Summary
높은 주파수 낮은 에너지의 응용 프로그램은 위 dysmotility의 증상을 완화 수 있습니다. 이 연구에서 submucosal 주머니에 이식 초소형, 라고 이식 및 무선 충전식 장치 제공 됩니다. 두 방법은 통신 및 자극 제어 라이브 돼지에 실험 하는 동안 달성 했다.
Abstract
위 dysmotility 오랜 당뇨병 등 일반적인 질병의 징조 수 있습니다. 그것은 높은 주파수 낮은 에너지 자극의 신청은 효과적으로 온건 하 고 위 dysmotility의 증상을 완화 도울 수 있다 알려져 있다. 연구의 목표는 소형, submucosal 주머니 라고 이식 장치 개발 했다. 이식 장치는 완벽 하 게 사용자 지정 된 전자 패키지는 submucosa에 실험을 위해 특별히 설계 되었습니다. 장치는 무선 충전/전송 코일에서 사고 자기장을 수신 하 여 재충전 될 수 있는 리튬-이온 배터리를 갖추고 있습니다. 업링크 통신 432 m h z에서 MedRadio 대역에서 수행 됩니다. 장치 라고 모델로 vivo에서 , 특히 위 동굴에서에서 사용 하는 라이브 국내 돼지의 submucosal 주머니에 삽입 되었다. 실험 설계 된 장치는 submucosa에 이식 될 수 있는 양방향 통신 가능 확인. 장치는 근육 조직의 바이 폴라 자극을 수행할 수 있습니다.
Introduction
위 dysmotility gastroparesis는 일반적으로 만성 진행 되는 특징은 환자의 사회적, 업무 관련, 물리적 상태에 오히려 심각한 결과 부과 등 여러 가지 상대적으로 일반적인 질병의 징조 수 있습니다. Gastroparesis의 대부분의 경우는 일반적으로 당뇨 나 기원에 idiopathic 저항 고 있습니다 종종 사용 가능한 약물1. 환자 들은이 조건에 시달리는 가장 일반적으로 메스꺼움을 제시 하 고 구 토를 반복. 이전 연구를 바탕으로, 높은 주파수 낮은-에너지 전기 자극의 신청은 효과적으로 온건 하 고 위 dysmotility1,2의 증상을 완화 도울 수 있다 알려져 있다.
이전의 연구를 바탕으로, 그것은 높은-주파수 위 전기 자극 크게 향상 시킬 수 있는 증상과 위 비우는3입증 된다. 그것은 또한 표시 되었습니다 더 낮은 식도 괄약근 neurostimulator 치료는 안전 하 고 효과적인 치료 위 식도 역류 질환 (GERD)의 산 노출 감소 매일 프로톤 펌프 억제제 (PPI) 사용 없이 제거 자극 관련 부작용4. 인체 실험 하기 전에 첫 번째 연구 (개 모델5) 동물 모델에서 수행 했다. 이러한 연구를 바탕으로, 더 낮은 식도 괄약근 (레, 20 Hz, 3 ms의 펄스 폭)의 전기 자극 발생 레5의 장기간된 수축 합니다. 비슷한 효과 (20 Hz, 200 μ s의 펄스폭) 높 및 낮은 (6 사이클/분, 375 ms의 펄스 폭) 주파수 레에 GERD 환자에서 전기 자극을 조사 했다. 모두 높은 저주파 자극 했다 효과적인6. 그러나, 현재, 있다 위 또는 식도 자극에 대 한 두 개의 통제 장치 사용할 수 있는 시장7,8. 이러한 장치에서 수술, laparoscopically 또는 robotically 전극 이식 수 있습니다. 장치 자체는 피하 이식 이다. 이 일반적인 마 취를 요구 하 고 부피가 큰 장치를 장착, 위 또는 식도 근육 조직의 자극에 대 한 수 있도록 근육 내 카 테 터를 사용 하 여. 그래서, 위 submucosal 레이어로 이식 무선 통신 장치를 사용 하 여 옵션 확실 한 장점 및 개선 환자 편안 하 게에서 나타내는 것 이다. 이전 연구9,10에서 설명 했 듯이, 그것은 submucosa로 소형 neurostimulator의 주입이 가능 하다는 입증 되었다. 내 시경 submucosal 이식에 대 한 우리 내 시경 submucosal 포켓 (ESP), 라는 기술을 사용 하 여 내 시경 submucosal 터널 절 개10에 따라. 이 연구의 목표는 전원 관리 (특히 무선 충전 기능), 각각 법률 및 무선에 대 한 규정 준수의 범위에서 주로 이식 neurostimulator의이 개념을 더욱 개선 하기 위해 바이 폴라 통제의 가능성과 이식 재 의료 장비에 통신 링크. 다음, 제시 microneurostimulator은 양방향 통신 및 실시간 자극 매개 변수를 변경할 수 있습니다, 그리고 장치는 동안에 이식.
이 기술은 치료 endoscopist 내 시경 포켓 또는 터널 해 경험으로 팀을 위해 적당 하다. 다음으로, 하드웨어와 임베디드 소프트웨어 디자이너와 마이크로컨트롤러와 하드웨어 프로토타입을 환경 및 무선 주파수 회로 표면 실장 기술을 사용 하 여 필요 하다. 하드웨어 프로토타입을, 리플로우 납땜 역 및 전기 측정 (적어도 디지털 멀티 미터, 오실로스코프, 스펙트럼 분석기와 PICkit3 프로그래머)에 대 한 기본적인 장비를 갖춘 실험실이 필요 합니다.
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Protocol
연구소의 동물 생리학 및 유전학, 아카데미의 과학 체코 공화국 (생물 의학 센터 PIGMOD), Libechov, 체코 공화국 (프로젝트의 주입에 실험 동물 주제를 포함 하 여 모든 내 시경 절차 승인 배터리-덜 및 식도 및 위장 submucosa로 배터리 장치-실험 연구). 모든 실험 체코 법 246/1992 준수 행해진다 "에 학대, 개정에 대 한 동물의 보호" 하고있다. 그것은 동물에 직접 접촉 되지 않은 외부 장치 때문에 송신기 장치 살 균 될 필요 하지 않습니다.
1. 이식 장치 디자인
- 제 3-파티 PCB 제조 서비스를 사용 하 여 PCB를 준비 합니다. 완전 한 인쇄 회로 기판 설계 보조 파일 "gerber_implant.7z"에서 제공 됩니다. 회로도 그림 1에 제공 됩니다.
- 평평한 표면 (그림 2a)에 Pcb를 놓습니다. 0.6 m m 바늘과 60 psi 압력 솔더 페이스트 디스펜서를 사용 하 여 수동으로 모든 금속 패드에 PCB에 납땜 붙여넣기 분배. PCB (그림 2b)의 위쪽으로 시작 합니다. PCB의 양쪽 모두에 대 한 붙여넣기를 납땜의 총 금액은 15 μ를 넘지 말아야 한다.
- 정전기 방지 핀셋의 쌍, PCB (그림 2e)의 꼭대기 층에 모든 구성 요소를 놓습니다. 그림 3 를 사용 하 여 구성 요소 위치 및 그들의 숫자를 구성 요소 할당에 대 한 보충 파일 "bom_implantabledevice.csv".
- 260 ° C에서 PCB 뜨거운 공기 총 역을 사용 하 여 모든 구성 요소 (그림 4a) 땜 납. 다음 뜨거운 공기 총 치워 모든 솔더 페이스트 녹아 때까지 기다려 하 고 실내 온도에 보드 멋진 허용.
- PCB를 뒤집어 놓고 다른 쪽에 솔더 페이스트를 분배 합니다. 동일한 바늘 및 압력 1.2 (그림 2d)에 명시 된 대로 사용 합니다.
- 1.3 단계에서., PCB의 하단 계층의 모든 구성 요소를 배치. 구성 요소 위치와 구성 요소를 그들의 숫자의 할당에 대 한 보충 파일 "bom_implantabledevice.csv" 그림 3 을 참조 하십시오.
- 하단 측면에 모든 부품을 뜨거운 공기 총으로 PCB의 열을 반복 합니다. 1.4 단계에서 동일한 프로세스를 사용 합니다.
- 시각적으로 어떤 짧은 회로 대 한 PCB를 확인 하십시오. 어떤 단락 있으면 납땜을 제거 합니다.
- 무선 충전/통신 코일을 제조 한다. AWG42 와이어의 사용 17 변합니다. 코일의 크기는 26 x 13.5 m m2 (그림 4 d)입니다. 두 개의 출력 와이어 트위스트.
- 디자인 하 고 제조 하는 전극. 전극 디자인 보조 파일 "gerber_electrodes.7z"에서 제공 됩니다. 단계 1.1 에서처럼 동일한 제조 공정을 사용 합니다. 이 PCB 제조, 후 완전히 완료 되 고 아무 구성 요소 그것에 납땜 필요 합니다. 작은 직사각형 연락처 (그림 4 층)에 두 개의 AWG42 와이어 솔더
- 7cm 나 멜된 와이어를 사용 하 여 한쪽 끝 (그림 4e)에서 나 멜의 3 m m에서 근 근이 안테나를 준비
- PICkit 3 프로그래머 PCB (그림 4b-c)에 연결
- 연결 패드 6 및 7에 따라 그림 5, 핀 2와 3 PICkit 프로그래머의 각각.
- 각각 1, 5 및 PICkit 프로그래머의 4 핀 패드 TP1, TP2 및 TP3 ( 그림 3참조)을 연결
- MPLAB IPE 소프트웨어가 설치 된 컴퓨터의 USB 포트에 PICkit 3 프로그래머에 연결 합니다.
- MPLAB IPE 소프트웨어를 실행 하 고 펌웨어는 마이크로컨트롤러에 프로그램.
- MPLAB IPE v3.61를 실행 합니다. 선택 "설정 | 고급 모드 "
- 암호 필드에 암호를 입력 합니다 기본 '마이크로칩'입니다. 클릭 "에 로그"입니다. 다른 패널 왼쪽에 탭이 표시 됩니다.
- 왼쪽 상단에 "작동"을 클릭 다음 화면의 상단 중간 부분에 "장치 필드" 및 "PIC16LF1783"에서 유형을 클릭 합니다. "적용"을 클릭 합니다.
- (그림 6) 왼쪽에 패널 "전원"을 선택 합니다.
- 2.55에 VDD 전압 값을 변경 합니다. 이 단계는 중요 한.
주의:이 값 2.8 V 이상 설정 보드 (그림 7) 손상 것입니다. - "도구" (그림 7)에서 "전원 대상 회로" 확인란을 클릭 합니다.
- (그림 6) 왼쪽에 "작동" 탭을 클릭 합니다.
- "연결"을 클릭 합니다.
- 보충을 다운로드 "IMPLANTABLE_V2. X.production.hex"하드 드라이브에 위치 하 고. IPE 소프트웨어 소스 줄을 찾아 고 근처 (그림 8) "찾아보기" 버튼을 클릭 합니다.
- 프로그램을 클릭 합니다. 소프트웨어는 소프트웨어 마이크로컨트롤러 (그림 9)에 성공적으로 다운로드 되었습니다 말합니다 때까지 기다려.
- 전선을 납땜 패드 TP1, TP2 TP3 desolder (그림 3) 전선을 납땜 패드 6 및 7 (그림 5) 뿐만 아니라.
- PCB (그림 10a) 배터리를 제외한 다른 모든 전기 구성 요소에 연결 합니다.
- 그림 8에 따라 패드 2와 3을 무선 충전/통신 코일 땜 납. 극성 중요 하지 않습니다.
- 그림 5에 따라 1을 안테나에 연결 합니다. PCB 전극 패드 번호 4 및 그림 5에 따르면 5에 연결 합니다. 극성 중요 하지 않습니다.
- CG-320 배터리 패드 6 및 7 (그림 5)에 땜 납. 배터리의 부정적인 터미널 패드 7에 납땜 해야 합니다. 다음 단계를 수행 하는 동안 주의 해야 합니다. 장치 전원이 지금 하 고는 단락 회로 금속 물체와 접촉.
- 무선 충전 회로의 기능을 테스트 하려면 제 2 부의 모든 단계 완료 될 필요가 있다. 그 후, 소자의 가까이에 무선 충전기/송신기를 놓습니다. 배터리의 전압을 측정 하는 멀티 미터를 사용 합니다. 배터리 전압은 천천히 (분 당 몇 가지 mV) 상승, 충전 기능 작동 됩니다.
- (그림 10b) 나선형 안테나 장치 주위 바람
- 9.5 m m의 내부 직경을 가진 열 수축 튜브의 32 m m 긴 조각 잘라.
- PCB에는 코일을 배치 합니다. 정확한 위치에 대 한 그림 7b 를 참조 하십시오.
- 장치, 코일, 안테나 열 수축 튜브를 넣어. 전극만 한다는 배관에서 내 다. 정확한 그림 7 c 를 참조 하십시오.
- 150 ° C에서 축소 하 고 냉각 (그림 10의 d) 그것을 허용 하는 뜨거운 공기 총으로 튜브를 열.
- 튜빙 (그림 10e)의 한쪽을 봉인 하기 위해 왼쪽된 끝에 에폭시 접착제를 적용 합니다.
- 튜빙 PCB의 뒷면에 전극을 붙입니다. 또한 튜브의 다른 쪽 끝을 붙입니다. 정확한 위치는 그림 10 층을 를 참조 하십시오.
- 강화 하 고 완벽 하 게 치료를 접착제에 대 한 24 시간 이상 기다립니다.
- 무선 충전기/송신기 장치 완료 후 1 시간에 대 한 포화 식 염 수 솔루션의 30 cm 높은 열으로 배치 하 여 물 누출 이식할 수 있는 장치를 테스트 합니다. 모든 주요 누출 배터리 전압의 급강하 또는 전자 단락 염으로 인 한 장치의 오작동으로 발견하실 수 있습니다. 테스트 후 장치는 완벽 하 게 이식 될 준비가.
- 오실로스코프를 사용 하 여 이식의 자극 기능을 테스트 합니다. 오실로스코프의 2 개의 측정 전극 이식 장치에 전극의 주석 금속 도금된 접촉 패드에 연결 합니다. 오실로스코프 화면에 자극 패턴을 관찰 합니다. 정확한 자극 패턴은 그림 11에서 주어진 다.
2. 무선 충전기/송신기 설계
- PCB 디자인 보조 파일 "gerber_transmitter.7z"에서 제공 됩니다. 이식 장치에 관해서는 동일한 제조 공정을 사용 합니다. 회로도 그림 12에 제공 됩니다.
- 평평한 표면에 PCBs 장소입니다. 0.6 m m 바늘과 60 psi 압력 솔더 페이스트 디스펜서를 사용 하 여 수동으로 모든 금속 패드에 PCB에 납땜 붙여넣기 분배. PCB에 적절 하 게 하는 솔더 페이스트의 총 금액 50 μ를 넘지 말아야 한다.
- 정전기 방지 핀셋의 쌍, PCB의 꼭대기 층에 모든 구성 요소를 놓습니다. 구성 요소와 구성 요소를 그들의 숫자의 할당에 대 한 보충 파일 "bom_transmitterdevice.csv"에 대 한 그림 13 을 참조 하십시오.
- 260 ° C로 프리셋 PCB 뜨거운 공기 총 역을 사용 하 여 모든 구성 요소를 땜 납. 뜨거운 공기 총을 치워 모든 솔더 페이스트 녹아 때까지 기다려야 하 고 실내 온도에 냉각 보드 허용.
- 장치의 하단 측면에 대 한 2.3-2.4 단계를 반복 합니다. 이식 장치 제조 중으로 비슷한 절차를 따릅니다.
- 나 멜 AWG18 와이어 (그림 14의 c)의 3 회전으로 코일을 만들고 패드 COIL1 및 COIL2에 연결 (그림 13).
- (그림 13, Q1 및 Q2) 파워 트랜지스터는 알루미늄 방열판을 확인 합니다. 방열판의 정확한 형태는 중요 하지. 가능한 구현 중 하나는 그림 9 d에 표시 됩니다. 이 경우에, 방열판 또한 장치에 대 한 인클로저를 형성 한다.
- 조립 pcb PICkit 3 프로그래머를 연결 합니다. 패드 TP1 TP5 연결 (그림 13)와 함께 각각 1 ~ 5 PICkit 프로그래머의 핀.
- MPLAB IPE 소프트웨어가 설치 된 컴퓨터의 USB 포트에 PICkit 3 프로그래머에 연결 합니다.
-
MPLAB IPE 소프트웨어를 실행 하 고 펌웨어는 마이크로컨트롤러에 프로그램. 프로세스는 이식 장치, VDD 전압 및 파일 업로드를 제외한 동일 합니다.
- MPLAB IPE v3.61를 실행 합니다. 선택 "설정 | 고급 모드 "입니다.
- 암호 상자에 암호를 입력 합니다 기본 '마이크로칩'입니다. 클릭 "로그온". 다른 패널 왼쪽에 탭이 표시 됩니다.
- 왼쪽 상단에 "작동"을 클릭 다음 화면의 상단 중간 부분에 "장치"와 "PIC16LF1783"에서 유형을 클릭 합니다. "적용"을 클릭 합니다.
- 왼쪽에 "전원" 패널을 선택
- 3.3 VDD 전압 값을 변경 합니다.
- "도구"에서 "전원 대상 회로" 확인란을 클릭 합니다.
- 왼쪽에 "작동" 탭을 클릭 합니다.
- "연결"을 클릭 합니다.
- 보충을 다운로드 "IMPLANTABLE_V2_TRANSMITTER. X.production.hex"하드 드라이브에 위치 하 고. IPE 소프트웨어에서 소스 줄을 찾아서 그것에 가까운 "찾아보기" 버튼을 클릭 합니다.
- "프로그램"을 클릭 합니다. 소프트웨어 소프트웨어는 마이크로컨트롤러에 성공적으로 다운로드 말합니다 때까지 기다려.
- 전선을 납땜 패드 TP1 TP5 desolder
- V-와 V + 패드 (그림 5)에 12 V 전원 공급 장치를 연결 합니다. 네거티브 터미널 V 패드에 연결 될 수 있다.
- X1 A USB 케이블 미니 USB 연결 커넥터 (그림 5) 퍼 소프트웨어가 사전 설치 된 컴퓨터에 연결 하는 고.
-
퍼 티 소프트웨어를 열고 (그림 15)을 설정 합니다.
- 퍼 티 소프트웨어를 엽니다. "직렬" 연결 유형으로 선택 합니다.
- 여기서 x는 장치의 COM 포트의 번호는 직렬 라인으로 COMx을 입력 합니다. 다른 COM 포트 장치 설치 된이 수 1이 됩니다.
- "38400" 속도를 입력 합니다. "열기"를 클릭 합니다. 충전기/송신기 장치를 사용할 수 지금 이다. 도움에 대 한 보도 H 키입니다.
3. 내 시경 이식
-
라이브 미니 돼지를 사용 하 여 비보에 모델, 성인 (8-36 개월), 20-30 k g 무게.
- 빠른 절차 이전 24 시간에 대 한 돼지를 하자.
- 맑은 액체 광고 libitum허용.
- premedication으로 근육 tiletamine (2 mg/kg), zolazepam (2 mg/kg)과 케 타 민 (11 mg/kg)를 관리 합니다.
- 정 맥 thiopental 광고 effectum (5% 용액)와 흡입 마 취와 isoflurane, N2O propofol 주입 적용 됩니다. 적절 한 마 취는 반사 및 근육, 눈 위치, 종을 반사, 동 공 반사에 의해 확인 된다. 순환, 산소, 환기 및 온도 지속적으로 모니터링 된다.
- 이식 및 시각화를 수행 하기 위해 동물 모델 전용 내 시경을 사용 합니다. Vivo에서 모델에 표준 방식을 사용 하 여 삽입 합니다.
- 무와 외부 장치를 파악. 그 후, 복 부에 삽입 한 다음 그것을 해제.
- 내 시경을 추출 하 고 절 개 캡 (15.5 m m), 장비 한 다음 복 부에 다시 삽입.
- Submucosa 장치 임 플 란 트, 염 분 해결책을 적용 하려면 submucosal 레이어에 주입 치료 바늘 카 테 터 (25 G)을 사용 하 여 메 틸 렌 블루 혼합.
- Submucosa 손잡이 모양의 팁 electrosurgical 나이프를 사용 하 여에 개방을 만드는 가로 절 개를 확인 합니다.
- 부착된 모자를 사용 하 여 새로 만든된 공간으로 및 electrosurgical 나이프를 사용 하 여 모자를 삽입, 방해, dilating, 그리고 submucosal 레이어를 만드는 자극 장치를 삽입 하는 충분히 큰 만큼 주머니에 해 부를 계속 합니다.
- 장치를 삽입 및 추출 루프 위 안에 자유롭게 거짓말을 파악 하 고 submucosal 주머니에 그것을 이동 쥐고 집게를 사용 하 여. 이해 집게를 사용 하 여 muscularis 오는 접촉 자극 전극 배치 합니다.
- 이상의 범위는 submucosal 내부 장소에 장치를 확보 하 여 클립을 사용 하 여 포켓 및 모든 마이그레이션 방지 dislodging.
4. 실험-이식 후
- 성공적인 이식 후 이식된 장치의 근접에 충전기/송신기 코일을 배치 합니다.
- RTL2832 동글을 PC에 연결 한다.
-
HDSDR 소프트웨어를 실행 하 고 432 mhz 중심 주파수를 설정 합니다.
- (그림 15) 올바른 설정에 대 한 HDSDR 소프트웨어 및 퍼 티 소프트웨어 (그림 16)를 엽니다. HDSDR 소프트웨어에서 클릭 합니다 "옵션 | 입력 선택 | ExtIO "입니다.
- 선택 대역폭-"960000"입니다. 선택 하는 LO 주파수 431.95 m h z.에 조정 주파수 432.00 m h z를 선택합니다.
- 퍼 터미널에서 R 키를 눌러 충전기/송신기에서 맨체스터 코딩 시퀀스를 전송 하 고 주요 HDSDR 창 ( 그림 17e-f)의 관찰에 의해 이식에서 OOK 변조 회신을 받을.
5입니다. 실험 후 안락사
- 안락사 (thiopental KCl의 치명적인 복용량)에 대 한 마 취 과다를 사용 합니다.
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Representative Results
그림 17 submucosa에 주머니에 위 neurostimulator의 내 시경 위치 뿐만 아니라 근육 층을 전극의 적절 한 배치 되었는지 보여 줍니다. 장치 (그림 10)의 크기는 35 x 15 x 5 m m3 무게는 2.15 g. 그림 17 보여주는 장치 함께 연결 되는 6 다른 모듈의 구성 소자의 회로 다이어그램을 보여 줍니다. 그림 3 은 장치에서 PCB 레이아웃 및 부품 배치를 보여준다. 그림 18 submucosal 계층에는 장치를 이식 하기 위하여는 내 시경 submucosal 포켓9,10 (ESP) 라는 기술을 사용 되었다 보여준다. 자극 근육 레이어 (muscularis propria)은 이론적으로 최적의 자극 깊이 근처 첨부 되었다. Submucosal 주머니를 만들고 라고 위 neurostimulator의 이식 20-30 분 했다. 이 절차 동안, 구멍 뚫 기 또는 심한 출혈 등 합병증 없는 intraprocedural입니다. 실험은 비 생존의 뱃속에 장치 마이그레이션을 확인할 수 없습니다. 이식 후 이식 장치와 양방향 통신 링크는 그림 14에 표시 된 외부 장치와 설립 되었다. 충전기/프로그래머 코일과는 임 플 란 트 사이의 대략적인 거리는 10 cm 이었다. RTL2832 기반된 소프트웨어-정의-라디오 (SDR) 수신기와 함께 달성된 신호 대 잡음 (SNR) 비율 40 dB 이상 했다.
그림 1 : 이식 장치 회로도. 그림 어떻게 다른 구성 요소와 회로 부품 이식 장치에 연결 되어. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2 : 삽입형 디바이스의 제작 - PCB 어셈블리. (한) PCB, 평면도. (b) 솔더 붙여넣기 상위 레이어에 적용 합니다. (c) 0402의 손 배치의 예로 축전기. (d) 솔더 붙여넣기 아래쪽 레이어에 적용 합니다. (e)는 완전히 PCB의 윗면이 채워집니다. (f) 완전히 채워진 PCB의 하단 측면 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3 : 이식 장치 디자인. PCB의 (는) 상위 구리 층. 최고 층에 (b) 구성 요소 이름입니다. (c) 하단 구리 PCB의 레이어. (d) 구성 요소 이름 아래 계층에. (e) 합성 사진의 모든 PCB 레이어 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4 : 삽입형 디바이스의 제작 -다른 부품의 준비. (한) PCB의 하단 측면의 뜨거운 공기 흐름. (b) 프로그래밍 철사는 PCB에 납땜. (c) PCB는 프로그래머에 연결. (d) 무선 충전 코일입니다. (e) 432 m h z 안테나입니다. 연결 된 두 개의 와이어로 (f) 자극 전극 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 5 : 삽입형 디바이스의 외부 구성 요소에 대 한 권장된 솔더 공동 배치. 그림 표시 코일, 안테나, 배터리, 전극을 납땜 해야 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 6 : 이식 장치는 연결을 설정-텍스트에 언급 된 중요 한 설정을 빨간색 화살표와 함께 표시 됩니다. 이 그림은 MPLAB IPE 소프트웨어에서 화면 PICkit 프로그래머와 이식 장치 내부 마이크로컨트롤러 제대로 통신 하는지 확인 하는 방법을 보여 주는 제공 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 7 : 전원 프로그래밍에 사용 되는 소프트웨어의 설정-텍스트에 언급 된 중요 한 설정을 빨간색 화살표와 함께 표시 됩니다. 이것은 MPLAB IPE 소프트웨어에서 그림입니다. 제대로 프로그래밍에 대 한 이식 장치 전원을 하는 방법을 보여줍니다 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 8 : 이식할 수 있는 장치에 대 한 올바른 프로그래밍 파일. 사진을 제대로 보충 값 파일 로드를 클릭 하는 단추를 보여 줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 9 : 이식 장치에 펌웨어를 프로그래밍 하는 과정. 사진은 어떤 버튼을 눌러 이식할 수 있는 장치에는 소프트웨어 프로그램을 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 10 : 삽입형 디바이스의 제조-최종 조립. (a) 무선 충전 코일, 자극 전극와 안테나 배터리 함께 PCB에 납땜 합니다. (b) 스택형 이식입니다. (c) 투명 열 수축 튜브는 PCB 위에 넣어. (d) 뜨거운 공기 튜브의 위축. (e) 튜브 완전히 shrinked 고 붙어 끝. (f) 최종 이식 장치 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 11 : DSOX1102G 오실로스코프에 표시 된 장치의 일반적인 출력 자극 패턴. 삽입형 디바이스의 프로그래밍, 전극에 표시 납땜 전극과 배터리, 출력 자극 패턴 하나는 그림에 표시 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 12 : 무선 충전기/송신기 장치 회로도. 그림은 그림 1에 비슷한. 여기에 무선 충전기/송신기 장치의 내부 동작 표시 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 13 : 충전기/송신기 장치 디자인. PCB의 (는) 상위 구리 층. 최고 층에 (b) 구성 요소 이름입니다. (c) 하단 구리 PCB의 레이어. (d) 구성 요소 이름 아래 계층에. (e) 합성 사진의 모든 PCB 레이어 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 14 : 무선 충전기/송신기 장치 제작. (한) 완료 PCB, 위쪽 (b)의 최종된 충전기/송신기 장치 의 PCB (c) 무선 송신기/충전기 코일 (d) 한 가능한 화신의 기계 설계 완료 아래쪽 클릭 하십시오 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기.
그림 15 : HDSDR 소프트웨어의 설정을 수정. HDSDR 소프트웨어와 함께 사용 되는 RTL2832U 기반 USB 동글 스펙트럼 분석기로 수신 라디오 스펙트럼을 표시 하려면. 이 경우에, 전송에서 약 432 MHz. 이식에서 대답을 받을 하는 데 사용 됩니다 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 16 : 퍼 티 소프트웨어의 설정을 수정. 퍼 티 소프트웨어 충전기/송신기 장치 통신을 위해 사용 됩니다. 그것은 사용자를 올바른 데이터를 표시 하려면 올바르게 구성 되어야 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 17 : Endoscopical 주입 이식 장치와 작동 하는 경우 확인의. (한) vivo에서 모델 동물 내 시경 단위에서. vivo에서 모델에 (b) 표준으로 내 시경의 삽입 방법. (c) Implantable 장치 프로토 타입 무와 파악. (d) 이식 장치와 양방향 무선 연결을 설정 하는 과정. (e) HDSDR 소프트웨어입니다. (f) 세부의 OOK 변조는 임 플 란 트에 의해 전송 되는 데이터. (g) x 선-장치 위치 확인. (h) x 선 장치, 임 플 란 트 영역의 스캔으로 범위 클립 위로 명확 하 게 표시 됩니다. (나) 상세 보기 장치입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 18 : 장치 이식 및 내 시경 기술 보기. (한) 메 틸 렌 파랑 Submucosal 주입. (b) Submucosal 절 (submucosal 포켓 형성을 위한 입구). (c) submucosal 주머니의 Tunnelisation. (d-f) 방해, dilating, 그리고 submucosal 레이어 해 부. (g, h) 장치 이식입니다. (나) 범위 클립 위로 함께 항목을 닫기. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
보조 파일 1: gerber_implant.7z. Zip 보관 파일 이식 장치의 인쇄 회로 보드 제조 하는 데 필요한. 제발이이 파일을 다운로드 하려면 여기를 클릭 하십시오.
보조 파일 2: gerber_transmitter.7z. Zip 보관 파일 충전기/송신기 장치의 인쇄 회로 보드 제조 하는 데 필요한. 제발이이 파일을 다운로드 하려면 여기를 클릭 하십시오.
보조 파일 3: gerber_electrodes.7z. 전극을 제조 하는 데 필요한 파일을 zip 아카이브. 제발이이 파일을 다운로드 하려면 여기를 클릭 하십시오.
보조 파일 4: IMPLANTABLE_V2. X.production.hex. 이식 장치에 대 한 펌웨어. 제발이이 파일을 다운로드 하려면 여기를 클릭 하십시오.
보조 파일 5: IMPLANTABLE_V2_TRANSMITTER. X.production.hex. 충전기/송신기 장치에 대 한 펌웨어. 제발이이 파일을 다운로드 하려면 여기를 클릭 하십시오.
보조 파일 6: bom_implantabledevice.csv. 이식 장치의 PCB에 특정 구성 요소 구성 요소 값의 할당을 설명 하는 자료 (BOM) 파일의 빌. 제발이이 파일을 다운로드 하려면 여기를 클릭 하십시오.
보조 파일 7: bom_transmitterdevice.csv. BOM 파일 충전기/송신기 장치의 PCB에 특정 구성 요소 구성 요소 값의 할당을 설명 합니다. 제발이이 파일을 다운로드 하려면 여기를 클릭 하십시오.
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Discussion
이식 장치 디자인 장치, 달성 자극 프로 파일 (최대 전압, 최대 결과물 전류 펄스와 펄스 주파수의 길이)의 전반적인 크기에 주로 집중 해야 한다. 하드웨어 관점에서 주요 제한은 크기와의 적합 한 구성 요소입니다. 전체 크기를 최소화 하려면 표면 실장 부품의 소형 포장 때문에 선호 됩니다. 최고의 솔루션 맨 손으로 칩을 통합 하는 기판에 죽을 것입니다. 그러나,이 두 구성 요소에 대 한 맨 손으로 다 포장 옵션 및 와이어 본딩 기술에의 접근에 의해 제한 됩니다. 두 번째 중요 한 매개 변수는 배터리. 리튬 배터리의 높은 에너지 밀도 때문에 선호 됩니다. 또한, 3.7 V의 공칭 전압 도움이 됩니다. 제시 하드웨어 토폴로지에서의 주요 이점은 그것의 작은 크기와 최소 침해 이다. 현재 솔루션7,8에 비해 제시 솔루션 작은 크기 이며 외부 리드와는 neurostimulator의 피하 주입에 대 한 필요 없이 submucosa에 직접 이식 될 수 있습니다.
하드웨어 자체, 미래,를 제외 하 고 추가로 주의 장치에 주어질 필요가 있다. 첫 번째 점은 생체 적합성 및 밀폐11 플 가능한 거절을 피하기 위해입니다. 다른 플 원치 않는 마이그레이션 피하려고 submucosa 디바이스의 고정 이다.
내 시경 이식 중 가장 중요 한 단계는 장치 및 submucosal 주머니에 그것의 배치의 캡처. 한계는 커야, 관찰, 약 적어도 두 번 이식 될 장치 포켓의 크기 이다. 다음 문제는 주머니 안에 이식의 올바른 방향 이다. 내 시경 절차의 기술적 어려움에 존경으로이 메서드는 터널 절 개 또는 peroral 내 시경 myotomy (시)와 경험을 가진 전문가 게 전념 하 고 있습니다.
다음 문제가 있는 부분은 상대적으로 어려운 이상을 사용 하 여 주머니의 폐쇄 범위 클립. 그러나, 클립의이 종류를 사용 하 여 마이그레이션 및 장치의 거절을 방지합니다. 하드웨어의 관점에서이 기술의 한계는 하드웨어 개발 장비 필요한 정확도와 솔더를 포함 합니다. 장치는 나중에 수술과 짧은 시간 동안 견딜 수 있도록 설계 되었습니다. 따라서, 현재 인클로저와 함께 그것은 설계 되지 않았습니다 체 내 시간의 연장된 기간에 대 한 유지. 또한, 인클로저의 재질이 아니다 생체 나타내는 생존 실험의 경우 이식의 거부의 높은 위험. 이 기술을 개발할 수 있습니다 추가, 특히 생체와 밀폐형 인클로저 생존 모델 실험에 대 한 필수적인 개발 측면에서. 다음, 여러 집적 회로의 기능을 단일 응용 프로그램 특정 집적 회로로 집중 될 수 있습니다. 마찬가지로, 더 조밀한 장치를 만들기 위해 작은 표면 장착 구성 요소를 사용할 수 있습니다. 이 연구의 다음 가능한 방향은 게르트, 요 실 금, 괄약근 장애12등 다른 위장 질환의 치료에 대 한 소설 endoscopical 방법의 발전으로 이어질 수 있습니다.
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Disclosures
이 작품 연구 프로젝트 채권-Q28에 의해 지원 하 고 프라하의 찰리 대학에 의해 수 여 되었다. 저자는 엉덩이에 감사합니다. 교수 1 월 Martínek, 박사 및 PIGMOD 센터.
Acknowledgments
저자 들은 아무 경쟁 금융 관심사 선언 합니다.
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).
