Summary
היישום של גירוי נמוך-אנרגטי בתדירות גבוהה יכולה להקל על הסימפטומים של dysmotility קיבה. במחקר הזה, מכשיר זעיר, endoscopically מושתלת, נטענת באופן אלחוטי אשר הוא מושתל לתוך כיס submucosal מוצג. מוצלחת הן הדרך לתקשורת ובקרה גירוי הושגו במהלך ניסוי על חזיר בשידור חי.
Abstract
Dysmotility קיבה יכול להיות סימן של מחלות נפוצות כגון סוכרת ארוכת שנים. זה ידוע כי היישום של גירוי נמוך-אנרגטית בתדר גבוה יכול לעזור בינוני ביעילות להקל על הסימפטומים של dysmotility קיבה. מטרת המחקר הייתה הפיתוח של מיניאטורה, endoscopically מושתלת להתקן submucosal כיס. המכשיר מושתלת היא חבילה אלקטרוניים מותאמים אישית באופן מלא אשר תוכננה במיוחד לצורך ניסויים submucosa. המכשיר מצויד עם סוללה ליתיום אשר ניתן לטעון באופן אלחוטי על ידי קבלת שדה מגנטי התקרית של הסליל טעינה/משדר. ערוץ לווייני התקשורת מושגת בלהקה MedRadio-432 מגה-הרץ. המכשיר endoscopically הוכנס לתוך הכיס submucosal של חזיר ביתיים בשידור חי המשמש כמודל ויוו , בפרט antrum הקיבה. הניסוי אישר כי המכשיר מעוצב יכול להיות מושתלים לתוך submucosa, הוא מסוגל תקשורת דו-כיוונית. ההתקן יכול לבצע גירוי דו קוטבי של רקמת שריר.
Introduction
Dysmotility קיבה יכול להיות סימן של מספר מחלות נפוצות יחסית כגון gastroparesis, אשר מאופיין בדרך כלל התקדמות כרונית ומטיל השלכות חמורות למדי על מעמד חברתי, הקשורות לעבודה ופיזית של המטופל. רוב המקרים של gastroparesis הם בדרך כלל סוכרתית או אידיופטית של המקור, הם לעתים קרובות עמידים בפני תרופות זמינות1. חולים נגועים מצב זה בדרך כלל להציג עם בחילות וחזר הקאות. בהתבסס על מחקרים קודמים, ידוע כי היישום של גירוי חשמלי נמוך-אנרגטית בתדר גבוה יכול לעזור בינוני ביעילות להקל על הסימפטומים של dysmotility קיבה1,2.
בהתבסס על מחקרים קודמים, הוכח כי גירוי חשמלי קיבה בתדירות גבוהה יכול לשפר באופן משמעותי את הסימפטומים ואת לפריקת שקים קיבה3. גם הוכח כי טיפול מגרה מוחי סוגר הוושט התחתון הוא בטוח ויעיל לטיפול של מחלת ההחזר הוושטי (GERD), הפחתת החשיפה חומצה ולהיפטר משאבות פרוטונים השימוש מעכב (PPI) ללא כל יום גירוי קשורים להשפעות4. לפני בניסויים בבני אדם, בוצעו מחקרים הראשון במודלים של בעלי חיים (כלב מודלים5). בהתבסס על מחקרים אלה, גירוי חשמלי של סוגר הוושט התחתון (LES, 20 הרץ, רוחב של 3 ms) גרמה התכווצות ממושך של LES5. תופעות דומות של גבוהה (20 הרץ, רוחב של 200 μs) בתדר נמוך (6 מחזורים/min, רוחב של 375 אלפיות שניה) גירוי חשמלי ב- LES בחולים GERD נחקרו. גבוהה והן בתדר נמוך גירוי היו יעילים6. עם זאת, כיום, יש רק שני התקנים בגירוי עצבי לגירוי הקיבה או הוושט זמינים על7,השוק8. במכשירים האלה, האלקטרודות יכול להיות מושתלים בניתוח, בניתוח לפרוסקופיה או רובוטית. המכשיר עצמו הוא מושתל subcutaneously. זה דורש הרדמה כללית, יש מכשיר מגושם מצוידים, באמצעות קטטר תוך שרירית המאפשרים הגירוי של רקמות שריר הקיבה או הוושט. ? אז, האפשרות של שימוש בהתקן המקיימים תקשורת באופן אלחוטי מושתל לתוך השכבה submucosal קיבה מייצגים מיתרון עם שיפור נוחות המטופל. כאמור9,המחקר הקודם10, הוכח השרשת מגרה מוחי זעיר לתוך submucosa אפשרית. עבור השתלה submucosal אנדוסקופי, נשתמש בטכניקה הקרויה אנדוסקופי submucosal לכיסו (ESP), מבוסס על ניתוח אנדוסקופי המנהרה submucosal10. מטרת מחקר זה היא לשפר עוד יותר את המושג הזה של מגרה מוחי מושתלת, בעיקר בתחום של ניהול צריכת חשמל (במיוחד הצטרפותה יכולת אלחוטית), קונפורמיות בהתאמה החוקים והתקנות אלחוטית קישורי תקשורת ומכשור רפואי מושתלת, האפשרות של הפרעה דו קוטבית בגירוי עצבי. בשלב הבא, microneurostimulator הציג הוא מסוגל תקשורת דו-כיוונית, ניתן לשנות את הפרמטרים גירוי בזמן אמת, גם כאשר המכשיר הוא מושתל.
טכניקה זו מתאימה עבור צוותים עם endoscopist טיפולית חוו והשטני אנדוסקופי או מנהרה והניתוחים. בשלב הבא, חומרה ומעצב תוכנה מוטבעים עם ניסיון בתחום בניית אבי-טיפוס חומרה עם בקרים, מעגלים בתדר רדיו בטכנולוגיית הר פני השטח הדרוש. לצורך בניית אבות-טיפוס חומרה, מעבדת מצויד עם הזרמה הלחמה ציוד בסיסי למדידות חשמל (לפחות מולטימטר, אוסצילוסקופ, מנתח הספקטרום, מתכנת PICkit3) ומתחנת נדרש.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
כל ההליכים אנדוסקופי כולל נושאים בעלי חיים אושרו המכון של חיה פיזיולוגיה, גנטיקה, האקדמיה של המדע צ'כיה (מרכז ביו PIGMOD), Libechov, צ'כיה (פרויקט ניסויים השרשה של סוללה-פחות והתקנים הסוללה לתוך submucosa של הוושט, הקיבה – מחקר ניסיוני). כל הניסויים נעשים בהתאם החוק הצ'כי 246/1992 Sb. "בנושא ההגנה על בעלי חיים מפני לשמה, כפי שתוקן". המכשיר משדר לא נדרש כדי להיות מעוקר, כי זה התקן חיצוני שאינו נמצא במגע ישיר עם בעל החיים.
1. עיצוב המכשיר מושתלת
- הכנת PCB באמצעות מעגלים מודפסים של צד שלישי ייצור שירות. העיצוב של לוח מעגלים מודפסים מלאה מסופק בקובץ המשלים "gerber_implant.7z". תרשים סכמטי מסופק באיור1.
- במקום Pcb על משטח שטוח (איור 2 א). השתמש מתקן הדבק הלחמה עם מחט 0.6 מ"מ הלחץ 60 psi לוותר באופן ידני את העיסה הלחמה על גבי כל משטח מתכתי על PCB. מתחילים החלק העליון של PCB (איור 2b). הסכום הכולל של הלחמה הדבק לשני הצדדים של PCB לא יעלה על 15 μL.
- עם זוג מלקחיים בתמיסה, במקום כל רכיבי על השכבה העליונה של PCB (2e איור). השתמש באיור 3 עבור רכיב המיקום ואת קובץ משלים "bom_implantabledevice.csv" עבור ההקצאה של רכיבים למספרים שלהם.
- השתמש תחנת אקדח אוויר חם PCB ב 260 ° C כדי הלחמה כל הרכיבים (איור 4a). המתן עד כל העיסה הלחמה נמס, אז תוריד את האקדח אוויר חם ולאפשר הקריר לוח לטמפרטורת החדר.
- . תהפוך PCB, לוותר על הדבק הלחמה בצד השני. השתמש באותה המחט לחץ כאמור 1.2 (איור דו-ממדי).
- כמו שלב 1.3., מניחים את כל מרכיבי השכבה התחתונה של PCB. עיין איור 3 עבור מיקום הרכיב ואת קובץ משלים "bom_implantabledevice.csv" עבור ההקצאה של רכיבים למספרים שלהם.
- חזור על החימום של PCB עם אקדח אוויר חם לבדיקות כל הרכיבים בצד התחתון. להשתמש באותו התהליך כמו שלב 1.4.
- בדוק חזותית PCB למעגלים מקוצרים כלשהו. אם יש קצר חשמלי, להסיר אותו במלחם.
- מייצרים את הגליל טעינה/תקשורת אלחוטית. שימוש 17 הופך חוט AWG42. הגודל של הסליל הוא 26 x 13.5 מ מ2 (איור 4 d). סובב את החוטים פלט שני.
- עיצוב וייצור האלקטרודה. העיצוב אלקטרודה מסופק בקובץ המשלים "gerber_electrodes.7z". להשתמש באותו תהליך הייצור כמו שלב 1.1. PCB הזה יושלם במלואו לאחר הייצור, לא רכיבים נדרשים להיות מולחמים על זה. הלחמה שני חוטי AWG42 אנשי הקשר מלבני קטן (איור 4f)
- להכין את האנטנה על-ידי שימוש 7 ס מ של חוט מצופה באמאיל, מגרדים 3 מ מ אמייל מקצה אחד (איור 4e)
- להתחבר המתכנת מודד 3 PCB (איור 4b-c)
- התחבר רפידות 6 ו- 7, על פי איור 5, סיכות 2 ו 3 של המתכנת מודד, בהתאמה.
- להתחבר רפידות TP1, TP2 ו TP3 (ראה איור 3) פינים 1, 5 ו- 4 של המתכנת מודד, בהתאמה
- חברו המתכנת מודד 3 ליציאת ה-USB של מחשב עם תוכנת MPLAB איפאה התקנת.
- להפעיל את התוכנה MPLAB איפאה, לתכנת את הקושחה לתוך מיקרו-בקר.
- הפעל את v3.61 MPLAB אשר עיקר עיסוקה. בחר "הגדרות | מצב מתקדם"
- בשדה סיסמה, הזן את סיסמת ברירת המחדל ' שבב '. לחץ על "כניסה". כרטיסיה עם לוחות שונים בצד השמאל יופיעו.
- בתפריט בצד שמאל למעלה, לחץ "פועלים", ואז החלק האמצעי העליון של המסך, לחץ על "התקן בשדה" סוג ב "PIC16LF1783". לחץ על "החל".
- בחר לוח "כוח" בצד השמאל (איור 6).
- לשנות ערך מתח ה-VDD 2.55. שלב זה הוא קריטי.
אזהרה: הגדרת ערך זה מעל 2.8 V יגרום נזק הלוח (איור 7). - לחץ על תיבת הסימון "מעגל החשמל היעד" מ- "כלי" (איור 7).
- לחץ על הכרטיסייה "פועלים" בצד השמאל (איור 6).
- לחץ על "התחבר".
- הורד את קובץ משלים "IMPLANTABLE_V2. X.production.hex"ורשום את מיקומו על גבי הכונן הקשיח. בתוכנה איפאה, לאתר את מקור השורה ולחץ על לחצן "עיון" ליד זה (איור 8).
- לחץ על התוכנית. חכה עד התוכנה אומר כי התוכנה שהורד בהצלחה מיקרו (איור 9).
- Desolder את החוטים מולחמים רפידות TP1, TP2 ו- TP3 (איור 3) כמו גם חוטים מולחמים רפידות 6 ו-7 (איור 5).
- להתחבר PCB כל רכיבים חשמליים אחרים מלבד הסוללה (איור 10a).
- הלחמה הסליל טעינה/תקשורת אלחוטית כדי רפידות 2 ו- 3 על פי איור 8. הקוטביות אינה חשובה.
- לחבר את האנטנה כדי לרפד 1 על פי איור 5. להתחבר האלקטרודות PCB רפידות מספר 4 ו-5 על פי איור 5. הקוטביות אינה חשובה.
- הלחמה של סוללה CG-320 רפידות 6 ו-7 (איור 5). הטרמינל השלילי של הסוללה חייב להיות מולחמים על גבי משטח 7. להיזהר בעת ביצוע השלבים הבאים. המכשיר מופעל כעת, והוא רגיש קצר מעגלים, מגע עם חפצים מתכתיים.
- כדי לבדוק את הפונקציונליות של המעגלים טעינה אלחוטית, כל השלבים בחלק 2 צריך להסתיים. לאחר מכן, מניחים את המטען/משדר אלחוטי בסמיכות של המכשיר. להשתמש multimeter כדי למדוד את המתח של הסוללה. אם מתח הסוללה עולה לאט (מספר mV כל דקות), פועלת הפונקציה טעינה.
- הרוח האנטנה מסביב למכשיר ספירלה (איור 10 ב')
- חותכים 32 מ מ ארוך פיסת צינורות חום כויץ בקוטר הפנימי 9.5 מ מ.
- מניחים את הגליל על PCB. עיין איור 7 את המיקום הנכון.
- לשים את צינורות חום כויץ על התקן, סליל, אנטנה. רק האלקטרודות צריך לבלוט של הצנרת. עיין איור 7c למיקום הנכון.
- מחממים את הצנרור עם אקדח אוויר חם עד 150 ° C להתכווץ ולאפשר אותו ואז להתקרר (איור 10 d).
- דבק אפוקסי חלות בקצה השמאלי כדי לאטום צד אחד של הצנרת (איור 10e).
- הדבק האלקטרודה לצד האחורי של PCB עם אבובים. גם להדביק את הקצה השני של הצנרת. עיין איור 10f למיקום הנכון.
- המתן לפחות 24 שעות ביממה עבור הדבק להקשיח ולרפא באופן מלא.
- לאחר סיום ההתקן מטען/משדר אלחוטי, מבחן המכשיר מושתלת דליפות מים על ידי הצבתו לתוך עמודה גבוהה 30 ס מ של רווי תמיסת לשעה. נזילה העיקריים ניתן הבחין ירידה פתאומית של מתח הסוללה או הכשל של המכשיר הנגרמת על ידי תמיסת מלח לקצר האלקטרוניקה. לאחר הבדיקה, ההתקן הוא בהכנה מלאה. להיות מושתלים.
- בדוק את גירוי תפקוד השתל באמצעות תנודות. להתחבר שתי אלקטרודות מדידה של אוסצילוסקופ פח מתכת מצופה קשר הידיות של האלקטרודה על המכשיר מושתלת. לבחון את דפוס גירוי על המסך אוסצילוסקופ. התבנית הנכונה גירוי ניתנת באיור11.
2. עיצוב מטען/משדר אלחוטי
- העיצוב PCB מסופק בקובץ המשלים "gerber_transmitter.7z". להשתמש באותו תהליך הייצור עבור המכשיר מושתלת. תרשים סכמטי מסופק באיור12.
- במקום Pcb על משטח שטוח. השתמש מתקן הדבק הלחמה עם מחט 0.6 מ"מ הלחץ 60 psi לוותר באופן ידני את העיסה הלחמה על גבי כל משטח מתכתי על PCB. הסכום הכולל של הדבק הלחמה ויתרו על PCB לא יעלה 50 μL.
- עם זוג מלקחיים בתמיסה, במקום כל רכיבי על השכבה העליונה של PCB. התייעץ עם איור 13 עבור המיקום רכיב ואת קובץ משלים "bom_transmitterdevice.csv" עבור ההקצאה של רכיבים למספרים שלהם.
- השתמש תחנה אקדח אוויר חם של מעגלים מודפסים מראש עד 260 ° C כדי הלחמה כל הרכיבים. המתן עד כל העיסה הלחמה נמס, תוריד את הנשק אוויר חם ולאפשר הלוח כדי להתקרר לטמפרטורת החדר.
- חזור על השלבים 2.3 – 2.4 על הצד התחתון של המכשיר. בצע הליך דומה כמו במהלך הייצור של המכשיר מושתלת.
- ליצור סליל עם 3 תורים של חוט AWG18 אמייל (איור 14 ג) ולחברו ל רפידות COIL1 ו- COIL2 (איור 13).
- להפוך את הקירור אלומיניום עבור הטרנזיסטורים כוח (איור 13, Q1 ו- Q2). צורת מפזר החום המדויק אינה קריטית. לאחד התגלמות אפשרי מוצג איור 9 d. במקרה זה, מפזר החום גם צורות מארז עבור ההתקן.
- להתחבר המתכנת מודד 3 PCB מורכבים. להתחבר רפידות TP1 TP5 (איור 13) עם פינים 1 ל 5 של המתכנת מודד, בהתאמה.
- חברו המתכנת מודד 3 ליציאת ה-USB של מחשב עם תוכנת MPLAB איפאה התקנת.
-
להפעיל את התוכנה MPLAB איפאה, לתכנת את הקושחה לתוך מיקרו-בקר. התהליך הוא זהה עבור המכשיר מושתלת, למעט ה-VDD מתח ואת הקבצים שהועלו.
- הפעל את v3.61 MPLAB אשר עיקר עיסוקה. בחר "הגדרות | מצב מתקדם".
- בתיבה סיסמה, הזן את סיסמת ברירת המחדל ' שבב '. לחץ על "כניסה". כרטיסיה עם לוחות שונים בצד השמאל יופיעו.
- בתפריט בצד שמאל למעלה, לחץ "פועלים", ואז החלק האמצעי העליון של המסך, לחץ על "התקן" והקלד ב- "PIC16LF1783". לחץ על "החל".
- בחר לוח "כוח" בצד שמאל
- לשנות ערך מתח ה-VDD 3.3.
- לחץ על תיבת הסימון "מעגל החשמל היעד" מ- "כלי".
- לחץ על הכרטיסייה "פועלים" בצד השמאל.
- לחץ על "התחבר".
- הורד את קובץ משלים "IMPLANTABLE_V2_TRANSMITTER. X.production.hex"ורשום את מיקומו על גבי הכונן הקשיח. בתוכנה איפאה, לאתר את מקור השורה ולחץ על לחצן "עיון" ליד זה.
- לחץ על "תוכנית". חכה עד התוכנה אומר כי התוכנה היה להוריד את מיקרו בהצלחה.
- Desolder את החוטים מולחמים ריפוד TP1 כדי TP5
- להתחבר ספק כוח 12 V V - ו -V + רפידות (איור 5). הטרמינל שלילי יש להיות מחובר V-כרית.
- חיבור מיני-USB לכבל USB-A X1 מחבר (איור 5) ולהתחבר למחשב עם מרק תוכנה מותקנת מראש.
-
לפתוח את התוכנה PuTTY, ולהגדיר אותה (איור 15).
- פתח את תוכנת PuTTY. בחר "טורי" כסוג החיבור.
- הזן COMx כקו טורי, כאשר x הוא מספר יציאת ה-COM של המכשיר. אם אין התקן יציאת COM אחר הותקן, מספר זה יהיה 1.
- הזן "38400" מהמהירות. לחץ על "פתח". ההתקן מטען/משדר עכשיו הוא מוכן לשימוש. הקש H מקש לקבלת עזרה.
3. אנדוסקופי השרשה
-
השתמש חזיר מיני חיה מודל ויוו , מבוגר (8-36 חודשים), 20-30 ק"ג משקל.
- תן את החזיר מהר עבור 24 שעןת לפני ההליך.
- לאפשר נוזלים ברור ad libitum.
- לנהל tiletamine תוך שרירית (2 מ"ג/ק"ג), zolazepam (2 מ"ג/ק"ג), קטמין (11 מ"ג/ק"ג) כמו premedication.
- החל התיופנטל תוך ורידי ad effectum (5% פתרון) והרדמה אינהלציה עם איזופלוריין, N2O propofol הזרקה. הרדמה. ראויה אושר על ידי רפלקסים, טונוס שרירים, מיקום העין, רפלקס palpebral ו רפלקס האישונים. מחזור הדם, חמצון, אוורור, טמפרטורת הגוף מנוטרים באופן רציף.
- על מנת לבצע את ההשתלה והדמיה, אשתמש באנדוסקופ במודל חיה ייעודי. . הכנס אותו באמצעות הדרך סטנדרטי לתוך המודל ויוו .
- לתפוס את המכשיר חיצוני עם מלכודת. לאחר מכן, להכניס אותו לתוך הקיבה, ואז לשחרר את זה.
- לחלץ אנדוסקופ, לצייד אותו עם כובע לנתיחה (15.5 מ מ), ולאחר מכן להוסיף אותו שוב אל הקיבה.
- על מנת להשתיל את המכשיר submucosa, להחיל תמיסת מלח מעורבב עם מתילן כחול אל שכבת submucosal באמצעות קטטר המחט של טיפול הזרקת (25 גרם).
- עושים חתך אופקי כדי ליצור פתח ב submucosa באמצעות של הסכין electrosurgical עם טיפ בצורת כפתור.
- באמצעות הכיפה affixed, הכנס את הכובע אל החלל שנוצר, עם השימוש הסכין electrosurgical, ממשיכים להפריע להרחבת, לנתח את השכבה submucosal, יצירת כיס מספיק גדול מספיק כדי להוסיף את המכשיר גירוי.
- לתפוס את המכשיר אשר משקר בחופשיות בתוך הקיבה עם לולאות ההכנסה והפקת ונווט, באמצעות מלקחיים אוחז, זה לתוך הכיס submucosal. מקם את האלקטרודות גירוי בקשר עם muscularis. מוסקולריס באמצעות מלקחיים תפיסתו.
- השתמש מעל הטווח קליפ כדי לאבטח את ההתקן במקומו בתוך submucosal כיס, למנוע כל העברה או מוציאים.
4. ניסוי – לאחר ההשתלה
- לאחר השתלה מוצלחת, מקם את הגליל מטען/משדר בסמיכות של התקן מושתל.
- חברו את הדונגל RTL2832 ב- PC.
-
להפעיל את התוכנה HDSDR ולהגדיר את תדירות מרכז 432 מגה-הרץ.
- פתח את תוכנת HDSDR (איור 15) של ההגדרות הנכונות ותוכנות PuTTY (באיור 16). התוכנה HDSDR, לחץ על "אפשרויות | בחרו בקלט | ExtIO".
- בחר רוחב פס – "960000". בחר את התדירות לו על 431.95 MHz-בחר תדירות מנגינה כדי 432.00 מגה-הרץ.
- לשדר רצף מנצ'סטר מקודד מהמשדר/המטען על-ידי הקשה על מקש R בטרמינל PuTTY ולקבל את התשובה ושחברים מאופנן של השתל על ידי התבוננות בחלון הראשי HDSDR ( איור 17e-f).
5. המתת חסד לאחר הניסוי
- השתמש ממנת הרדמה המתת חסד (מנה קטלנית של התיופנטל, אשלגן כלורי).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
איור 17 מראה של הצבת אנדוסקופי מגרה מוחי קיבה לתוך כיס ב submucosa, כמו גם השמה נכונה של האלקטרודות על שכבת שרירים היה מוצלח. המימדים של המכשיר (איור 10) הם 35 x 15 x 5 מ מ3 ואילו המשקל הוא 2.15 ג'י איור 17 מראה הדיאגרמה מעגל של המכשיר מראה כי המכשיר כוללת של 6 מודולים שונים, אשר מחוברים יחד. איור 3 מראה את המיקום של פריסה ורכיב PCB במכשיר. איור 18 מראה כי על מנת להחדיר את המכשיר לתוך השכבה submucosal, טכניקה הנקראת של כיס submucosal אנדוסקופי9,10 (ESP) שימשה. ממריץ הוצמד ליד השכבה שרירים (muscularis מוסקולריס) איפה זה תיאורטית העומק גירוי אופטימלית. יצירת כיס submucosal, השתלת של מגרה מוחי קיבה endoscopically לקח 20 – 30 דקות. במהלך הליך זה, יש אין סיבוך intraprocedural כגון ניקוב או דימום חמור. לא היתה אפשרות לקבוע את ההעברה של המכשיר בבטן כי הניסוי היה ההישרדות. לאחר ההשתלה, קישור תקשורת דו-כיוונית עם המכשיר מושתלת הוקמה עם התקן חיצוני המוצג באיור14. המרחק המשוער בין הסליל מטען/מתכנת השתל היה 10 ס מ. היחס (SNR) אות לרעש מושגת עם RTL2832 מבוסס תוכנה-הגדרה-(SDR) מקלט רדיו היה מעל 40 dB.
איור 1 : תרשים סכמטי של המכשיר מושתלת. האיור מציג כמה שונה רכיבים, חלקי מעגל מחוברים במכשיר מושתלת. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2 : ייצור של המכשיר מושתלת - PCB הרכבה. () PCB, מבט מלמעלה. הדבק (b) הלחמה חלה על השכבה העליונה. (ג) דוגמה של הצבת היד 0402 קבל. הדבק (d) הלחמה שהוחל לשכבה התחתונה. (e) מאוכלס במלואו הצד העליון של PCB. (f) מאוכלס במלואו בצד התחתון של PCB אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3 : העיצוב של המכשיר מושתלת. () שכבה נחושת העליון של PCB. שמות רכיבים (b) על השכבה העליונה. (ג) נחושת התחתון שכבה של PCB. (ד) שמות רכיבים על השכבה התחתונה. (e) ללא הפרדות צבע תמונה של כל השכבות PCB אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4 : ייצור של המכשיר מושתלת — הכנת החלקים האחרים. () תזרים אוויר חם של הצד התחתון של PCB. (b) תכנות חוטים מולחמים PCB. (ג) PCB מחובר המתכנת. (ד) אלחוטית טעינה סליל. אנטנה 432 מגה-הרץ (e). אלקטרודות (f) גירוי עם שני חוטים המחוברים אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 5 : מיקום משותף הלחמה המומלצת עבור הרכיבים החיצוניים של המכשיר מושתלת. מציג התמונות שבו סליל, אנטנה, סוללות ואלקטרודות צריך להיות מולחמים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 6 : יצירת התקשרות עם המכשיר מושתלת — בהגדרות החשובות הזכיר בטקסט מסומנים עם חצים אדומים. התמונה הזו היא בתוכנת ה-MPLAB אשר עיקר עיסוקה, מסך אשר מראה כיצד לקבוע מיקרו בתוך המכשיר מושתלת מקיים תקשורת נכונה עם המתכנת מודד מסופק. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 7 : כוח ההגדרות של התוכנה המשמש עבור תכנות — בהגדרות החשובות הזכיר בטקסט מסומנים עם חצים אדומים. זוהי תמונה בתוכנת ה-MPLAB אשר עיקר עיסוקה. זה מראה איך כוח כראוי את המכשיר מושתלת עבור תכנות אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 8 : בחירת קובץ התכנות הנכון עבור ההתקן מושתלת. התמונה מראה איזה כפתור ללחוץ על מנת לטעון את קובץ משלים .hex כראוי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 9 : תהליך של תכנות הקושחה לתוך המכשיר מושתלת. התמונה מראה איזה כפתור ללחוץ כדי לתכנת את התוכנה לתוך המכשיר מושתלת. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 10 : ייצור של המכשיר מושתלת — ההרכבה הסופית. () טעינה סליל, גירוי אלקטרודות, אנטנה אלחוטית מולחמים PCB, יחד עם הסוללה. השתל (b) מוערם. (ג) שקוף חום כויץ אבובים לשים על PCB. (ד) נבולה של הצנרת באוויר חם. (e) אבובים באופן מלא shrinked ומסתיים מודבקים. (f) סופית התקן מושתלת אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 11 : דפוס גירוי פלט טיפוסי של המכשיר כמובא אוסצילוסקופ DSOX1102G. לאחר תכנות של המכשיר מושתלת, הלחמה של האלקטרודות והתגובה הסוללה, דפוס גירוי פלט הדומה לאחת המוצג באיור אמור להופיע ב האלקטרודות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 12 : תרשים סכמטי של ההתקן מטען/משדר אלחוטי. הדמות היא וספרטני איור1. המוצג כאן הוא הפעולה הפנימית של המכשיר מטען/משדר אלחוטי אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 13 : העיצוב של המכשיר מטען/משדר. () שכבה נחושת העליון של PCB. שמות רכיבים (b) על השכבה העליונה. (ג) נחושת התחתון שכבה של PCB. (ד) שמות רכיבים על השכבה התחתונה. (e) ללא הפרדות צבע תמונה של כל השכבות PCB אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 14 : ייצור של ההתקן מטען/משדר אלחוטי. () הושלמה PCB, הצד העליון (b) הושלם בצד התחתון של PCB (c) תכנון מכאני של המשדר האלחוטי/מטען סליל (d) אחד אפשרי התגלמות של ההתקן מטען גיבוש/משדר אנא לחצו כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 15 : תקן הגדרות של התוכנה HDSDR. התוכנה HDSDR משמש יחד עם RTL2832U מבוסס USB קבלת פלאג בתור מנתח ספקטרום כדי להציג את ספקטרום רדיו. במקרה זה, הוא משמש כדי לקבל את התשובה של השתל ששודרו כ 432 MHz. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 16 : תקן הגדרות התוכנה PuTTY. התוכנה PuTTY משמשת לתקשורת עם ההתקן מטען/משדר. זה חייב להיות מוגדר כהלכה כדי להציג את הנתונים הנכונים עבור המשתמש. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 17 : Endoscopical השרשה של המכשיר מושתלת, לבדוק אם זה עובד. () In vivo מודל ביחידה אנדוסקופי בעלי חיים. (b) החדרת אנדוסקופ לפי התקן דרך לתוך המודל ויוו . (ג) Implantable התקן אב טיפוס אחז עם מלכודת. (ד) תהליך הקמת קישור אלחוטי דו-כיוונית עם המכשיר מושתלת. תוכנה (e) HDSDR. (f) פירוט של ושחברים מאופנן הנתונים המשודרים על ידי השתל. (גרם) רנטגן – סימון מיקום המכשיר. (h) רנטגן סריקה של אזור השתל, המכשיר כמו גם על הסרטון הטווח הוא נראה בבירור. (אני) מפורט התקן תצוגה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 18 : התצוגה של המכשיר השרשה, טכניקה אנדוסקופית. () הזרקת Submucosal עם מתילן כחול. (b) Submucosal החתך (כניסה היווצרות כיס submucosal). (ג) Tunnelisation של הכיס submucosal. (d-f) שיבוש להרחבת, לנתח את השכבה submucosal. (g, h) התקן השרשה. (אני) סוגרים את הערך עם הסרטון היקף. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
1 הקבצים המשלימים: gerber_implant.7z. ארכיון zip עם הקבצים הדרושים לייצור המעגלים המודפסים של המכשיר מושתלת. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ
2 הקבצים המשלימים: gerber_transmitter.7z. ארכיון zip עם הקבצים הדרושים לייצור המעגלים המודפסים של ההתקן מטען/משדר. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ
3 הקבצים המשלימים: gerber_electrodes.7z. ארכיון zip עם הקבצים הדרושים לייצור האלקטרודות. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ
קובץ משלים 4: IMPLANTABLE_V2. X.production.hex. קושחה עבור ההתקן מושתלת. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ
קובץ משלים 5: IMPLANTABLE_V2_TRANSMITTER. X.production.hex. קושחה עבור ההתקן מטען/משדר. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ
6 הקבצים המשלימים: bom_implantabledevice.csv. ביל של חומרים (BOM) קובץ המתאר את ההקצאה של רכיב ערכים רכיבים ספציפיים על PCB של המכשיר מושתלת. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ
7 הקבצים המשלימים: bom_transmitterdevice.csv. קובץ ה-BOM המתארת את ההקצאה של רכיב ערכים רכיבים ספציפיים PCB של ההתקן מטען/משדר. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
העיצוב של המכשיר מושתלת צריכים להתמקד בעיקר הגודל הכולל של המכשיר, גירוי השגה פרופילים (מתח המרבי, המרבי הנוכחי התוצר, אורך פולסים ואת תדירות דופק). מגבלה העיקרית מבחינת חומרה הוא גודל ואת הזמינות של רכיבים מתאימים. כדי לצמצם את הגודל הכולל, הר פני השטח רכיבים הם העדיפו בגלל אריזה קומפקטית שלהם. הפתרון הטוב ביותר יהיה לשלב את השבב חשופות מת על המצע. עם זאת, זה מוגבל על-ידי שני הזמינות של למות חשופות אפשרות אריזה עבור רכיבי הנגישות של החוט מליטה טכנולוגיה. פרמטר חשוב נוסף הוא הסוללה. סוללות ליתיום הם מועדף בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה שלה. כמו כן, מתח נומינלי של 3.7 V הוא מועיל. היתרון העיקרי של הטופולוגיה הציג חומרה הוא גודל קטן שלה, invasiveness מינימלי. בהשוואה ל-7,פתרונות הנוכחי8, הפתרון שהוצגו גודל קטן יותר, יכול להיות קטנטנים ישירות אל submucosa, ללא צורך הפניות חיצוניות והשתלה תת עורית של מגרה מוחי.
חוץ החומרה עצמה, בעתיד, תשומת לב נוספת צריך להינתן למתחם התקן. הנקודה הראשונה היא הביו hermeticity11 כדי למנוע אפשרות דחייה של השתל. השני הוא הקיבעון של המתקן submucosa כדי למנוע הגירה בלתי רצויות של השתל.
השלבים הקריטיים ביותר במהלך ההשתלה אנדוסקופי הוא לכידת של המכשיר ואת מיקומה לתוך הכיס submucosal. המגבלה היא בגודל של הכיס, אשר חייב להיות, התצפיות, לפחות פעמיים גדולים כמו ההתקן כדי להיות מושתלים. הנושא הבא הוא לתקן את הכיוון של השתל בתוך-הכיס. בכבוד את הקושי הטכני של ההליך אנדוסקופי, שיטה זו מוקדש מומחים עם ניסיון עם דיסקציה מנהרה או peroral אנדוסקופי פשוט (שיר).
החלק הבעייתי הבא הוא הסגר על הכיס אשר קשה יחסית באמצעות מעל הסרטון היקף. אולם, השימוש בסוג זה של סרטון מונע העברה של דחייה של המכשיר. מגבלות של טכניקה זו מבחינת חומרה כוללים ציוד פיתוח חומרה לבדיקות עם הדיוק הנדרשת. המכשיר מיועד לעמוד במהלך הניתוח, זמן קצר לאחר מכן. לפיכך, עם מארז הנוכחי, זה לא נועד להישאר לתקופות ממושכות של זמן בתוך הגוף. כמו כן, החומר של המתחם הוא לא מסתיימים המייצג סיכון גבוה של דחייה של השתל במקרה של ניסוי הישרדות. טכניקה זו יכול להיות פיתוח נוסף, במיוחד מבחינת ההתפתחות של מארז מסתיימים, הרמטי אשר חיוני לניסויים דגם הישרדות. הבא, הפונקציונליות של מעגלים משולבים מספר יכול להיות מרוכז לתוך מעגל משולב יישום יחיד ספציפי. באופן דומה, הר פני השטח רכיבים קטנים יותר ניתן להשתמש כדי להפוך את המכשיר יותר קומפקטי. כיוון אפשרי הבא של מחקר זה עלול להוביל להתפתחות של הרומן endoscopical שיטות הטיפול של מחלות אחרות במערכת העיכול כגון גרד, בריחת שתן או בתפקוד הסוגר12.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
עבודה זו נתמכת על ידי פרויקט מחקר שתתקדם-Q28, והוא הוענק על ידי אוניברסיטת קארל בפראג. המחברים תודה לתחת. פרופסור Jan Martínek, Ph.d. ומרכז PIGMOD.
Acknowledgments
המחברים מצהירים כי יש להם אינטרסים כלכליים אין מתחרים.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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
- Abell, T., et al. Gastric electrical stimulation for medically refractory gastroparesis. Gastroenterology. 125 (2), 421-428 (2003).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Medtronic Inc, Enterra Therapy 3116 - Gastric Electrical Stimulation System. , December 2016 http://www.medtronic.com/content/dam/medtronic-com-m/mdt/neuro/documents/ges-ent3116-ptmanl.pdf (2016).
- 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).
- Hajer, J., Novák, M. Development of an Autonomous Endoscopically Implantable Submucosal Microdevice Capable of Neurostimulation in the Gastrointestinal Tract. Gastroent Res Pract. , 8098067 (2017).
- 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).
- Jiang, G., Zhou, D. D. Technology advances and challenges in hermetic packaging for implantable medical devices. , (2017).
- 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).
