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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
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 dış aygıtla verici aygıt sterilize edilecek gerekli değildir.
1. implante edilebilir cihazlı tasarım
- Üretim Hizmetleri bir üçüncü taraf PCB kullanarak PCB hazırlayın. Tam baskılı devre kartı tasarımı ek dosya "gerber_implant.7z" sağlanır. Şematik diyagramı Şekil 1' de verilmiştir.
- PCB (Şekil 2a) düz bir yüzeye yerleştirin. Bir lehim Yapıştır pınarı 0.6 mm iğne ve 60 psi basınç ile lehimleme Yapıştır PCB üzerinde metalik her yastık üzerine el ile dağıtmak için kullanın. PCB (Şekil 2b) üst kısmı ile başlar. Yapıştır PCB her iki taraf için lehimleme toplam tutarı 15 μL aşmaması gerekir.
- Antistatik cımbız bir çift ile tüm bileşenleri PCB (Şekil 2e) üst tabakası yerleştirin. Şekil 3 bileşen konum ve bileşenleri için sayıları tayini için ek dosya "bom_implantabledevice.csv" kullanın.
- Bir PCB sıcak hava silah İstasyonu 260 ° C'de tüm bileşenleri (Şekil 4a) Lehim için kullanın. Sıcak hava silahı kaldır tüm lehim Yapıştır eriyene kadar bekleyin ve oda sıcaklığında kurulu soğumaya bekleyin.
- PCB çevirin ve lehim Yapıştır diğer tarafta dağıtmak. Aynı iğne ve 1.2 (Şekil 2B) belirtildiği gibi basınç kullanın.
- Olduğu gibi adım 1.3., alt tabaka PCB tüm bileşenleri yerleştirin. Bileşen konum ve bileşenleri için sayıları tayini için ek dosya "bom_implantabledevice.csv" Şekil 3 ' e bakın.
- Tüm bileşenleri alt tarafında lehim PCB sıcak hava tabancası ile ısıtılması yineleyin. Adım 1.4 olduğu gibi aynı işlemi kullanın.
- PCB herhangi bir kısa devreler için görsel olarak kontrol edin. Eğer herhangi bir kısa devre bulunursa, bir havya ile kaldırın.
- Kablosuz şarj/iletişim bobin imalatı. Kullanım 17 AWG42 tel döner. Bobin 26 x 13,5 mm2 (Şekil 4 d) boyutudur. İki çıkış tel twist.
- Tasarımı ve elektrot üretimi. Elektrot tasarım ek dosya "gerber_electrodes.7z" sağlanır. Aynı üretim süreci adım 1.1 olduğu gibi kullanın. Bu PCB tam üretim sonra tamamlanır ve herhangi bir bileşen üzerine lehimli gerekmektedir. Küçük dikdörtgen ilgili kişilere (Şekil 4f) iki AWG42 tel lehim
- 7 cm emaye tel kullanarak ve emaye bir ucundan (Şekil 4e) 3 mm kapalı kazıma anten hazırlamak
- Hadi 3 programcı PCB (Şekil 4b-c) bağlamak
- Yastıkları 6 ve 7, Şekil 5göre sırasıyla 2 ve 3 severdim programcı pin bağlayın.
- Yastıkları TP1, TP2 ve TP3 ( Şekil 3' e bakınız) iğne 1, 5 ve 4 severdim programcı, sırasıyla bağlanmak
- MPLAB IPE yazılımı yüklü Hadi 3 programcı bir bilgisayarın USB portuna takın.
- MPLAB IPE yazılımı çalıştırmak ve firmware mikroişlemci program.
- MPLAB IPE v3.61 çalıştırın. Seçin "ayarları | Gelişmiş mod"
- Parola alanına, ' mikro yonga ' varsayılan parolayı girin. Tıklayın "oturum aç". Soldaki farklı panelleri ile bir sekme görüntülenir.
- Üst soldaki "İşlet" ardından ekranın üst orta bölümünde içinde "Aygıt alan" ve "PIC16LF1783" türü tıklatın. "Uygula"'ı tıklatın.
- Soldaki (Şekil 6) "Güç" Masası'nı seçin.
- VDD gerilim değeri 2,55 için değiştirin. Bu adım önemlidir.
Dikkat: Bu değeri 2.8 V yukarıda Kurulu (Şekil 7) zarar verir. - "Güç hedef devre" "Tool" (Şekil 7) onay kutusunu tıklatın.
- Soldaki (Şekil 6) "İşlet" sekmesini tıklatın.
- "Connect"'ı tıklatın.
- Download ek belgili tanımlık eğe "IMPLANTABLE_V2. X.Production.hex"ve sabit disk üzerindeki konumu not edin. IPE yazılım kaynak satırı bulun ve "Gözat" düğmesini (Şekil 8) yakınında'ı tıklatın.
- Program'ı tıklatın. Yazılım yazılım mikroişlemci (Şekil 9) başarıyla yüklendiğini diyor kadar bekle.
- Yastıkları TP1, TP2 ve TP3 lehimli tel desolder (Şekil 3) yanı sıra teller lehim yastıkları 6 ve 7 (Şekil 5).
- PCB (şekil 10a) pil hariç tüm elektrik bileşenleri bağlayın.
- Şekil 8göre yastıkları 2 ve 3 için kablosuz şarj/iletişim bobin lehim. Polarite önemli değil.
- 1 Şekil 5göre eklenecek anteni bağlamak. PCB elektrot pedleri numarası 4 ve Şekil 5göre 5 bağlayın. Polarite önemli değil.
- CG-320 pil yastıkları 6 ve 7 (Şekil 5) için lehim. Pilin eksi terminali yastık 7 lehimli gerekir. Sonraki adımları gerçekleştirirken dikkatli olun. Cihaz şimdi desteklenmektedir ve kısa devreler ve metalik nesneleri ile temas duyarlıdır.
- Kablosuz şarj devresi işlevselliğini sınamak için tüm bölüm 2 adımda tamamlanması gerekir. Bundan sonra kablosuz şarj cihazı/verici aygıt içinde yakın yerleştirin. Pil gerilimi ölçmek için bir multimetre kullanabilirsiniz. Pil voltajı yavaş yavaş (dakika başına birkaç mV) Eğer, şarj fonksiyonu çalışıyor.
- Anten cihazın etrafında bir sarmal (Şekil 10b) Rüzgar
- 32 mm uzun bir parçası ısı daralan bir boru bir 9,5 mm iç çapı ile kesti.
- Bobin PCB üzerinde bir yer. Şekil 7b için doğru yerleşim için başvurun.
- Isı Daralan Boru aygıt, bobin ve anten yerleştirin. Sadece elektrotlar boru gelen çıkıntı. Şekil 7 c için doğru yerleştirilmesi için başvurun.
- Shrink ve sonra soğumaya (Şekil 10 d) izin vermek için 150 ° c sıcak hava tabancasıyla boru ısı.
- Epoksi Yapıştırıcı hortumunun (Şekil 10e) bir yan imzalamaya sol sonuna kadar geçerlidir.
- Elektrot boru ile PCB arka tarafına yapıştırın. Ayrıca tüp diğer ucunu tutkal. Şekil 10f için doğru yerleştirilmesi için başvurun.
- Yapıştırıcının sertleşmesine ve tam olarak tedavi en az 24 saat bekleyin.
- Kablosuz şarj cihazı/verici aygıt tamamlanmasından sonra implante cihazın su kaçakları için 1 h için doymuş tuzlu çözüm bir 30 cm yüksek sütununa yerleştirerek sınayın. Herhangi bir büyük sızıntı pil voltajı ani bir düşüş veya cihazın elektronik kısa devre tuzlu çözüm tarafından neden olduğu arıza olarak lekeli olabilir. Testten sonra cihazın implante olması için tamamen hazır.
- Bir osiloskop kullanarak implantın stimülasyon işlevi sınayın. Osiloskop, iki ölçüm elektrot elektrot implante cihazın üzerindeki kalay metal kaplama kişi yastıkları bağlayın. Osiloskop ekranında stimülasyon desen gözlemlemek. Doğru stimülasyon desen Şekil 11' de verilmiştir.
2. Kablosuz şarj cihazı/verici tasarım
- PCB tasarım ek dosya "gerber_transmitter.7z" sağlanır. İmplante edilebilir aygıtının aynı üretim işlemini kullanır. Şematik diyagramı Şekil 12' sağlanır.
- PCB düz bir yüzeye yerleştirin. Bir lehim Yapıştır pınarı 0.6 mm iğne ve 60 psi basınç ile lehimleme Yapıştır PCB üzerinde metalik her yastık üzerine el ile dağıtmak için kullanın. Lehim Yapıştır PCB üzerinde reçete toplam miktarı 50 μL aşmaması gerekir.
- Antistatik cımbız çifti ile tüm bileşenleri PCB üst katmana yerleştirin. Şekil 13 bileşen konum ve bileşenleri için sayıları tayini için ek dosya "bom_transmitterdevice.csv" bakın.
- 260 ° C için önceden belirlenmiş bir PCB sıcak hava silah istasyonu tüm bileşenleri lehim için kullanın. Sıcak hava silahı yerine koy lehim Yapıştır eriyene kadar bekleyin ve oda sıcaklığında soğumaya kurulu bekleyin.
- Adımları 2.3-2.4 cihazın alt taraf için tekrarlayın. Benzer bir prosedür olarak implante cihazın üretim sırasında izleyin.
- Bir bobin AWG18 emaye tel (Şekil 14 c) 3 döner ile oluşturmak ve yastıkları COIL1 ve COIL2 takın (Şekil 13).
- Bir Alüminyum soğutucu için güç transistörleri (Şekil 13, Q1 ve Q2) yapın. Soğutucu kesin şekli kritik değildir. Olası tabaklarındaki birini Şekil 9 diçinde gösterilir. Bu durumda, soğutucu Ayrıca bir muhafaza aygıtın oluşturur.
- Hadi 3 programcı için birleştirilmiş PCB bağlamak. TP5 için yastıkları TP1 bağlanmak (Şekil 13) ile sırasıyla 1-5 Toplam severdim programcı pimleri.
- MPLAB IPE yazılımı yüklü Hadi 3 programcı bir bilgisayarın USB portuna takın.
-
MPLAB IPE yazılımı çalıştırmak ve firmware mikroişlemci program. İşlem VDD gerilim ve karşıya dosya dışında implante cihazın aynıdır.
- MPLAB IPE v3.61 çalıştırın. Seçin "ayarları | Gelişmiş mod".
- Parola metin kutusuna ' mikro yonga ' varsayılan parolayı girin. ' I tıklatın "Oturum aç". Soldaki farklı panelleri ile bir sekme görüntülenir.
- Üst soldaki "İşlet", ardından "Aygıt" ve "PIC16LF1783" yazın ekranın üst orta bölümünün tıklatın. "Uygula"'ı tıklatın.
- Sol panelde "Güç" seçin
- VDD gerilim değeri 3.3 için değiştirin.
- "Güç hedef devre" "Aracı" onay kutusunu tıklatın.
- Soldaki "İşlet" sekmesini tıklatın.
- "Connect"'ı tıklatın.
- Download ek belgili tanımlık eğe "IMPLANTABLE_V2_TRANSMITTER. X.Production.hex"ve sabit disk üzerindeki konumu not edin. IPE yazılım kaynak satırı bulun ve bu yakın "Gözat" düğmesini tıklatın.
- "Program"'ı tıklatın. Belgili tanımlık bilgisayar yazılımı için mikroişlemci başarıyla indirilmiş yazılım diyor kadar bekle.
- Yastıkları TP5 TP1 lehimli tel desolder
- V - ve V + yastıkları (Şekil 5) için bir 12 V güç kaynağını bağlayın. Eksi terminali V-pad için bağlı olması gerekir.
- Tapa içinde USB-bir kablo X1 için bir mini-USB konektörü (Şekil 5) ve macun yazılımı önceden yüklü bir bilgisayara bağlayın.
-
Macun yazılımını açın ve (Şekil 15kadar) ayarlayın.
- Macun yazılımını açın. "Seri" bağlantı türünü seçin.
- COMx x cihazın COM bağlantı noktası numarasını nerede seri bir satır olarak girin. Başka bir COM bağlantı noktası aygıtı yüklüyse, bu numara 1 olacaktır.
- "38400" hız girin. "Aç"'ı tıklatın. Şarj cihazı/verici aygıt şimdi kullanılmak üzere hazırdır. Yardım için H tuşuna basın anahtar.
3. endoskopik implantasyon
-
Canlı mini domuz bir vivo içinde modeli, Yetişkin (8-36 ay), 20-30 kg ağırlık kullanın.
- Hızlı 24 saat önce yordamı için domuz bırak.
- NET sıvı ad libitumizin.
- Kas içi tiletamine (2 mg/kg), zolazepam (2 mg/kg) ve ketamin (11 mg/kg) bir premedication yönetmek.
- İntravenöz tiyopental reklam effectum (%5 çözüm) ve inhalasyon anestezi isoflurane, N2O ve propofol enjeksiyonu ile geçerlidir. Uygun anestezi refleksleri ve kas tonusu, göz konumu, palpebral refleks ve gözbebeği refleks tarafından onaylanır. Dolaşımı, oksijen, havalandırma ve vücut sıcaklığı sürekli olarak izlenir.
- İmplantasyon ve görselleştirme gerçekleştirmek için bir hayvan modeli adanmış endoskop kullanın. Vivo modele standart bir şekilde kullanarak ekleyin.
- Cihazın dışarıdan bir tuzak kavramak. Bundan sonra mide takın, daha sonra serbest.
- Endoskop ayıklamak, diseksiyon kap (15.5 mm) ile donatmak ve mide için tekrar takın.
- Submukoza aygıta implant, tuzlu çözüm uygulamak için bir enjeksiyon tedavisi iğne kateter (25 G) kullanarak submucosal katmanına metilen mavisi ile karışık.
- Topuzu şeklindeki ucu ile bir koter bıçak kullanarak submukoza bir açılış oluşturmak için yatay bir kesi yapmak.
- Yapıştırılmış kap kullanarak, yeni oluşturulan uzaya ve koter bir bıçak kullanımı ile kapağı eklemek, engellemeden, genişliyor ve stimülasyon aygıt eklemek için yeterince büyük-yeterli bir cep oluşturma submucosal katman dissekan devam eder.
- Ekleme ve çıkarma döngüleri ve mide içinde özgürce yalan cihaz kavramak ve açgözlü forseps kullanarak, submucosal cebine gidin. Stimülasyon elektrotlar ile temas kavramak forseps kullanarak muscularis propria yer.
- Kapsamı küçük cihazın içinde submucosal yerde güvenli bir yere kullanın cep ve herhangi bir geçiş önlemek ya da kekii.
4. deney — İmplantasyon sonra
- Başarılı implantasyonu sonra şarj cihazı/verici bobini implante cihazın yakınlık içinde yerleştirin.
- PC RTL2832 dongle takın.
-
HDSDR yazılımı çalıştırmak ve merkezi frekans 432 MHz olarak ayarlayın.
- HDSDR yazılımı (Şekil 15) için doğru ayarları ve macun yazılım (Şekil 16) açın. HDSDR yazılımı tıklatın "seçenekleri | Giriş Seç | ExtIO".
- Seçme bant genişliği — "960000". LO frekans 431.95 MHz. için melodi frekans 432.00 MHz için seçin.
- Şarj cihazı/verici kodlu Manchester serisinden macun terminalde R tuşuna basarak aktarmak ve modülasyonlu OOK yanıt implant HDSDR penceresi ( Şekil 17e-f) gözlem tarafından almak.
5. ötenazi deneme sonra
- Anestezik aşırı doz ötenazi için (Öldürücü doz tiyopental ve KCl) kullanın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
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. Şekil 3 PCB düzeni ve bileşen yerleştirme aygıtı gösterir. Şekil 18 cihazın submucosal katman implant için bir endoskopik submucosal cep9,10 (ESP) olarak adlandırılan bir teknik kullanıldığını gösterir. Uyarıcı teorik olarak en uygun stimülasyon derinlik nerede kas katmanı (muscularis propria) bağlıydı. Submucosal cep oluşturma ve mide stimulanı devletin Reproduction 20-30 dk sürdü. Bu işlem sırasında intraprocedural komplikasyon perforasyon veya şiddetli kanama gibi vardır. Deneme olmayan hayatta kalma olduğu için geçiş midede cihazın belirlenemedi. Sonra implantasyonu, çift yönlü iletişim bağlantısı ile implante cihazın Şekil 14' te gösterilen dış aygıtı ile kurulmuştur. Şarj cihazı/programcı bobin ve implant arasındaki mesafe yaklaşık 10 cm oldu. RTL2832 tabanlı yazılım-tanımlanan-radyo (SDR) alıcısı ile elde sinyal-gürültü (SNR) oranı üzerinden 40 dB yapıldı.
Resim 1 : İmplante cihazın Şematik diyagramı. Rakam ne kadar farklı bileşenleri gösterir ve implante cihazın devre parçalar bağlı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Resim 2 : İmplante edilebilir cihaz imalatı - PCB montaj. (bir) PCB, üstten görünüm. (b) lehim Yapıştır üst katmana uygulanan. (c) bir örnek el yerleştirme 0402 kondansatör. (d) lehim Yapıştır alt katmana uygulanan. (e) PCB üst kısmı tam olarak doldurulur. (f) tam olarak doldurulur PCB alt tarafında Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3 : Tasarım implante cihazın. PCB (bir) üst bakır tabakası. (b) Bileşen adları üst katman üzerinde. (c) alt bakır PCB Katmanı. (d) Bileşen adları alt katman üzerinde. (e) bileşik resim tüm PCB katmanların Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4 : İmplante edilebilir cihaz imalatı — diğer bölümlerinin hazırlık. (bir) sıcak hava akışını PCB alt tarafında. (b) programlama telleri lehimli PCB için. (c) PCB programcıya bağlı. (d) kablosuz şarj bobin. (e) 432 MHz anten. (f) stimülasyon elektrotlar bağlı iki telleri ile Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 5 : Harici bileşenler için önerilen lehim eklem yerleşimini implante edilebilir cihaz. Nerede bobin, anten, pil ve elektrotlar lehimli resmi gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 6 : İmplante cihazın bağlantı kurma — önemli ayarları metinde geçen kırmızı oklarla işaretlenmiş. MPLAB IPE yazılımından, bu tablo, mikrodenetleyici implante cihazın içine doğru iletişim severdim programcı ile belirlemek nasıl gösteren bir ekran sağlanır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 7 : Güç programlama için kullanılan yazılım ayarları — önemli ayarları metinde geçen kırmızı oklarla işaretlenmiş. Bu resmi MPLAB IPE Software. Düzgün programlama için implante edilebilir cihaz güç gösterilmiştir Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 8 : İmplante cihazın doğru bir programlama dosya seçme. Resim ek .hex dosyası düzgün yüklemek için tıklayın için hangi düğmesini gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 9 : Firmware implante cihazın içine programlama süreci. Resim implante cihazın içine belgili tanımlık bilgisayar yazılımı programlamak için basın için hangi düğmesini gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 10 : İmalat implante cihazın — son montaj. (bir) kablosuz şarj bobini, stimülasyon elektrotlar ve pil ile birlikte PCB lehimli anten. (b) yığılmış implant. (c) saydam Isı Daralan Boru PCB koy. (d) ile sıcak hava hortumunun ürkek. (e) tam olarak küçülmüş boru ve yapıştırılmış biter. (f) kesinleşmiş implante edilebilir cihaz Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 11 : Tipik çıkış stimülasyon model cihazın DSOX1102G osiloskop üzerinde görüntülendiği gibi. Sonra programlama implante cihazın elektrotları ve pil, çıkış stimülasyon model benzer bir şekilde görüntülenen lehimleme elektrotlar görüntülenmesi gerekir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 12 : Kablosuz şarj cihazı/verici aygıt Şematik diyagramı. Şekil 1' e analog bir rakamdır. Kablosuz şarj cihazı/verici aygıt iç işleyişini burada gösterilir Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 13 : Şarj cihazı/verici aygıt tasarımını. PCB (bir) üst bakır tabakası. (b) Bileşen adları üst katman üzerinde. (c) alt bakır PCB Katmanı. (d) Bileşen adları alt katman üzerinde. (e) bileşik resim tüm PCB katmanların Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 14 : Kablosuz şarj cihazı/verici aygıt imalatı. (bir) tamamlandı PCB, üst kısmı (b) kesinleşmiş şarj cihazı/verici aygıt PCB (c) kablosuz verici/şarj cihazı bobin (d) bir olası şekillenme mekanik tasarımı tamamlandı alt tarafında tıklayınız Burada bu rakam daha büyük bir sürümünü görüntülemek için.
Şekil 15 : HDSDR yazılım ayarlarını düzeltin. HDSDR yazılımı ile birlikte kullanılan RTL2832U radyo tayfını görüntülemek için USB dongle alma spektrum analizi dayalı. Bu durumda, yaklaşık 432 MHz., aktarılan implant cevap almak için kullanılan Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 16 : Doğru ayarları macun yazılım. Macun yazılım şarj cihazı/verici aygıt ile iletişim için kullanılır. Kullanıcıya doğru verileri görüntülemek için doğru şekilde yapılandırılmalıdır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 17 : İmplante cihazın ve eğer onun'çalışma kontrol endoscopical implantasyonu. (bir) In vivo modelinde hayvan endoskopik birimi. vivo modeline (b) standart tarafından endoskop ekleme yolu. (c) Implantable aygıt prototip bir tuzak ile kavradı. (d) implante cihazın çift yönlü kablosuz bağlantı kurma işlemi. (e) HDSDR yazılım. (f) detay OOK implantın tarafından iletilen verileri modüle. (g) x-ışını — cihaz konum onay. (h) x-ışını implant bölgesinin kalbinde, cihazın tarama hem de kapsam klip üzerinde açıkça görülmeye başlıyor. (ben) ayrıntılı aygıt görünümü. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 18 : Aygıt implantasyon ve endoskopik tekniği görünümünü. (bir) Submucosal enjeksiyon metilen mavisi ile. (b) Submucosal kesi (submucosal cep oluşumu için bir giriş). (c) submucosal cep Tunnelisation. (d-f) Engellemeden, genişliyor ve submucosal katman anatomi. (g, h) Aygıt implantasyon. (ben) ile giriş kapsamı klip üzerinde kapanış. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Ek dosya 1: gerber_implant.7z. Baskılı devre kartı implante cihazın üretmek için gereken dosyaları ile fermuar arşiv. Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız
Ek dosya 2: gerber_transmitter.7z. Baskılı devre kartı şarj cihazı/verici aygıt üretmek için gereken dosyaları ile fermuar arşiv. Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız
Ek dosya 3: gerber_electrodes.7z. Elektrotlar üretmek için gereken dosyaları ile fermuar arşiv. Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız
Ek dosya 4: IMPLANTABLE_V2. X.Production.hex. Firmware implante cihazın. Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız
Ek dosya 5: IMPLANTABLE_V2_TRANSMITTER. X.Production.hex. şarj cihazı/verici aygıt için Firmware. Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız
Ek dosya 6: bom_implantabledevice.csv. Belirli bileşenler için bileşen değerlerini atama implante cihazın PCB üzerinde tanımlayan ürün reçetesi (BOM) dosyası ürün. Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız
Ek dosya 7: bom_transmitterdevice.csv. Belirli bileşenler için bileşen değerlerini atama şarj cihazı/verici aygıt PCB üzerinde tanımlayan ürün reçetesi dosyası. Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
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 iki seçeneğin bulunup bulunmaması çıplak die paketleme bileşenlerinin ve erişilebilirlik teknolojisi bağlar tel sınırlıdır. Pil ikinci önemli parametredir. Lityum piller yüksek enerji yoğunluğu nedeniyle tercih edilir. Ayrıca, 3,7 V, nominal voltaj yararlıdır. Onun küçük büyüklük ve en az invasiveness sunulan donanım topoloji büyük avantajı nedir. Geçerli çözümleri7,8' e göre sunulan çözüm daha küçük bir büyüklük ve doğrudan dış müşteri adayları ve subkutan stimulanı implantasyonu için ihtiyaç olmadan submukoza için implante.
Donanım dışında kendisi, gelecekte, aygıt muhafaza verilmek üzere ek yardıma ihtiyacı var. Ilk nokta biyouyumluluk ve implantın mümkün ret önlemek için hermeticity11 olduğunu. Diğer istenmeyen geçiş implantın önlemek için submukoza cihazda fiksasyonu olduğunu.
Cihaz ve yerleşimi submucosal cep içine yakalama endoskopik implantasyon sırasında en önemli adımlar var. Sınırlama, gözlemler, yaklaşık implante olması aygıtı olarak en az iki katı kadar büyük olmalıdır cep boyutudur. İmplantın iç cebinde doğru yönünü sonraki konudur. Teknik zorluk endoskopik yordam için saygı ile bu yöntem tünel diseksiyon veya peroral endoskopik myotomy (şiir) ile tecrübeli uzmanlar adamıştır.
Sorunlu bir sonraki bölüm üzerinde kullanarak nispeten zor olan cep tartışma denir kapsam klip. Ancak, göç ve ret cihazın bu tür küçük bir kullanımını engeller. Donanım açısından bu tekniğin sınırlamaları gereken hassasiyetle lehim için donanım geliştirme donanımları içerir. Cihazın ameliyat ve kısa bir süre sırasında daha sonra dayanacak şekilde tasarlanmıştır. Böylece, geçerli muhafaza ile bu vücudun içinde uzun süre kalmak için tasarlanmamıştır. Ayrıca, muhafaza malzemesi reddedilmesi durumunda bir hayatta kalma deney implantın riski yüksek temsil eden biyouyumlu değil. Bu teknik daha fazla, özellikle yaşam modeli deneyler için gerekli olan biyouyumlu ve hermetik muhafaza gelişimi açısından geliştirilebilir. Sonra birden çok entegre devreler işlevselliğini bir tek uygulamaya özel tümleşik devre konsantre. Benzer şekilde, daha küçük yüzey montaj bileşenleri cihazın daha küçük yapmak için kullanılabilir. Bu araştırmanın bir sonraki olası yönünü GERD, idrar kaçırma veya sfinkter işlev bozuklukları12gibi gastrointestinal diğer hastalıkların tedavisi için roman endoscopical Yöntem geliştirme yol açabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Bu eser araştırma projesi PROGRES-S28 tarafından desteklenen ve Prag Charles Üniversitesi tarafından verilir. Yazarlar eşek için teşekkür ederiz. Merkezi Prof Jan Martínek, doktora ve PIGMOD.
Acknowledgments
Yazarlar onlar rakip hiçbir mali çıkarları var bildirin.
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).
