Summary
כתב היד מציג חיישן pH מושתל מיניאטורי עם פלט אלחוטי מווסת ASK יחד עם מעגל מקלט פסיבי לחלוטין המבוסס על דיודות שוטקי עם אפס הטיה. פתרון זה יכול לשמש כבסיס לפיתוח של מכשירי טיפול electrostimulation מכויל in vivo לניטור pH אמבולטורי.
Abstract
ניטור pH אמבולטורי של ריפלוקס פתולוגי הוא הזדמנות להתבונן בקשר בין הסימפטומים לבין חשיפה של הוושט צרבת או לא חומצי. מאמר זה מתאר שיטה לפיתוח, ייצור והשתלה של חיישן pH זעיר התומך אלחוטית. החיישן מתוכנן להיות מושתל אנדוסקופי עם קליפ hemostatic יחיד. מקלט פסיבי לחלוטין המבוסס על דיודת שוטקי עם אפס הטיה נבנה ונבדק גם הוא. כדי לבנות את ההתקן, נעשה שימוש בלוח מעגלים מודפס דו-שכבתי וברכיבים מחוץ למדף. מיקרו-בקר זעיר עם ציוד היקפי אנלוגי משולב משמש כקצה קדמי אנלוגי לחיישן טרנזיסטור בעל אפקט שדה רגיש ליונים (ISFET) ולייצור אות דיגיטלי המועבר עם שבב משדר משרעת. ההתקן מופעל על-ידי שני תאים אלקליין ראשיים. המכשיר המושתל בעל נפח כולל של 0.6 ס"מ ומשקל של 1.2 גרם, וביצועיו אומתו במודל ex vivo (ושט חזירי ובטן). לאחר מכן, מקלט פסיבי בעל טביעת רגל קטנה, אשר ניתן לשלב בקלות במקלט חיצוני או במומחה הנוירוסטימולטור המושתל, נבנה והוכח כמקבל את אות ה- RF מהשתל כאשר הוא נמצא בסמיכות (20 ס"מ) אליו. הגודל הקטן של החיישן מספק ניטור pH רציף עם חסימה מינימלית של הוושט. החיישן יכול לשמש בפועל קליני שגרתי לניטור pH הוושט 24/96 h ללא צורך להכניס קטטר לאף. אופיו "בעל הספק אפס" של המקלט מאפשר גם שימוש בחיישן לכיול אוטומטי של התקני גירוי עצבי של הוושט התחתון. בקרה פעילה מבוססת חיישנים מאפשרת פיתוח אלגוריתמים מתקדמים כדי למזער את האנרגיה המשמשת להשגת תוצאה קלינית רצויה. אחת הדוגמאות של אלגוריתם כזה תהיה מערכת לולאה סגורה לטיפול ברמת גירוי עצבי לפי דרישה של מחלת ריפלוקס גסטרו-ושט (GERD).
Introduction
קונצנזוס מונטריאול מגדיר מחלת ריפלוקס gastroesophageal (GERD) כמו "מצב המתפתח כאשר refluxing התוכן של הבטן גורם לתסמינים לא נעימים ו /או סיבוכים". זה עשוי להיות קשור לסיבוכים ספציפיים אחרים כגון ההחמרות הוושט, הוושט של בארט, או אדנוקרצינומה הוושט. GERD משפיע על כ-20% מהאוכלוסייה הבוגרת, בעיקר במדינות עם מצב כלכלי גבוה1.
ניטור חומציות אמבולטורי של ריפלוקס פתולוגי (זמן חשיפה לחומצה של יותר מ -6%) מאפשר לנו להבחין בין הסימפטומים לבין ריפלוקס גסטרו-ושט חומצי או לא חומצי2,3. בחולים שאינם מגיבים לטיפול PPI (מעכב משאבת פרוטון), ניטור pH יכול לענות אם זה ריפלוקס גסטרו-ושט פתולוגי ומדוע המטופל אינו מגיב לטיפול PPI סטנדרטי. אפשרויות ניטור pH ועכבות שונות מוצעות כעת. אחת האפשרויות החדשות יותר היא ניטור אלחוטי באמצעות התקנים מושתלים4,5.
GERD קשורה עם הפרעת הסוגר הוושט התחתון (LES), שבו הצירים המוצגים במהלך מנומטריה הוושט אינם פתולוגיים אבל יש משרעת מופחתת GERD לטווח ארוך. LES מורכב שריר חלק ושומר על התכווצויות טוניק בשל גורמים מיוגניים ונוירוגניים. זה מרגיע בשל עיכוב בתיווך vagal מעורבים תחמוצת החנקן כמו נוירוטרנסמיטר6.
גירוי חשמלי עם שני זוגות של אלקטרודות הוכח להגדיל את זמן ההתכווצות של LES במודל ריפלוקס כלבים7. הרפיה של LES כולל הלחץ שיורית במהלך הבליעה לא הושפעו גירוי בתדר נמוך וגבוה כאחד. גירוי בתדר גבוה הוא בחירה ברורה מכיוון שהוא דורש פחות כוח ומאריך את חיי הסוללה.
למרות טיפול אלקטרוסטימולציה (ET) של הסוגר הוושט התחתון הוא מושג חדש יחסית בטיפול בחולים עם GERD, טיפול זה הוכח להיות בטוח ויעיל. צורה זו של טיפול הוכח לספק הקלה משמעותית ומתמשכת מן הסימפטומים של GERD תוך ביטול הצורך בטיפול PPI והפחתת חשיפה חומצה הוושט8,9,10.
חיישן ה- pH החדיש הנוכחי לאבחון GERD הוא התקן בראבו11,12. בנפח מוערך של 1.7 cm3, זה יכול להיות מושתל ישירות לתוך הוושט עם או בלי משוב אנדוסקופי חזותי ומספק 24 שעות + ניטור של pH בוושט.
בהתחשב בכך טיפול electrostimulation היא אחת החלופות המבטיחות ביותר לטיפול GERD לא מגיב לטיפול סטנדרטי8,13, זה הגיוני לספק את הנתונים מחיישן ה- pH לנוירוסטימולטור. המחקר האחרון מראה דרך ברורה להתפתחות עתידית בתחום זה אשר יוביל מכשירים מושתלים All-in-One נוקשים אשר ישכון באתר של גירוי עצבי14,15. לשם כך, ISFET (טרנזיסטור אפקט שדה רגיש יונים) הוא אחד הסוגים הטובים ביותר של חיישנים בגלל אופיו הזעיר, האפשרות של שילוב על שבב של אלקטרודה ייחוס (זהב במקרה זה), ורגישות גבוהה מספיק. על סיליקון, ISFET דומה למבנה של MOSFET סטנדרטי (תחמוצת מתכת מוליך למחצה שדה אפקט טרנזיסטור). עם זאת, השער, המחובר בדרך כלל למסוף חשמלי, מוחלף בשכבה של חומר פעיל במגע ישיר עם הסביבה. במקרה של ISFETs רגישים ל- pH, שכבה זו נוצרת על ידי סיליקון nitride (Si3N4)16.
החיסרון העיקרי של מכשירים מושתלים אנדוסקופיים הוא המגבלה המובנית של גודל הסוללה, אשר עלול להוביל לאורך חיים מופחת של מכשירים אלה או להניע את היצרנים לפתח אלגוריתמים מתקדמים שיספקו את האפקט הנדרש בעלות אנרגיה נמוכה יותר. אחת הדוגמאות של אלגוריתם כזה תהיה מערכת לולאה סגורה לטיפול בגינוי עצבי לפי דרישה של GERD. בדומה למוני גלוקוז רציפים (CGM) + מערכות משאבת אינסולין17, מערכת כזו תעסיק חיישן pH בוושט או חיישן אחר כדי לזהות את הלחץ הנוכחי של הסוגר הוושט התחתון יחד עם יחידת גירוי עצבי.
התגובה לטיפול גירוי עצבי ואת הדרישות עבור דפוסי גירוי עצבי יכול להיות אינדיבידואלי13. לכן, חשוב לפתח חיישנים עצמאיים שיכולים לשמש לאבחון ואפיון של תפקוד לקוי או להשתתף באופן פעיל בכיול מערכת גירוי עצבי על פי הדרישות האישיות של החולים18. חיישנים אלה צריכים להיות קטנים ככל האפשר כדי לא להשפיע על הפונקציונליות הרגילה של האיבר.
כתב יד זה מתאר שיטה של עיצוב וידוק של חיישן pH מבוסס ISFET עם משדר משרעת-shifting (ASK) ומקלט פסיבי בעל טביעת רגל קטנה. בהתבסס על הארכיטקטורה הפשוטה של הפתרון, נתוני ה- pH יכולים להתקבל על ידי מקלט חיצוני או אפילו neurostimulator מושתל ללא כל נפח משמעותי או עונש כוח. אפנון ASK נבחר בשל אופיו של המקלט הפסיבי, המסוגל לזהות רק כוח אות RF שהתקבל (המכונה לעתים קרובות "עוצמת אות שהתקבלה"). התרשים הסכמטי, המוטבע כחומר משלים, מציג את בניית ההתקן. הוא מופעל ישירות משתי סוללות אלקליין AG1, המספקות מתח בין 2.0-3.0 V (בהתבסס על מצב הטעינה). הסוללות מפעילות את המיקרו-בקר הפנימי, המשתמש ב- ADC (ממיר אנלוגי לדיגיטלי), DAC (ממיר דיגיטלי לאנלוגי), מגבר תפעול פנימי וציוד FVR (ייחוס במתח קבוע) כדי להטות את חיישן ה- pH של ISFET. מתח "שער" וכתוצאה מכך (אלקטרודה התייחסות הזהב) הוא פרופורציונלי ל- pH של הסביבה שמסביב. זרם זהות יציב מסופק על ידי נגד חישת R2 בצד נמוך. המקור של חיישן ISFET מחובר לקלט הלא הפוך של המגבר התפעולי, בעוד שהקלט ההפוך מחובר למתח היציאה של מודול DAC המוגדר ל- 960 mV. הפלט של המגבר התפעולי מחובר לפין הניקוז של ISFET. מגבר תפעולי זה מווסת את מתח הניקוז כך שהפרש המתח בנגד R2 הוא תמיד 960 mV; לכן, זרם הטיה קבוע של 29 μA זורם דרך ISFET (כאשר בפעולה רגילה). מתח השער נמדד לאחר מכן באמצעות ADC. לאחר מכן, המיקרו-בקר מפעיל את משדר ה-RF באמצעות אחד מפיני ה-GPIO (קלט/פלט למטרה כללית) ומשדר את הרצף. מעגל משדר RF כרוך ברשת קריסטלית ומתאימה התואמת את הפלט ל-50 Ω עכום.
לניסויים שהוכחו כאן, השתמשנו בקיבה של חזיר עם חלק ארוך של הוושט רכוב במודל פלסטיק סטנדרטי. זהו מודל נפוץ לתרגול טכניקות אנדוסקופיות כגון ESD (ניתוח תת-אמוסקופי אנדוסקופי), שיר (מיוטומיה אנדוסקופית אוראלי), כריתה רית אנדוסקופית (EMR), המוסטזיס וכו '. לגבי הפרמטרים האנטומיים הקרובים ביותר האפשריים המתקרבים לאיברים אנושיים, השתמשנו בקיבה ובוושט של חזירים במשקל 40-50 ק"ג.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
במחקר זה לא היו מעורבים בעלי חיים חיים. הניסוי בוצע במודל ex vivo המורכב מוושט חזירי ובטן. הקיבה והוושט נרכשו מקצבייה מקומית כמוצר הסטנדרטי שלהם. הליך זה הוא בהתאם לחוקים הצ'כיים, ואנו מעדיפים אותו בגלל עיקרון "3R" (החלפה, הפחתה ועידון).
1. ייצור הרכבה של חיישן ה-pH
הערה: שים לב לאמצעי זהירות לטיפול ברכיבים רגישים לפריקה אלקטרוסטטית (ESD) לאורך ייצור הרכבת חיישן ה- pH. היזהר בעת עבודה עם ברזל הלחמה.
- הנח את חיישן ה- pH של ISFET מותקן על לוח מעגלים מודפס (PCB) על משטח שטוח. אתר את אנשי הקשר הניתנים להלחמה.
- לקצץ את המגעים הלחמה, כך האורך שלהם הוא לא יותר מ 3 מ"מ.
- הלחמה קטע של 15 מ"מ של כבל מצופה אתילן פרופילן פלואורי (FEP) לאלקטרודות ההלחמה של חיישן ה- pH. אין לנקות באופן מכני או כימי את ההרכבה החשופת למות. נסה למנוע זיהום של למות ו PCB עם שטף במהלך הלחמה.
- בדוק את הרכבת חיישן ה- pH תחת מיקרוסקופ עבור מעגלים ומכנסיים קצרים פתוחים. לאחר מכן, בדוק את המכנסיים הקצרים עם בודק פתוח קצר. הרכבה מוכנה כהלכה בשלב זה מוצגת באיור 1.
- לנקות את הרכבה חיישן pH בניקוי קולי במשך 5 דקות ב 70 °C (70 °F) בתמיסה של 5% של מסיר שטף במים. הטווח האופטימלי של כוח אולטרסאונד הוא 50-100 W / l. אין לחרוג מ- 100 W/l.
- לשטוף את הרכבה חיישן pH באלכוהול איזופרופיל כיתה טכנית לפחות 3 דקות ולתת לו להתייבש בתנור ב 80 °C (70 °F) במשך 15 דקות.
- הנח את כל חיישני ה- pH על משטח שטוח (במקרה שהכפלות מוכנות בו זמנית) לפני שתמשיך לשלב הבא.
- מערבבים כמות מתאימה של אפוקסי בשני חלקים לתמצית האלקטרודות המולחמות. השתמש מינימום של 2 מ"ל כדי לאפשר ערבוב יסודי. השתמש אפוקסי אטום שחור כדי לאפשר בדיקה מאוחר יותר - חלקים של החיישן חשוף לסביבה ייראו קל יותר כפי שהם לא יהיו אפוקסי אטום עליהם
- מעבירים את האפוקסי המעורב למזרק בגודל 1 מ"ל עם מחט שטוחה בגודל 0.5 מ"מ.
- מצפים לאזור ההלחמה של חיישני pH באפוקסי. הקפד לצפות את כל האזור של אלקטרודות PCB ואת החוט החשוף.
- תן את אפוקסי לרפא או בטמפרטורה בחדר או בטמפרטורה גבוהה (80 °C מקסימום), עבור מחקר זה 50 °C (50 °C) שימש עם אפוקסי המפורטים בטבלת החומרים.
- בדוק את האזור המצוי תחת מיקרוסקופ. אם נחשפים חלקי מתכת לא מצופים (אלקטרודה PCB או חוט) , חזור על שלבים 1.8-1.11 עד שאין סימנים חזותיים של מתכת לא מצופה.
- קיצצו את החוטים לאורך ולזווית המוצגים באיור 2. מצפים את הקצוות עם הלחמה כדי למנוע השחקות.
2. ייצור ההרכבה האלקטרונית
הערה: שים לב לאמצעי זהירות לטיפול ברכיבים רגישים ל-ESD לאורך ייצור האלקטרוניקה. היזהר בעת עבודה עם ברזל הלחמה ואקדח אוויר חם.
- מקם את ה- PCB (מיוצר בהתבסס על הקבצים המשלימים "pcb1.zip" ודיאגרמה סכמטית "סכמטית.png") על משטח שטוח, רכיבים בצד למעלה.
- יש למרוח משחת הלחמה על כל הרפידות החשופות מצופות זהב.
- הניחו את כל הרכיבים הפסיביים והפעילים באמצעות פינצטה לפי איור 3 וטבלת החומרים.
- מחממים את ה- PCB עם אקדח האוויר החם כדי להלחים את הרכיבים. מחממים את ה- PCB בהדרגה ל -150 מעלות צלזיוס למשך 2 דקות כדי לגרש שאריות מים מהחבילות ולהפעיל את השטף במשחה הלחמה. לאחר מכן, לחמם את PCB ל 260 °C (50 °F) כדי הלחמה את הרכיבים. תן PCB להתקרר לטמפרטורת החדר, לא להזיז אותו במהלך כל תהליך ההלחמה.
- לאחר הלחמה וקירור לטמפרטורת החדר, בדוק את ה- PCB תחת מיקרוסקופ כדי לאמת את המיקום הנכון של כל הרכיבים והמכנסיים הקצרים. אם לא נצפו מכנסיים קצרים או מיקום רכיב שגוי, דלג על שלב 2.6.
- תקן כל מכנסיים קצרים או מיקום רכיב שגוי עם אקדח הלחמה או אקדח אוויר חם. עבור לשלב 2.5.
- חוטי הלחמה 5 לרכיבים (מוליכי הספק ותכנות) כפי שמוצג באיור 4.
- כדי לחבר את ה- PCB למתכנת, חבר את החוטים המולחמים בשלב 2.7. למחבר של המתכנת.
- קושחת התוכנית (ראה תוצאות מייצגות לקבלת הסבר מפורט על איזה קובץ להשתמש) למיקרו-בקר. השתמש בהליך המתואר קודם לכן כדי להגדיר את תוכנת התכנות19. הגדר את המתכנת כדי להפעיל את המכשיר עם מתח של כ 2.5 V. דה הלחמה 5 חוטים לאחר תכנות.
- הנח את ה- PCB על משטח שטוח, בצד הרכיב למעלה. הלחימו את חוט אנטנת הנחושת AWG38 (אורך של 3 ס"מ) כפי שמוצג באיור 5 ועטפו אותו סביב קצה ה-PCB. תקן את חוט האנטנה לקצה ה- PCB עם דבק ציאנואקרילט. הלחמה את שני מגשרי החוטים האחרים עם חוט נחושת SWG38 כפי שמוצג באיור 5. הימנע ממגע חשמלי עם רכיבים אחרים.
- שים את PCB על משטח שטוח, בצד הרכיב כלפי מטה.
- הלחמה של שני מחזיקי סוללות לחלק הנגדי של PCB, כפי שמוצג באיור 6.
- הלחם את הרכבת חיישן ה-pH למסופים ב-PCB, כפי שמוצג באיור 7.
- הכנס שתי סוללות AG1 למחזיקי הסוללה.
הערה: אל תמשיך בשלב זה ובצעדים הבאים בסעיף זה לפני 24 שעות לפני בדיקה והשתלה אנדוסקופית של החיישן. - הכן כמות מתאימה של אפוקסי כמתואר בשלב 1.8. לתמצית ההתקן.
- לתמצת את המכשיר עם אפוקסי באמצעות אותו הליך המתואר בשלב 1.9 (מזרק עם מחט). תן את אפוקסי לרפא בטמפרטורת החדר או טמפרטורה מעט גבוהה (לא יעלה על 50 °C (50 °F) בגלל נוכחות של סוללות). ראו איור 8 לקבלת תוצאות אנקפסולציה נכונות.
- צרו וו חוט טיטניום לפי איור 9.
הערה: טיטניום (כיתה II) נבחרה בשל תאימות ביולוגית ורשומה של שימוש במכשירים רפואיים מושתלים. נירוסטה ניתן להשתמש, מדי. עם זאת, הסוג וטיפול בחום חייב להיבחר בזהירות כמו כמה סוגי נירוסטה הם שבירים מאוד. - חברו את וו החוט למכשיר עם טיפה של אפוקסי מרפא במהירות (ראו איור 10) ותנו לו להתרפא בטמפרטורת החדר או בטמפרטורה מעט גבוהה (מקסימום 50 °C). חיישן ה- pH ממוקם בצד השמאלי התחתון של ההתקן המושתל.
- החיישן מופעל 24 שעות לאחר החדרת הסוללות. בינתיים, להמשיך עם שלב 3.
הערה: השהה את הפרוטוקול כעת אם השלמת שלב 3 בתוך 24 שעות לאחר החדרת הסוללות אפשרית.
3. ייצור מקלט רקנה פסיבי
- מניחים את PCB (מיוצר על בסיס הקובץ המשלים "pcb2.zip"). עבור rectenna על משטח שטוח.
- הלחימו את הרכיבים בשיטת הדבקת הלחמה המתוארת בשלבים 2.2-2.6 או השתמשו באקדח הלחמה לפי איור 11A.
הערה: אם הנסיין מחליט לייצר שוב את מקלט rectenna (הוא יוצר בעבר והתאם) או אינו מעוניין להמשיך עם התאמת מקלט, השתמש בערכי הרכיבים שנקבעו בעבר על-ידי הנסיין או סופקו באיור 11B ולדלג על שלבים 3.5-3.7. - הלחמה של מחבר SMA ל- PCB.
- בדוק את PCB תחת מיקרוסקופ. אם נצפתה מכנסיים קצרים או מיקום רכיב שגוי, תקן את הבעיות.
- צרף קלט מנתח רשת וקטורי למחבר SMA.
- הקלט את תרשים S11 Smith של rectenna מ 300-500 MHz עם רוחב פס רזולוציה של 1 kHz. שים לב לתגובה ורשום את העכבה ב- 431.7 MHz. השתמש בתוכנת מחשבון תואמת מכשולים כדי לקבוע את הערכים של רכיבים תואמים. תרשים סמית לדוגמה מוצג באיור 12A.
- הלחימו את הרכיבים התואמים לעקלה ובחנו תחת מיקרוסקופ לקצר חשמלי ומיקום רכיבים.
- מדדו שוב עם מנתח הספקטרום ואשרו שיחס הגלים העומד במתח (VSWR) הוא מתחת ל-3 בין 300 ל-500 מגה-הרץ (בתוך מעגל הציאן החיצוני המוצג באיור 12B). אם לא, חזור על הפעולה עם רכיבים תואמים שונים או המשך עם הביצועים המופחתים של rectenna בראש.
- חבר את אנטנת הפס של 433 מגה-הרץ למחבר SMA. חבר אוסצילוסקופ לפלט המשען.
- הגדר את האוסצילוסקופ לפעולה בערוץ יחיד, בסיס זמן מתגלגל, מצב DC, בסיס זמן של 500 ms/div וקנה מידה של מתח 5 mV/div.
4. בדיקת המכשיר
הערה: השלבים הבאים דורשים שימוש בכימיקלים. למד את גליונות נתוני הבטיחות החומרית של הכימיקלים מראש והשתמש בציוד מגן מתאים ובשיטות מעבדה נפוצות בעת מניפולציה.
- בדוק את הפלט של החיישן על ידי התבוננות באות המוצג על האוסצילוסקופ. פלט המדגם מוצג באיור 13,14. ההתקן יהיה פעיל לאחר 24 שעות לאחר החדרת הסוללות. תקופת העברת הפלט של חיישן ה- pH משתנה בהתאם לקובץ שתוכנת למיקרו-בקר (ראה תוצאות מייצגות להסבר מפורט).
- הכן 2% תמיסה חומצה הידרוכלורית (לנקוט זהירות בעת טיפול בחומצה הידרוכלורית). הכן פתרונות חיץ 100 mM של pH 4 (אשלגן מימן פתלט / חומצה הידרוכלורית), pH 7 (אשלגן דיהידרוגן פוספט / נתרן הידרוקסיד), ו- pH 10 (נתרן קרבונט / נתרן מימן קרבונט) באמצעות נהלי מעבדה סטנדרטיים ולסמן את הכוסות.
- אמת את רמת ה- pH של כל ארבעת הכלים באמצעות מד pH מכויל. התאימו במידת הצורך.
- תטביעו את הקפסולה בכל ותקליטו לפחות 3 דגימות. מדוד את התקופה שבין הפעימה השנייה והשלישית ומלא אותה בגיליון האלקטרוני שסופק (קובץ משלים 1). קבע את מקדמי הכיול עבור חיישן ה- pH באמצעות הגיליון האלקטרוני.
- לאחר הכיול, למדוד את הזמן בין הפעימה השנייה והשלישית ולהכניס אותו לתוך הגיליון האלקטרוני כדי לקבוע את ה- pH של הפתרון שאליו נחשף חיישן ה- pH.
5. השתלה אנדוסקופית של החיישן
- הכן דגם חזירים אנדוסקופי ex vivo המורכב מהקיבה וקטע ארוך של הוושט.
- תפסו את החיישן מבחוץ עם קליפ hemostatic, כפי שמוצג באיור 15 ובאיור 16.
- הכנס את האנדוסקופ עם החיישן בקליפ בדרך הרגילה לדגם.
- מקם את הקליפ עם החיישן קרוב הסוגר הוושט התחתון.
- לסובב את האנדוסקופ נגד קיר הוושט, לפתוח את הקליפ ולאחר מכן לדחוף לכיוון הקיר הוושט. סגור את הסרטון ושחרר את הסרטון. החיישן יישאר מחובר לקיר הוושט במיקום הרצוי, כפי שמוצג באיור 17D ובאיור 17E.
- לחלץ את האנדוסקופ.
6. ניסוי לאחר ההשתלה
הערה: השלבים הבאים דורשים שימוש בכימיקלים. למד את גליונות נתוני הבטיחות החומרית של הכימיקלים מראש והשתמש בציוד מגן מתאים ובשיטות מעבדה נפוצות בעת מניפולציה.
- מקם את המקלט בטווח של 10 ס"מ (מרבי) מהחיישן המושתל.
- הזריקו 50 מ"ל לפתרונות עם ערכי pH שונים לוושט, כפי שמוצג באיור 18, וצפו בשינויים בתגובת החיישן. לחזור על האנדוסקופ לאחר כל זריקה ולקרוא את הערך לא לפני 30 s לאחר ההזרקה. לשטוף את הוושט עם 100 מ"ל של מים deionized בין הזרקת פתרונות עם pH שונה.
- השתמש בגיליון האלקטרוני (קובץ משלים 1) כדי לחשב את ה- pH הנמדד על-ידי החיישן.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
התקן המסוגל חישת pH אוטונומית ושידור אלחוטי של ערך ה-pH נבנה בהצלחה, כפי שמוצג באיור 8. המכשיר הבנוי הוא דגם מיניאטורי; הוא שוקל 1.2 גרם ויש לו נפח של 0.6 cm3. הממדים המשוערים הם 18 מ"מ x 8.5 מ"מ x 4.5 מ"מ. כפי שניתן לראות באיור 15, איור 16 ואיור 17, ניתן להשתיל אותו לקרבה של הסוגר הוושט התחתון עם קליפ המוסטטי אחד; אין צורך באביזרים מיוחדים. מבט מפורט על ושט ניתח עם החיישן המושתל מוצג באיור 19.
מקלט rectenna הפסיבי יש טביעת רגל כוללת של 22 מ"מ בלבד למרות שהוא מותאם להלחמה ידנית. כאשר מקלט rectenna הפסיבי הוא לשים לקרבה של התקן חישת pH (10 ס"מ) כאשר במצב פעיל (24 שעות לאחר החדרת סוללות עד פריקה מלאה של הסוללות), קוצים מתח ברור ניתן לראות כאשר המכשיר משדר. זה מוצג באיור 13. שני הפולסים הקצרים הראשונים (75 אלפיות השנייה) הם פולסים סנכרון. המרחק בין סוף הפעימה השנייה לתחילת הפעימה השלישית הוא פרופורציונלי למתח Vgs של ISFET מופחת על ידי 800 mV (100 ms = 900 mV, 200 ms = 1000 mV, וכו '). מתח זה מתרגם באופן ליניארי ל- pH של הסביבה שבה החיישן נתון.
בהתבסס על כיול פשוט של שתי נקודות עם מאגרי pH של pH 4 ו- pH 10 (טבלה 1), החיישן יכול להחזיר קריאות ערך pH יציבות וחוזרות (טבלה 2). בסך הכל נעשה שימוש בארבעה פתרונות שונים עם pH ידועים-pH 0.6 (פתרון 160 מ"מ של חומצה הידרוכלורית במים, המחקה את חומצת הקיבה20) ומאגרי כיול עם pH 4, pH 7 ו- pH 10. ערכי ה- pH של השגיאה הממוצעת של החיישן היו 0.25 ו- 0.31 כאשר נבדקו בפתרונות בכוסות ובדגם ex vivo , בהתאמה. סטיות התקן של השגיאות היו 0.30 ו- 0.36, בהתאמה.
כאשר בסמיכות של המשדר (10 ס"מ), rectenna הפסיבי מייצר אות עם משרעת של לפחות עשרות מילבולטים אשר ניתן לזהות בקלות על ידי משווה פשוט או מוגבר עם מגבר תפעולי אולטרה-נמוך quiescent זרם. להשפעה של אנטנת טלפון נייד עם שיחת GSM פעילה יש השפעה שלילית מינורית בלבד על קבלת הנתונים מהחיישן, כפי שהודגם באיור 14. פסגות שידור הטלפון הנייד ניתן לסנן על ידי RC / LC פסיבי פשוט (נגד-קבל / קבל משרן-קבל) כפי שהם מהווים חלק בתדר גבוה של האות (התדירות שלהם היא בדרך כלל מעל 500 הרץ).
באחד ההתקנים, נעשה במכוון קצר חשמלי בין כל שלוש האלקטרודות של ISFET כדי להראות כיצד התנהגות ההתקן משתנה כאשר ההתקן מורכב באופן שגוי. במקרה זה, לא נצפתה תגובת מתח-pH, ומתח השער שווה למתח הניקוז, שהוא מתח אריזת הסוללה (2-3.2 V). ממיר AD, שאליו מופנה הפניה פנימית של 2.048 V, מחזיר את הערך הגבוה ביותר האפשרי, המתרגם ל- 2048 mV. רעש עלול לגרום לתנודות קלות בפלט ADC.
שתי גרסאות של קושחה שניתן לתכנת למכשיר פותחו ונבדקו. הראשון (firmware_10s.zip) מיועד לניסויים קצרי טווח שבהם ערך ה- pH מועבר כל 10 s. זה מספק נקודות נתונים נוספות עבור העלות של חיי סוללה מופחתים, אשר מוגבל סביב 24-30 שעות. השני (firmware_1min.zip) מיועד לניסויים ארוכי טווח. ערך ה- pH משודר פעם אחת לדקה. משך החיים של החיישן עם תדר דגימה נמוך יותר הוא סביב 5-6 ימים. יש גם גירסה של הקושחה (בדיקת קושחה.zip), אשר אינו כולל את עיכוב 24 שעות. ניתן להשתמש בקובץ זה לבדיקת הפונקציונליות הנכונה של האלקטרוניקה לפני אנקפסולציה. לחלופין, ניתן לשנות את ההשהיה על-ידי שינוי הקוד והיcompililing של הפרוייקט מחדש. העיכוב יושם כדי לאפשר תרופה מלאה של אפוקסי או אפשרות כאשר המכשיר מיוצר באתר אחר מאשר חדר הניתוחים האנוסקופי. עם ההשהיה שהוצגה, חיי ההפעלה השימושיים של ההתקן מוגדלים.
איור 1: הרכבה של חיישן pH לפני החיתוך הסופי אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: הרכבה של חיישן pH לאחר החיתוך הסופי אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: דיאגרמת מיקום עבור החיישן המושתל (ראה טבלת חומרים לערכי רכיבים). סיכה 1 מסומנת כנקודה אדומה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: מיקום חוטי תכנות אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: מיקום חוטי אנטנה וחוטי מגשר אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 6: מיקום מחזיקי הסוללות אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 7: הלחמה של הרכבת חיישן ה-pH לאלקטרוניקה אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 8: חיישן עטוף מוגמר. (A) תצוגה צדדית, (B) תצוגה אחורית נא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 9: וו חוט טיטניום אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 10: התקשרות של וו החוט למכשיר המושתל אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 11: דיאגרמת מיקום עבור rectenna. (A) עם רכיבים תואמים, (B) ללא רכיבים תואמים, מוכן להתאמה עם מנתח רשת וקטורי אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 12: תרשים סמית. (A) rectenna ללא תחרות, (B) התאים רקנה אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 13: תגובה לדוגמה של הנכנעה לנתונים הנכנסים מהחיישן אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 14: תגובה לדוגמה כאשר בנוכחות רעש RF (טלפון סמוך עם שיחת GSM פעילה). (A) 20 ס"מ בין קצה הטלפון למקלט, (B) 10 ס"מ בין קצה הטלפון למקלט, (C) 5 ס"מ בין קצה הטלפון למקלט אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 15: תמונה של האנדוסקופ עם קליפ המוסטטי וחיישן pH מושתל אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 16: חיישן pH מושתל נאחז בסרטון המוסטטי בכובע אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 17: השתלת החיישן. (א) החדרת האנדוסקופ עם חיישן ה- pH המושתל לדגם, (B) מקום ההשתלה - 3 ס"מ מעל צומת הגסטרו-ושט, (C) הכנת מיקום הקליפ, (D) הקליפ הוצב בהצלחה, (E) תצוגה של חיישן ה- pH של ISFET, מושתל בקרבה של הסוגר הוושט התחתון אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 18: הזרקת פתרון מאגר ה- pH דרך ערוץ האנדוסקופ אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 19: ושט ניתח של דגם האקס ויוו עם החיישן המושתל אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
| נתוני כיול | ||
| ערך pH (cal. meter) [-] | אורך דופק [ms] | calc. וולט. פלט [mV] |
| 3.98 | 400 | 1200 |
| 10.01 | 710 | 1510 |
טבלה 1: נתוני כיול לדוגמה
| נתונים מדודים | ||||
| ערך pH (cal. meter) [-] | calc. וולט. פלט [mV] | pH משוער [-] | שגיאה [שרירי בטן] | שגיאה [%] |
| 0.62 | 1010 | 0.28 | -0.34 | -54% |
| 3.98 | 1200 | 3.98 | 0.00 | 0% |
| 10.01 | 1490 | 9.62 | -0.39 | -4% |
| 0.62 | 1020 | 0.48 | -0.14 | -23% |
| 7.01 | 1350 | 6.90 | -0.11 | -2% |
| 3.98 | 1220 | 4.37 | 0.39 | 10% |
| 10.01 | 1480 | 9.43 | -0.58 | -6% |
| 3.98 | 1210 | 4.17 | 0.19 | 5% |
| 7.01 | 1350 | 6.90 | -0.11 | -2% |
| סטייה std. של pH [-] | 0.30 | |||
| שגיאה ממוצעת [-] | 0.25 | |||
טבלה 2: נתונים מדודים (בדיקה עם כורסות)
| נתונים מדודים | ||||
| ערך pH (cal. meter) [-] | calc. וולט. פלט [mV] | pH משוער [-] | שגיאה [שרירי בטן] | שגיאה [%] |
| 0.62 | 1010 | 0.28 | -0.34 | -54% |
| 3.98 | 1220 | 4.37 | 0.39 | 10% |
| 7.01 | 1340 | 6.70 | -0.31 | -4% |
| 10.01 | 1520 | 10.20 | 0.19 | 2% |
| סטייה std. של pH [-] | 0.36 | |||
| שגיאה ממוצעת [-] | 0.31 | |||
טבלה 3: נתונים מדודים (בדיקה במודל ex vivo )
קובץ משלים 1: גיליון אלקטרוני.xlsx. גיליון אלקטרוני לכיול ועיבוד הנתונים מהחיישן לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ משלים 2: pcb1.zip. גרבר ייצור נתונים עבור המכשיר מושתל אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ משלים 3: pcb2.zip. גרבר ייצור נתונים עבור המקלט אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ משלים 4: firmware_10s.zip. קושחה עבור microcontroller עם תקופת שידור 10 s אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ משלים 5: firmware_1min.zip. קושחה עבור microcontroller עם תקופת שידור 1 דקות אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ משלים 6: בדיקת קושחה.zip. קושחה עבור microcontroller ללא השהיה 24 שעות לפני ההפעלה אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ משלים 7: תרשים סכמטי של האלקטרוניקה אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
שיטה זו מתאימה לחוקרים העובדים על פיתוח מכשירים רפואיים מושתלים פעילים חדשניים. זה דורש רמה של מיומנות בייצור של אבות טיפוס אלקטרוניים עם רכיבי הרכבה על פני השטח. השלבים הקריטיים בפרוטוקול קשורים לייצור האלקטרוניקה, במיוחד אכלוס ה- PCB, הנוטה לשגיאת מפעיל במיקום והלחמה של רכיבים קטנים. לאחר מכן, אנקפסולציה נכונה חיונית כדי להאריך את משך החיים של המכשיר כאשר הוא חשוף ללחות ונוזלים. שיטת ההשתלה תוכננה תוך התחשבות בפשטות. הסיכון לנקב את הוושט או תופעות לוואי אחרות במהלך ההשתלה הוא מינימלי. קליפים Hemostatic נמצאים בשימוש נרחב בפועל קליני; לכן, אין צורך בהכשרה מיוחדת לביצוע ההשתלה.
ניתן לשנות את המכשיר בקלות כדי ללוות חיישנים אחרים עם יציאת מתח, כלומר, חיישנים התנגדות וחיישני ISFET אחרים. זה נותן גמישות רבה לנצל את כל הרעיון בתחומים אחרים של מחקר ופרקטיקה קלינית; זה לא מוגבל למחקר של שיטות טיפול חדשניות של GERD במקרה של חיישן pH ISFET.
המכשיר הבנוי הוא מיניאטורי; הוא שוקל 1.2 גרם ותופס 60% פחות נפח (0.6 ס"מ3) מאשר חיישן ה-pH המושתל הממוסחר הקרוב ביותר. מזעור נוסף יכול להיות מושגת על ידי שילוב של ISFET על PCB עם חוטים מחוברים ישירות PCB. עם זאת, הדבר יגדיל משמעותית את מחסום הכניסה מבחינת הציוד הנדרש (יידרש לפחות חובר תיל ידני). כך הוצגה חלופה בת קיימא יותר מבחינה כלכלית עם חיישן ISFET ארוז מראש על ידי היצרן.
באשר למקור הכוח, תאי תחמוצת כסף/אלקליין/פחמן-אבץ 1.5 V מספקים ביצועים טובים יותר ומפשטים את עיצוב המעגל. השימוש בסוללות ליתיום ראשיות או בסוללות Li-Ion במארז זה עלול להוביל לבעיות פוטנציאליות. סוללות ליתיום ראשיות קטנות יש עמידות תפוקה גבוהה, אשר יגרום ירידות מתח משמעותיות, פוטנציאל המוביל חום החוצה של משדר מיקרו-בקר ו- RF. סוללות ליתיום-יון, לעומת זאת, אינן תואמות למיקרו-בקרים 3.3 V (מתח ההפעלה שלהן הוא סביב V 3.0-4.2), מה שמוסיף מורכבות למעגלים החשמליים (דרישה של ממיר רגולטור או DC/DC). מסיבות אלה, שני תאי לחצן V ראשיים של 1.5 הם סוג הסוללה הזמין ביותר בהתבסס על הזמינות, מתח ההפעלה והתנגדות היציאה הנמוכה מספיק.
החיישן מציג דיוק טוב לניטור pH בוושט; השגיאה הממוצעת של pH בדגם ex vivo הייתה 0.31 עם סטיית תקן של 0.36. למרות שלב הכביסה עם מים דה-יוניים בין כל תוספת חיץ, סטייה גדולה יותר במודל ex vivo יכול היה להיגרם על ידי ערבוב קל של פתרונות החיץ השונים בוושט, אשר ייתכן ששינה את ה- pH של הפתרונות. הרגישות של חיישן ה- pH המשומש ISFET כמעט עוקבת אחר המדרון הנרנסטי (-58 mV/pH תמורת 25 °C (51.7 mV/pH). הרגישות גבוהה יותר ממה שדווח בחיישני pH מבוססי אנטימון לניטור GERD (-45 mV/pH)21.
העיכוב של 24 שעות בין החדרת סוללות לתחילת שגרת השידור האלחוטית הוצג כדי להתאים לריפוי אפוקסי אנקפסולציה ומקרים שבהם המעבדה לייצור אלקטרוניקה נמצאת במיקום שונה מחדר הניתוחים האנוסקופי. ניתן לשנות עיכוב זה על-ידי שינוי קוד המקור והיכול מחדש של הקושחה.
בהתאם לאופי הניסוי, אשר ייעשה על ידי החוקרים, אפוקסי מתאים (עלות לעומת ביצועים) ניתן לבחור. הניסויים הראשוניים נעשו עם אפוקסי ברמה של כלי רכב, שהיה מתאים לניסויים ראשוניים אך לא לניסויים ב- vivo מנקודת ההרכב הביולוגי. לניסויי הישרדות, ייבחר אפוקסי ברמה רפואית התואם ISO10993 למגע ארוך טווח עם ריריות. כמו כן, ציפויים המשפרים את התפקוד הביולוגי (למשל, PTFE או פארילן) יכולים להפחית עוד יותר את שיעור הדחייה של השתל ו/או דלקת/גירוי של אתר ההשתלה.
מקלט rectenna פסיבי לחלוטין ניתן לשפר על ידי הטיית דיודות הגלאי כדי לשפר את הרגישות22,23. במקרה שנדרשת חסינות משופרת מפני הפרעות אלקטרומגנטיות או רעשי RF, ניתן לשנות עוד יותר את גלאי הדיודה על ידי הוספת מסנן SAW סלקטיבי מאוד בין קלט RF לגלאי דיודה24. אם נדרשת תקשורת ארוכת טווח, ניתן להשתמש במקלט ASK פעיל (או במקלט המוגדר על-ידי תוכנה - SDR). בשני המקרים, התדירות המרכזית של המקלט תוגדר ל- 431.73 מגה-הרץ (תדירות הגביש כפול 32 על ידי ה- PLL במעגל המשולב של משדר RF) ורוחב הפס ברזולוציה של כ- 150-250 קילו-הרץ. תדר היציאה של RF הוא גם מתח וגם תלוי טמפרטורה, ונסחף עד 50 קילו-הרץ מהתדר המרכזי נצפו במהלך פעולה רגילה. לאחר מכן ניתן לפקח על כוח הפלט ברצועה ולהשתמש בו כדי לפענח את ערך ה- pH בהתאם לפרוטוקול. מומלץ להשתמש במקלט פעיל לבדיקה ראשונית. אם נעשה שימוש בתוך מכשיר מושתל, הוא מגיע עם עלייה במורכבות ועונש אנרגיה גדול. הוא אינו יכול לספק את היתרון "אפס כוח" כי גלאי Schottky מספק.
כיום, כמעט כל המכשירים הרפואיים הפעילים המושתלים אינם מתוכננים תוך התחשבות ביכולת הדדית. התצורה שלהם נעשית באופן ידני על ידי מנתח או מטפל25 ואינו משתף פעולה. המכשיר המושתל המוצג בשיטה זו יחד עם מקלט rectenna פסיבי, מראה דרך לממש העברת נתונים חלקה מחיישן חד פעמי למכשיר מושתל אחר. בעוד מודולי RF זמינים מסחרית עבור התקנים מושתלים המבוססים על מושג הטרודין קיימים, מצב המקלט הוא כוח תובעני מאוד26. עם הפתרון המוצג, אין מקלט פעיל neurostimulator נדרש; המעגל יכול להיבנות להיות פסיבי לחלוטין. היתרונות העיקריים של לקיחת נתוני מטופל בזמן אמת בחשבון הם לשפר את היעילות של הטיפול ולהוריד באופן משמעותי את צריכת החשמל. לדוגמה, במקרה של טיפול GERD, חיישן pH המוצג בכתב היד ניתן להשתיל מעל הסוגר הוושט התחתון לאחר השתלת הממריץ כדי להתאים באופן אוטומטי את דפוס גירוי עצבי כדי למקסם את ההשפעה של הטיפול תוך מזעור צריכת החשמל. כמו ההשתלה של החיישן לקיר הוושט הפנימי נוטה נקע לאחר מספר ימים, זה הגיוני יותר לעצב את החיישן כמו אחד מופעל סוללה. הודות לצפיפות האנרגיה הנפחית הגבוהה יותר של סוללות ראשיות, השימוש במקור כוח ראשי עדיף על חיישן המכיל מעגל קולט חשמל אלחוטי, סליל טעינה ואחסון אנרגיה מבוסס קבלים. היעילות הכוללת של הטעינה האלחוטית תלויה במידה רבה גם בכיוון המרחבי של סלילים, אשר יציג קושי נוסף לעיצוב. טעינה אלחוטית מספקת יתרונות למיקרונורוסטימואלטורים המושתלים לצמיתות, כלומר, לתת-מנוקוסה14. חיישן ה-pH המופעל באמצעות סוללה מספק אפשרות לייעל את צריכת האנרגיה של מיקרונואורוסטימולטור כזה. במקום גירוי עצבי קבוע/קבוע של הסוגר, חיישן ה- pH יכול להראות מתי יש צורך בגירוי (כלומר, בעיקר בלילה ו/או באילו שעות ביום) ומה תפוקת הכוח הנמוכה ביותר האפשרית כדי להשיג מספיק לחץ הסוגר הוושט התחתון. מערכות מושתלות סגורות או מעין לולאה סגורה יכולות להפוך לחלופה מבטיחה למערכות המסורתיות הנוכחיות, המציעות מכשירים מושתלים קטנים יותר עם השתלה פחות פולשנית ושיפור יעילות הטיפול.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
למחברים אין על מה להצהיר.
Acknowledgments
המחברים מודים תודה לאוניברסיטת צ'ארלס (פרויקט GA UK No 176119) על תמיכתה במחקר זה. עבודה זו נתמכה על ידי תוכנית המחקר של אוניברסיטת צ'ארלס PROGRES Q 28 (אונקולוגיה).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| AG1 battery | Panasonic | SR621SW | Two batteries per one implant |
| Battery holder | MYOUNG | MY-521-01 | |
| Copper enamel wire for the antenna | pro-POWER | QSE Wire - 0.15 mm diameter, 38 SWG | |
| Epoxy for encapsulation | Loctite | EA M-31 CL | Two-part medical-grade ISO10993 compliant epoxy |
| FEP cable for pH sensor | Molex / Temp-Flex | 100057-0273 | |
| Flux cleaner | Shesto | UTFLLU05 | Prepare 5% solution in deionized water for cleaning by sonication |
| Hemostatic clip | Boston Scientific | Resolution | |
| Hot air gun + soldering iron | W.E.P. | Model 706 | Any soldering iron capable of soldering with tin and hot-air gun capable of maintaining 260 °C can be used |
| Impedance matching software | Iowa Hills Software | Smith Chart | Can be downloaded from http://www.iowahills.com/9SmithChartPage.html - alternatively, any RF design software supports calculation of impedance matching components |
| ISFET pH sensor on a PCB | WinSense | WIPS | Order a model pre-mounted on a PCB with on-chip gold reference electrode |
| Laboratory pH meter | Hanna Instruments | HI2210-02 | Used with HI1131B glass probe |
| Microcontorller programmer | Microchip | PICkit 3 | Other PIC16 compatible programmers can be also used |
| Pig stomach with esophagus | Local pig farm | Obtained from approx. 40–50 kg pig | It is important that the stomach includes a full length of the esophagus. |
| Printed circuit board - receiver | Choose preferred PCB supplier | According to pcb2.zip data | One layer, 0.8 mm thickness, FR4, no mask |
| Printed circuit board - sensor | Choose preferred PCB supplier | According to pcb1.zip data | Two-layer with PTH, 0.6 mm thickness, FR4, 2x mask |
| Receiver - 0R | Vishay | CRCW04020000Z0EDC | See Figure 12 and Figure 13 for placement |
| Receiver - 1.5 pF | Murata | GRM0225C1C1R5CA03L | See Figure 12 and Figure 13 for placement |
| Receiver - 100 pF | Murata | GRM0225C1E101JA02L | See Figure 12 and Figure 13 for placement |
| Receiver - 33 nH | Pulse Electronics | PE-0402CL330JTT | See Figure 12 and Figure13 for placement |
| Receiver - RF schottky diodes | MACOM | MA4E2200B1-287T | See Figure 12 and Figure 13 for placement |
| Receiver - SMA antenna | LPRS | ANT-433MS | |
| Receiver - SMA connector | Linx Technologies | CONSMA001 | See Figure 12 and Figure 13 for placement |
| Sensor - C1 | Murata | GRM0225C1H8R0DA03L | 8 pF 0402 capacitor |
| Sensor - C2 | Murata | GRM0225C1H8R0DA03L | 8 pF 0402 capacitor |
| Sensor - C3 | Murata | GCM155R71H102KA37D | 1 nF 0402 capacitor |
| Sensor - C4 | Murata | GRM0225C1H1R8BA03L | 1.8 pF |
| Sensor - C5 | Vishay | CRCW04020000Z0EDC | Place 0R 0402 resistor or use to match the antenna |
| Sensor - C6 | Murata | GRM155C81C105KE11J | 1 uF 0402 capacitor |
| Sensor - C7 | Murata | GRM155C81C105KE11J | 1 uF 0402 capacitor |
| Sensor - C8 | Murata | GRM022R61A104ME01L | 100 nF 0402 capacitor |
| Sensor - IC1 | Microchip | MICRF113YM6-TR | MICRF113 RF transmitter |
| Sensor - IC2 | Microchip | PIC16LF1704-I/ML | PIC16LF1704 low-power microcontroller |
| Sensor - R1 | Vishay | CRCW040210K0FKEDC | 10 kOhm 0402 resistor |
| Sensor - R2 | Vishay | CRCW040233K0FKEDC | 33 kOhm 0402 resistor |
| Sensor - R3 | Vishay | CRCW04021K00FKEDC | 1 kOhm 0402 resistor |
| Sensor - R5 | Vishay | CRCW040210K0FKEDC | 10 kOhm 0402 resistor |
| Sensor - X1 | ABRACON | ABM8W-13.4916MHZ-8-J2Z-T3 | 3.2 x 2.5 mm 13.4916 MHz 8 pF crystal |
| Titanium wire | Sigma-Aldrich | GF36846434 | 0.125 mm titanium wire |
| Vector network analyzer | mini RADIO SOLUTIONS | miniVNA Tiny | Other vector network analyzers can be used - the required operation frequency is 300–500 MHz, resolution bandwidth equal or lower than 1 MHz, output power of no more than 0 dBm and dynamic range preferably better than 60 dB for the receiving front-end |
References
- El-Serag, H. B., Sweet, S., Winchester, C. C., Dent, J. Update on the epidemiology of gastro-oesophageal reflux disease: a systematic review. Gut. 63 (6), 871-880 (2014).
- Gyawali, C. P., et al. Modern diagnosis of GERD: the Lyon Consensus. Gut. 67 (7), 1351-1362 (2018).
- Cesario, S., et al. Diagnosis of GERD in typical and atypical manifestations. Acta Biomedica. 89 (5), 33-39 (2018).
- Sifrim, D., Gyawali, C. P. Prolonged wireless pH monitoring or 24-hour catheter-based pH impedance monitoring: Who, When, and Why. American Journal of Gastroenterology. 115 (8), 1150-1152 (2020).
- Chae, S., Richter, J. E. Wireless 24, 48, and 96 Hour or impedance or oropharyngeal prolonged pH monitoring: Which test, when, and why for GERD. Current Gastroenterology Reports. 20 (11), 52 (2018).
- Furness, J. B., Callaghan, B. P., Rivera, L. R., Cho, H. -J. The enteric nervous system and gastrointestinal innervation: integrated local and central control. Adv Exp Med Biol. 817, 39-71 (2014).
- Sanmiguel, C. P., et al. Effect of electrical stimulation of the LES on LES pressure in a canine model. American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology. 295 (2), 389-394 (2008).
- Rodríguez, L., et al. Electrical stimulation therapy of the lower esophageal sphincter is successful in treating GERD: final results of open-label prospective trial. Surgical Endoscopy. 27 (4), 1083-1092 (2013).
- Rinsma, N. F., Bouvy, N. D., Masclee, A. A. M., Conchillo, J. M. Electrical stimulation therapy for gastroesophageal reflux disease. Journal of Neurogastroenterology and Motility. 20 (3), 287-293 (2014).
- Rodríguez, 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).
- Kwiatek, M. A., Pandolfino, J. E. The BravoTM pH capsule system. Digestive and Liver Disease. 40 (3), 156-160 (2008).
- Karamanolis, G., et al. Bravo 48-hour wireless pH monitoring in patients with non-cardiac chest pain. objective gastroesophageal reflux disease parameters predict the responses to proton pump inhibitors. Journal of Neurogastroenterology and Motility. 18 (2), 169-173 (2012).
- Rodríguez, L., et al. Two-year results of intermittent electrical stimulation of the lower esophageal sphincter treatment of gastroesophageal reflux disease. Surgery (United States). 157 (3), 556-567 (2015).
- Hajer, J., Novák, M., Rosina, J. Wirelessly powered endoscopically implantable devices into the submucosa as the possible treatment of gastroesophageal reflux disease. Gastroenterology Research and Practice. 2019, 1-7 (2019).
- Deb, S., et al. Development of innovative techniques for the endoscopic implantation and securing of a novel, wireless, miniature gastrostimulator (with videos). Gastrointestinal Endoscopy. 76 (1), 179-184 (2012).
- Shin, P., Mikolajick, T., Ryssel, H. pH Sensing Properties of ISFETs with LPCVD Silicon Nitride Sensitive-Gate. The Journal of Electrical Engineering and Information Science. 2, 82-87 (1997).
- Benhamou, P. -Y., et al. Closed-loop insulin delivery in adults with type 1 diabetes in real-life conditions: a 12-week multicentre, open-label randomised controlled crossover trial. The Lancet Digital Health. 1 (1), 17-25 (2019).
- Nikolic, M., et al. Tailored modern GERD therapy - steps towards the development of an aid to guide personalized anti-reflux surgery. Scientific Reports. 9 (1), 19174 (2019).
- Hajer, J., Novák, M. Autonomous and rechargeable microneurostimulator endoscopically implantable into the submucosa. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (139), e57268 (2018).
- Pavelka, M., Roth, J. Parietal Cells Of Stomach: Secretion Of Acid. Functional Ultrastructure. , Springer. Vienna. 202-203 (2010).
- Jones, R. D., Neuman, M. R., Sanders, G., Cross, F. S. Miniature antimony pH electrodes for measuring gastroesophageal reflux. The Annals of Thoracic Surgery. 33 (5), 491-495 (1982).
- Avago technologies designing detectors for RF/ID tags application note 1089. , Available from: http://docs.avagotech.com/docs/AV02-1577EN (2008).
- Waugh, R. W., Buted, R. R. The zero bias schottky diode detector at temperature extremes-problems and solutions. Proceedings of the WIRELESS Symposium. , 175-183 (1996).
- Satoh, Y., Ikata, O., Miyashita, T. RF SAW filters. , Available from: http://www.te.chiba-u.jp/lab/ken/Symp/Symp2001/PAPER/SATOH.pdf (2011).
- Soffer, E. Effect of electrical stimulation of the lower esophageal sphincter in gastroesophageal reflux disease patients refractory to proton pump inhibitors. World Journal of Gastrointestinal Pharmacology and Therapeutics. 7 (1), 145 (2016).
- Microsemi ZL70323 MICS-band RF miniaturized standard implant module (MiniSIM). , Available from: https://www.microsemi.com/document-portal/doc_download/135307-zl70323-datasheet (2015).
