера нейростимулятор терапия является безопасным и эффективным для лечения гастроэзофагеальной рефлюксной болезни (ГЭРБ), снижение кислотного воздействия и ликвидацию ежедневно протонного насоса ингибитор (PPI) использование без стимуляция связанные неблагоприятные эффекты4. До испытания на человеке первые исследования были проведены на животных моделях (собак модели5). На основе этих исследований, электрической стимуляции нижнего пищеводного сфинктера (LES, 20 Гц, длительность импульса 3 мс) вызвало длительное сокращение LES5. Подобные эффекты высокого (20 Гц, ширина импульса 200 μs) и низкой (6 циклов/мин, ширина импульса 375 МС) частоты электрической стимуляции на LES больных ГЭРБ были исследованы. Высокой и низкой частоты стимуляции являются эффективным6. Однако в настоящее время есть только два нейростимуляция устройства для желудка и пищевода стимуляции доступны на рынке7,8. В этих устройствах электроды можно вживляется хирургическим путем, лапароскопически или автоматически. Само устройство имплантируется подкожно. Это требует общей анестезии и громоздкие устройства установлен, с помощью внутримышечной катетеры, которые позволяют для стимуляции пищевода или желудка мышечной ткани. Таким образом возможность использования беспроводной связи устройство имплантируется в подслизистую желудка слой будет представлять определенное преимущество и улучшение комфорта пациента. Как указано в предыдущих исследований9,10, было доказано, что имплантация миниатюрные нейростимулятор в подслизистой возможен. Для эндоскопической имплантации подслизистую, мы используем технику, называемую эндоскопической подслизистую забивая (ESP), основанный на эндоскопическое подслизистую туннель рассечение10. Целью этого исследования является для дальнейшего совершенствования этой концепции имплантируемые нейростимулятор, главным образом в области управления питанием (специально беспроводной подзарядки способности), соответствие с соответствующими законами и правилами для беспроводных связи в медицинских имплантируемых устройств и возможности биполярной нейростимуляция. Далее представлены microneurostimulator способен двунаправленная связь и стимуляции параметры могут быть изменены в режиме реального времени, даже в то время как устройство имплантируется.

Этот метод подходит для команд с терапевтических эндоскопист, опытных в эндоскопической забивая или вскрытия туннеля. Далее аппаратного и встроенного программного обеспечения-дизайнер с опытом в создании прототипов оборудования с микроконтроллерами и необходимых схем радио частоты, с использованием технологии поверхностного монтажа. Для создания прототипов оборудования, лаборатории оснащены оплавления, Паяльная станция и основного оборудования для электрических измерений (по крайней мере цифровой мультиметр, осциллограф, анализатор спектра и программист PICkit3) не требуется.

Protocol

Все эндоскопических процедур, включая животных темы были утверждены в Институте физиологии животных и генетики, Академия наук Чешской Республики (PIGMOD) центр, биомедицинских, Libechov, Чешская Республика (проект экспериментов в имплантации батарея менее и аккумулятор устройства в подслизи…

Representative Results

Рисунок 17 показывает, что эндоскопическая размещение желудка нейростимулятор в карман в подслизистой, а также надлежащее размещение электродов в мышечный слой был успешным. Размеры устройства (рис. 10), 35 x 15 x 5 мм3 , в то время как ?…

Discussion

Дизайн Имплантируемые устройства следует прежде всего сосредоточить внимание на общий размер устройства, достижимых стимуляции профили (максимальное напряжение, максимальный ток результата, Длина импульсов и частота пульса). Основным ограничением с точки зрения аппаратного обеспеч?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Авторы заявляют, что они не имеют никаких финансовых интересов.

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

References

  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/57268?article_type=t

Play Video

Cite This Article
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