Summary
El yazması, sıfır taraflı Schottky diyotlarına dayanan tamamen pasif bir alıcı devresi ile birlikte ASK modüle edilmiş kablosuz çıkışlı minyatür bir implante edilebilir pH sensörü sunar. Bu çözüm , in vivo kalibre edilmiş elektrostimülasyon terapi cihazlarının geliştirilmesinde ve ambülatör pH izleme için temel olarak kullanılabilir.
Abstract
Patolojik reflünün ambulatuvar pH izlenmesi, semptomlar ile yemek borusunun asidik veya asitsiz reflüye maruz kalması arasındaki ilişkiyi gözlemlemek için bir fırsattır. Bu makalede, minyatür kablosuz özellikli pH sensörünün geliştirilmesi, üretilmesi ve implantasyonu için bir yöntem açıklanmaktadır. Sensör, tek bir hemostatik klipsle endoskopik olarak yerleştirilecek şekilde tasarlanmıştır. Sıfır önyargılı Schottky diyotuna dayanan tamamen pasif bir rectenna tabanlı alıcı da inşa edilir ve test edilir. Cihazı oluşturmak için iki katmanlı baskılı devre kartı ve raf dışı bileşenler kullanıldı. Entegre analog periferiklere sahip minyatür bir mikrodenetleyici, iyon duyarlı alan etkili transistör (ISFET) sensörü için analog ön uç olarak ve genlik kaydırma anahtarlama verici çipi ile iletilen dijital bir sinyal üretmek için kullanılır. Cihaz iki birincil alkalin hücresi tarafından desteklenmektedir. İmplante edilebilir cihaz toplam 0,6 cm3 hacme ve 1,2 gram ağırlığa sahiptir ve performansı bir ex vivo modelde (porcine yemek borusu ve mide) doğrulanmıştır. Daha sonra, harici bir alıcıya veya implante edilebilir nörostimülatöre kolayca entegre edilebilen küçük bir ayak izi pasif rectenna tabanlı alıcı inşa edildi ve RF sinyalini implanta yakın olduğunda (20 cm) aldığı kanıtlandı. Sensörün küçük boyutu, yemek borusunun minimum tıkanmasıyla sürekli pH izleme sağlar. Sensör, burun kateteri takmaya gerek kalmadan 24/96 saat özofagus pH izlemesi için rutin klinik uygulamada kullanılabilir. Alıcının "sıfır güç" doğası, minyatür alt özofagus sfinkter nörostimülasyon cihazlarının otomatik in-vivo kalibrasyonu için sensörün kullanılmasını da sağlar. Aktif sensör tabanlı kontrol, istenen klinik sonucu elde etmek için kullanılan enerjiyi en aza indirmek için gelişmiş algoritmaların geliştirilmesini sağlar. Böyle bir algoritmanın örneklerinden biri, gastroözofageal reflü hastalığının (GERD) isteğe bağlı nörostimülasyon tedavisi için kapalı döngü bir sistem olacaktır.
Introduction
Montreal Konsensüsü, gastroözofageal reflü hastalığını (GERD) "mide içeriğini reflü yaparken gelişen hoş olmayan semptomlara ve/veya komplikasyonlara neden olan bir durum" olarak tanımlar. Özofagus darlıkları, Barrett özofagus veya özofagus adenokarsinom gibi diğer spesifik komplikasyonlarla ilişkili olabilir. GERD, özellikle ekonomik durumu yüksek ülkelerde yetişkin nüfusun yaklaşık% 20'sini etkiler1.
Patolojik reflünün ambülatör pH izlenmesi (%6'dan fazla asit maruziyet süresi), semptomlar ile asidik veya asidik olmayan gastroözofageal reflü arasındaki ilişkiyi ayırt etmemizi sağlar2,3. ÜFE (proton pompa inhibitörü) tedavisine yanıt vermeyen hastalarda pH takibi patolojik gastroözofageal reflü olup olmadığını ve hastanın neden standart PPI tedavisine yanıt vermediğini cevaplayabilir. Şu anda çeşitli pH ve empedans izleme seçenekleri sunulmaktadır. Yeni olasılıklardan biri, implante edilebilir cihazlar kullanarak kablosuz izleme4,5'tir.
GERD, özofagus manometrisi sırasında gösterilen kasılmaların patolojik olmadığı, ancak uzun süreli GERD'de genliklerinin azaldığı alt özofagus sfinkter (LES) bozukluğu ile ilişkilidir. LES düz kaslardan oluşur ve miyojenik ve nörojenik faktörlere bağlı tonik kasılmalarını korur. Nörotransmitter olarak nitrik oksit içeren vagal aracılı inhibisyon nedeniyle gevşer6.
İki çift elektrotlu elektriksel stimülasyonun bir köpek reflü modelinde LES'in kasılma süresini artırdığı kanıtlanmıştır7. Yutma sırasındaki kalıntı basıncı da dahil olmak üzere LES'in gevşemesi hem düşük hem de yüksek frekanslı stimülasyondan etkilenmedi. Yüksek frekanslı stimülasyon, daha az güç gerektirdiği ve pil ömrünü uzattığı için bariz bir seçimdir.
Gerd'li hastaların tedavisinde alt özofagus sfinkterinin elektrostimülasyon tedavisi (ET) nispeten yeni bir kavram olmasına rağmen, bu tedavinin güvenli ve etkili olduğu gösterilmiştir. Bu tedavi şeklinin, PPI tedavisi ihtiyacını ortadan kaldırırken ve özofagus asidi maruziyetini azaltırken GERD semptomlarından önemli ve kalıcı bir rahatlama sağladığı gösterilmiştir8,9,10.
GERD tanısı için mevcut son teknoloji ürünü pH sensörü Bravo cihazıdır11,12. Tahmini 1,7 cm3 hacminde, görsel endoskopik geri bildirimli veya görsel endoskopik geri bildirim olmadan doğrudan yemek borusuna yerleştirilmekte ve yemek borusunda pH'ın 24 saat+ izlenmesini sağlar.
Elektrostimülasyon tedavisinin, standart tedaviye yanıt vermeyen GERD tedavisinde en umut verici alternatiflerden biri olduğu düşünülürse8,13, pH sensöründen nörostimülatöre kadar verileri sağlamak mantıklıdır. Son araştırmalar, nörostimülasyon bölgesinde yer alacak sert hepsi bir arada implante edilebilir cihazlara yol açacak bu alanda gelecekteki gelişime açık bir yol göstermektedir14,15. Bu amaçla, ISFET (iyona duyarlı alan etkili transistör), minyatür doğası, bir referans elektrodunun (bu durumda altın) çip üzerinde entegrasyon olasılığı ve yeterince yüksek hassasiyet nedeniyle en iyi sensör türlerinden biridir. Silikonda, ISFET standart bir MOSFET (Metal Oksit Yarı İletken Alan Etkisi Transistörü) yapısına benzer. Bununla birlikte, normalde bir elektrik terminaline bağlı olan kapı, çevredeki çevreyle doğrudan temas halinde bir aktif malzeme tabakası ile değiştirilir. pH'a duyarlı ISFET'ler söz konusu olduğunda, bu tabaka silikon nitrür (Si3N4)16 ile oluşur.
Endoskopik olarak implante edilebilir cihazların temel dezavantajı, pil boyutunun doğal sınırlamasıdır, bu da bu cihazların ömrünün azalmasına neden olabilir veya üreticileri gerekli etkiyi daha düşük bir enerji maliyetiyle sağlayacak gelişmiş algoritmalar geliştirmeye motive edebilir. Böyle bir algoritmanın örneklerinden biri, GERD'nin isteğe bağlı nörostimülasyon tedavisi için kapalı döngü bir sistem olacaktır. Sürekli glikoz ölçerler (CGM) + insülin pompası sistemlerine benzer şekilde17, böyle bir sistem, bir nörostimülasyon ünitesi ile birlikte alt özofagus sfinkterinin mevcut basıncını tespit etmek için bir özofagus pH sensörü veya başka bir sensör kullanır.
Nörostimülasyon tedavisine yanıt ve nörostimülasyon patinasyon gereksinimleri bireysel olabilir13. Bu nedenle, disfonksiyonun tanısı ve karakterizasyonu için kullanılabilecek bağımsız sensörler geliştirmek veya nörostimülasyon sisteminin hastaların bireysel gereksinimlerine göre kalibre edilmesine aktif olarak katılmak önemlidir18. Bu sensörler organın normal işlevselliğini etkilememek için mümkün olduğunca küçük olmalıdır.
Bu makalede, genlik kaydırmalı anahtarlama (ASK) vericisi ve küçük bir ayak izi pasif rectenna tabanlı alıcı ile ISFET tabanlı bir pH sensörünün tasarlanması ve imal edilmesi yöntemi açıklanmaktadır. Çözeltinin basit mimarisine dayanarak, pH verileri harici bir alıcı veya hatta implante edilebilir nörostimülatör tarafından önemli bir hacim veya güç cezası olmadan alınabilir. ASK modülasyonu, yalnızca alınan RF sinyal gücünü (genellikle "alınan sinyal gücü" olarak adlandırılır) algılayabilen pasif alıcının doğası nedeniyle seçilir. Tamamlayıcı malzeme olarak katıştırılmış şematik diyagram, cihazın yapımını gösterir. Doğrudan 2.0-3.0 V arasında bir voltaj sağlayan iki AG1 alkalin pilden (şarj durumuna bağlı olarak) güç alır. Piller, ISFET pH sensörünü önyargılı yapmak için ADC (analogdan dijitale dönüştürücü), DAC (dijitalden analoga dönüştürücü), dahili çalışma amplifikatörü ve FVR (sabit voltaj referansı) çevre birimlerini kullanan dahili mikrodenetleyiciye güç sağlar. Elde eden "kapı" gerilimi (altın referans elektrot) çevredeki ortamın pH'ı ile orantılıdır. Kararlı bir Kimlik akımı , düşük taraflı bir R2 algılama direnci ile sağlanır. ISFET sensörünün kaynağı operasyonel amplifikatörün ters olmayan girişine bağlanırken, ters giriş 960 mV olarak ayarlanmış DAC modülünün çıkış gerilimine bağlanır. Operasyonel amplifikatörün çıkışı ISFET'in tahliye pimine bağlıdır. Bu operasyonel amplifikatör tahliye voltajını düzenler, böylece R2 direncindeki voltaj farkı her zaman 960 mV'dir; böylece, ISFET üzerinden (normal çalışma sırasında) 29 μA'lık sabit bir sapma akımı akar. Kapı gerilimi daha sonra bir ADC ile ölçülür. Mikrodenetleyici daha sonra GPIO (genel amaçlı giriş/çıkış) pimlerinden biri aracılığıyla RF vericisine güç verir ve diziyi iletir. RF verici devresi, çıkışı 50 Ω empedansla eşleştiren kristal ve eşleşen bir ağ içerir.
Burada gösterilen deneyler için, yemek borusunun uzun bir bölümüne sahip bir domuz midesi kullandık. Bu, ESD (endoskopik submukozal diseksiyon), POEM (oral endoskopik miyotomi), endoskopik mukozal rezeksiyon (EMR), hemostaz vb. İnsan organlarına yaklaşan mümkün olan en yakın anatomik parametrelerle ilgili olarak, 40-50 kg ağırlığındaki domuzların midesini ve yemek borusunu kullandık.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Bu çalışmada hiçbir canlı hayvan yer almadı. Deney, porcine yemek borusu ve mideden oluşan bir ex vivo modeli üzerinde gerçekleştirildi. Mide ve yemek borusu, standart ürün olarak yerel bir kasaplıktan satın alındı. Bu prosedür Çek yasalarına uygundur ve "3R" ilkesi (Değiştirme, Azaltma ve İyileştirme) nedeniyle tercih ediyoruz.
1. pH sensör tertibatının imalatı
NOT: pH sensör tertibatının imalatı boyunca elektrostatik deşarj (ESD) hassas bileşenlerin kullanımı için önlemlere uyun. Lehimleme demiri ile çalışırken dikkatli olun.
- Baskılı bir devre kartına (PCB) monte edilmiş ISFET pH sensörünü düz bir yüzeye yerleştirin. Lehimlenebilir kontakları bulun.
- Lehimlenebilir kontakları kesin, böylece uzunlukları 3 mm'den uzun değildir.
- Florlu etilen propilen (FEP) kaplı kablonun 15 mm'lik bir bölümünü pH sensörünün lehimlenebilir elektrotlarına lehimler. Çıplak kalıp tertibatını mekanik veya kimyasal olarak temizlemeyin. Lehimleme sırasında kalıp ve PCB'nin akı ile kirlenmesini önlemeye çalışın.
- pH sensör kablosu tertibatını mikroskop altında açık devreler ve şortlar için inceleyin. Ardından, şortları açık-kısa bir test cihazıyla kontrol edin. Bu aşamada doğru hazırlanmış bir montaj Şekil 1'de gösterilmiştir.
- pH sensör tertibatını ultrasonik bir temizleyicide 70 °C'de 5 dakika boyunca suda % 5'lik bir akı sökücü çözeltisinde temizleyin. Ultrason gücünün optimum aralığı 50-100 W / l'dir. 100 W/l'yi aşmayın.
- pH sensör tertibatını teknik sınıf izopropil alkolde en az 3 dakika durulayın ve 80 °C'de bir fırında 15 dakika kurumasına izin verin.
- Bir sonraki adıma geçmeden önce tüm pH sensörlerini düz bir yüzeye yerleştirin (aynı anda birden fazla hazırlanması durumunda).
- Lehimlenmiş elektrotların kapsüllenmesi için uygun miktarda iki parçalı epoksi karıştırın. Kapsamlı karıştırmaya izin vermek için en az 2 mL kullanın. Daha sonra incelemeye izin vermek için siyah opak epoksi kullanın - sensörün çevreye maruz kalan kısımları, üzerinde opak epoksi olmayacağı için daha kolay görülecektir
- Karışık epoksiyi 0,5 mm düz uç iğnesi ile 1 mL şırıngaya aktarın.
- pH sensörlerinin lehim alanını epoksi ile kapla. PCB elektrotlarının ve açıkta kalan telin tüm alanını kaplayıp kaplayıp kaplamayı unutmayın.
- Epoksi kürün odada veya yüksek sıcaklıkta (maksimum 80 °C) izin verin, bu çalışma için Malzeme Tablosunda listelenen epoksi ile 50 °C kullanılmıştır.
- Kaplamalı alanı mikroskop altında inceleyin. Kaplamasız metal parçalar (PCB elektrot veya tel) maruz kalırsa, kaplamasız metalin görsel belirtisi olmayana kadar 1.8-1.11 adımlarını tekrarlayın.
- Telleri Şekil 2'de gösterilen uzunluk ve açıya kadar kesin. Yıpranmamak için uçlarını lehimle kapla.
2. Elektronik montajın imalatı
NOT: Elektroniğin imalatı boyunca ESD'ye duyarlı bileşenlerin kullanımı için önlemlere uyun. Lehimleme demiri ve sıcak hava tabancası ile çalışırken dikkatli olun.
- PCB'yi ("pcb1.zip" ek dosyalarına ve şematik diyagram "şematik.png" temel alınarak üretilmiştir) düz bir yüzeye yerleştirin, bileşenler yan yana.
- Maruz kalan tüm altın kaplama pedlere lehim macunu uygulayın.
- Şekil 3 ve Malzeme Tablosuna göre tüm pasif ve aktif bileşenleri cımbız kullanarak yerleştirin.
- Bileşenleri lehim etmek için PCB'yi sıcak hava tabancasıyla ısıtın. Paketlerden artık suyu dışarı çıkarmak ve lehim macunundaki akıyı etkinleştirmek için PCB'yi kademeli olarak 2 dakika boyunca 150 °C'ye ısıtın. Ardından, bileşenleri lehim etmek için PCB'yi 260 °C'ye ısıtın. PCB'yi oda sıcaklığına soğumaya bırakın, tüm lehimleme işlemi sırasında hareket ettirmeyin.
- Lehimleme ve oda sıcaklığına kadar soğutulduktan sonra, tüm bileşenlerin ve şortların doğru yerleşimini doğrulamak için PCB'yi mikroskop altında inceleyin. Şort veya yanlış bileşen yerleşimi gözlenmezse, 2.6 adımlarını atlayın.
- Lehim tabancası veya sıcak hava tabancası ile herhangi bir şort veya yanlış bileşen yerleşimini onarın. 2.5.
- Şekil 4'te gösterildiği gibi bileşenlere (güç ve programlama kabloları) lehim 5 tel.
- PCB'yi programcıya bağlamak için, 2.7 adımında lehimlenmiş kabloları bağlayın. programcının bağlayıcısına.
- Mikrodenetleyiciye program bellenimi (hangi dosyanın kullanılacağına ilişkin ayrıntılı bir açıklama için Temsilci Sonuçları'na bakın). Programlama yazılımını ayarlamak için önceden açıklanan yordamı kullanın19. Programcıyı, programlamadan sonra 5 kabloyu yaklaşık 2,5 V voltajla güç vermeye ayarlayın.
- PCB'yi düz bir yüzeye yerleştirin, bileşen tarafı yukarı. Şekil 5'te gösterildiği gibi AWG38 bakır anten telini (3 cm uzunluğunda) lehimleyin ve PCB'nin kenarına sarın. Anten telini bir siyanoakrilat yapıştırıcı ile PCB'nin kenarına sabitle. Şekil 5'te gösterildiği gibi diğer iki tel jumper'ı SWG38 bakır tel ile lehimle. Diğer bileşenlerle elektrik kontağından kaçının.
- PCB'yi düz bir yüzeye, bileşen tarafı aşağıya koyun.
- Şekil 6'da gösterildiği gibi PCB'nin karşı kısmına iki pil tutucu lehim.
- Şekil 7'de gösterildiği gibi pH sensör tertibatını PCB'deki terminallere lehimler.
- Pil tutuculara iki AG1 pil takın.
NOT: Sensörün test edilmesi ve endoskopik implantasyonundan önce bu adıma ve sonraki adımlara 24 saatten daha erken devam etmeyin. - Adım 1.8'de açıklandığı gibi uygun miktarda epoksi hazırlayın. cihazın kapsüllenmesi için.
- 1.9. adımda (iğneli şırınga) açıklanan prosedürü kullanarak cihazı epoksi ile kapsülleyin. Epoksiyi oda sıcaklığında veya hafifçe yüksek sıcaklıkta kürleyi bırakın (pillerin varlığı nedeniyle 50 °C'yi aşmayın). Doğru kapsülleme sonuçları için Şekil 8'e bakın.
- Şekil 9'a göre bir titanyum tel kanca oluşturun.
NOT: Titanyum (Grade II), biyouyumluluğu ve implante edilebilir tıbbi cihazlarda kullanım geçmişi nedeniyle seçilmiştir. Paslanmaz çelik de kullanılabilir. Bununla birlikte, bazı paslanmaz çelik tipleri çok kırılgan olduğu için tip ve ısıl işlem dikkatlice seçilmelidir. - Tel kancayı bir damla hızlı kürleme epoksisi ile cihaza takın (bkz. Şekil 10) ve oda sıcaklığında veya hafifçe yüksek sıcaklıkta (maksimum 50 °C) kürlensin. pH sensörü implante edilebilir cihazın sol alt tarafında bulunur.
- Sensör, pillerin takılmasının ardından 24 saat aktif hale gelir. Bu arada, 3.
NOT: Pillerin takılması mümkün olduğunda 3.
3. Pasif rectenna alıcısının imalatı
- PCB'ye yerleştirin ("pcb2.zip" ek dosyasına göre üretilmiştir). düz bir yüzeydeki dikdörtgen için.
- 2.2-2.6 adımlarında açıklanan lehim macunu yöntemini kullanarak bileşenleri lehimler veya Şekil 11A'ya göre bir lehim tabancası kullanın.
NOT: Deneyci rectenna alıcısını yeniden üretmeye karar verirse (daha önce üretilmiş ve eşleştirilmiştir) veya alıcı eşleştirmesine devam etmek istemiyorsa, daha önce deneyci tarafından belirlenen veya Şekil 11B'de sağlanan bileşenlerin değerlerini kullanın ve 3.5-3.7 adımlarını atlayın. - SMA konektörünü PCB'ye lehimle.
- PCB'yi mikroskop altında inceleyin. Herhangi bir şort veya yanlış bileşen yerleşimi gözlenirse, sorunları düzeltin.
- SMA bağlayıcısına bir vektör ağ çözümleyicisi girişi takın.
- 1 kHz çözünürlük bant genişliği ile 300-500 MHz'den rectenna'nın S11 Smith grafiğini kaydedin. Yanıtı gözlemleyin ve empedansı 431,7 MHz'de kaydedin. Örnek Smith grafiği Şekil 12A'da gösterilmiştir.
- Empedans eşleştirme bileşenlerini lehimler ve kısa devreler ve bileşen yerleşimi için mikroskop altında inceleyin.
- Spektrum analizörü ile tekrar ölçün ve voltaj duran dalga oranının (VSWR) 300-500 MHz arasında 3'in altında olduğunu onaylayın ( Şekil 12B'de gösterilen dış siyan çemberinin içinde). Değilse, farklı eşleşen bileşenlerle tekrarlayın veya rectenna'nın azaltılmış performansını göz önünde bulundurarak devam edin.
- 433 MHz bant antenini SMA konektörüne bağlayın. Bir osiloskopu rectenna çıkışına bağlayın.
- Osiloskopu tek kanallı çalışma, yuvarlanma süresi tabanı, DC modu, 500 ms/div zaman tabanı ve 5 mV/div gerilim ölçeğine ayarlayın.
4. Cihazın test
NOT: Aşağıdaki adımlar kimyasalların kullanılmasını gerektirir. Kimyasalların malzeme güvenliği veri sayfalarını önceden inceleyin ve bunları manipüle ederken uygun koruyucu ekipman ve yaygın laboratuvar uygulamalarını kullanın.
- Osiloskopta gösterilen sinyali gözlemleyerek sensörün çıkışını inceleyin. Örnek çıktı Şekil 13,14'te gösterilmiştir. Cihaz, pillerin takılmasını 24 saat geçtikten sonra aktif olacaktır. pH sensörünün çıkışını iletme süresi, mikrodenetleyiciye programlanan dosyaya bağlı olarak değişir (ayrıntılı bir açıklama için Temsilci Sonuçları'na bakın).
- % 2 hidroklorik asit çözeltisi hazırlayın (hidroklorik asit kullanırken dikkatli olun). Standart laboratuvar prosedürlerini kullanarak pH 4 (potasyum hidrojen fitalat/hidroklorik asit), pH 7 (potasyum dihidrojen fosfat/sodyum hidroksit) ve pH 10 (sodyum karbonat/sodyum hidrojen karbonat) 100 mM tampon çözeltileri hazırlayın ve gagaları işaretleyin.
- Kalibre edilmiş bir pH ölçer kullanarak dört gaganın da pH'ını doğrulayın. Gerekirse ayarlayın.
- Kapsülü her kabın içine batırın ve en az 3 örnek kaydedin. İkinci ve üçüncü darbe arasındaki süreyi ölçün ve sağlanan elektronik tabloya doldurun (Ek Dosya 1). Elektronik tabloyu kullanarak pH sensörünün kalibrasyon katsayılarını belirleyin.
- Kalibrasyondan sonra, ikinci ve üçüncü darbe arasındaki süreyi ölçün ve pH sensörünün maruz kaldığı çözeltinin pH'ını belirlemek için elektronik tabloya girin.
5. Sensörün endoskopik implantasyonu
- Mideden ve yemek borusunun uzun bir bölümünden oluşan bir ex vivo endoskopik porcine modeli hazırlayın.
- Şekil 15 ve Şekil 16'da gösterildiği gibi sensörü hemostatik bir klipsle harici olarak kavrayın.
- Endoskopu klipsteki sensörle birlikte modele standart şekilde yerleştirin.
- Sensörü alt özofagus sfinkterine yakın bir konuma getirin.
- Endoskopu özofagus duvarına doğru döndürün, klipsi açın ve ardından özofagus duvarına doğru itin. Klibi kapatın ve bırakın. Sensör, Şekil 17D ve Şekil 17E'de gösterildiği gibi, istenen yerde yemek borusu duvarına bağlı kalacaktır.
- Endoskopu çıkar.
6. İmplantasyondan sonra deney yapın
NOT: Aşağıdaki adımlar kimyasalların kullanılmasını gerektirir. Kimyasalların malzeme güvenliği veri sayfalarını önceden inceleyin ve bunları manipüle ederken uygun koruyucu ekipman ve yaygın laboratuvar uygulamalarını kullanın.
- Alıcıyı implante sensörün 10 cm (maksimum) içine yerleştirin.
- Şekil 18'de gösterildiği gibi, çeşitli pH değerlerine sahip çözeltilerin 50 mL'lik kısmını yemek borusuna enjekte edin ve sensörün tepkislerindeki değişiklikleri gözlemleyin. Her enjeksiyondan sonra endoskopu geri alın ve enjeksiyondan sonra değeri en az 30 sn olarak okuyun. Yemek borusunu farklı pH'lı enjekte çözeltileri arasında 100 mL deiyonize su ile yıkayın.
- Sensör tarafından ölçülen pH'ı hesaplamak için elektronik tabloyu (Ek Dosya 1) kullanın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Şekil 8'de gösterildiği gibi, pH değerinin otonom pH algılama ve kablosuz iletim yeteneğine sahip bir cihaz başarıyla oluşturulmuştır. Üretilen cihaz minyatür bir modeldir; 1.2 g ağırlığında ve 0.6 cm3 hacme sahiptir. Yaklaşık boyutlar 18 mm x 8,5 mm x 4,5 mm'dir. Şekil 15, Şekil 16 ve Şekil 17'de gösterildiği gibi, tek bir hemostatik klipsle alt özofagus sfinkterinin yakınlığına yerlenebilir; özel aksesuara gerek yoktur. Şekil 19'da, sensör yerleştirilmiş parçalanmış bir yemek borusunun ayrıntılı bir görünümü gösterilmiştir.
Pasif rectenna alıcısı, el lehimleme için optimize edilmiş olsa bile genel ayak izi sadece 22 mm2'dir . Pasif rectenna alıcısı aktif bir durumdayken pH algılama cihazının (10 cm) yakınına yerleştirildiğinde (pillerin tam boşalmasına kadar pillerin yerleştirilmesinden 24 saat sonra), cihaz iletim yaparken net voltaj yükselmeleri gözlenebilir. Bu Şekil 13'te gösterilmiştir. İlk iki kısa (75 ms) darbe senkronizasyon darbeleridir. İkinci darbenin ucu ile üçüncü darbenin başlangıcı arasındaki mesafe, 800 mV (100 ms = 900 mV, 200 ms = 1000 mV, vb.) tarafından çıkarılan ISFET'in Vgs voltajı ile orantılıdır. Bu gerilim doğrusal olarak sensörün maruz kaldığı ortamın pH'ına dönüşür.
pH 4 ve pH 10 (Tablo 1) pH tamponları ile basit bir iki noktalı kalibrasyona dayanan sensör, kararlı ve tekrarlanabilir pH değeri okumaları döndürebilir (Tablo 2). Bilinen pH'lı toplam dört farklı çözelti, pH 0.6 (160 mM sudaki hidroklorik asit çözeltisi, mide asidi20'yi taklit eden) ve pH 4, pH 7 ve pH 10 ile kalibrasyon tamponları kullanıldı. Sensörün ortalama hata pH değerleri, sırasıyla beherlerde ve bir ex vivo modelde çözeltilerde test edildiğinde 0.25 ve 0.31'di. Hataların standart sapmaları sırasıyla 0.30 ve 0.36 olarak belirlendi.
Vericinin yakınında (10 cm), pasif retenna, basit bir karşılaştırıcı tarafından kolayca tespit edilebilen veya ultra düşük güçlü sessiz akımlı bir operasyonel amplifikatörle yükseltilebilen en az onlarca milivolt genlikli bir sinyal üretir. Aktif bir GSM çağrısına sahip bir cep telefonu anteninin etkisi, Şekil 14'te gösterildiği gibi, sensörden veri alma üzerinde sadece küçük bir olumsuz etkiye sahiptir. Cep telefonu iletim tepeleri, sinyalin yüksek frekanslı bir parçasını oluşturdukları için basit bir pasif RC /LC (direnç-kapasitör/indüktör-kapasitör) filtresi ile filtrelenebilir (frekansları genellikle 500 Hz'in üzerindedir).
Cihazlardan birinde, isfet elektrotlarının üçü arasında kısa bir devre, cihaz yanlış monte edildiğinde cihazın davranışının nasıl değiştiğini göstermek için kasıtlı olarak yapılmıştır. Bu durumda, voltaj-pH tepkisi gözlenmez ve kapı gerilimi, akü paketi voltajı (2-3.2 V) olan drenaj gerilimine eşittir. Dahili 2.048 V başvurusuna başvurulan AD dönüştürücü, daha sonra 2048 mV'ye çevrilen mümkün olan en yüksek değeri döndürür. Gürültü, ADC çıkışında hafif dalgalanmalara neden olabilir.
Cihaza programlanabilen iki ürün yazılımı çeşidi geliştirildi ve test edildi. İlki (firmware_10s.zip), pH değerinin her 10 s'de bir iletildiği kısa süreli deneyler için tasarlanmıştır. Bu, yaklaşık 24-30 saat ile sınırlı olan azaltılmış pil ömrü maliyeti için daha fazla veri noktası sağlar. Diğeri (firmware_1min.zip) uzun süreli deneyler için tasarlanmıştır. pH değeri her dakika bir kez iletilir. Daha düşük örnekleme frekansına sahip sensörün ömrü yaklaşık 5-6 gündür. 24 saat gecikmesini içermeyen bellenim (firmware-test.zip) sürümü de vardır. Bu dosya kapsüllemeden önce elektronik doğru işlevselliğini test etmek için kullanılabilir. Alternatif olarak, gecikme kodu değiştirerek ve projeyi yeniden derleyerek değiştirilebilir. Gecikme, epoksinin tam bir tedavisine veya cihaz endoskopik cerrahi odasından farklı bir yerde üretildiğinde bir olasılık sağlamak için uygulanmıştır. Sunulan gecikme ile cihazın kullanım ömrü en üst düzeye çıkar.
Şekil 1: Son kırpmadan önce pH sensör montajı Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Son kırpmadan sonra pH sensör montajı Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: implante edilebilir sensör için yerleştirme diyagramı (bileşen değerleri için malzeme tablosuna bakın). Pin 1 kırmızı nokta olarak işaretlenmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Programlama tellerinin yerleştirilmesi Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: Anten teli ve jumper tellerinin yerleştirilmesi Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: Pil tutucuların yerleştirilmesi Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 7: pH sensör tertibatının elektroniklere lehimlenerek bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 8: Bitmiş kapsüllenmiş sensör. (A) yan görünüm, (B) geri görünüm Bu şeklin daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 9: Titanyum tel kanca Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 10: Tel kancanın implante edilebilir cihaza takılması Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 11: Dikdörtgen için yerleştirme diyagramı. (A) eşleşen bileşenlerle, (B) eşleşen bileşenler olmadan, bir vektör ağ çözümleyicisi ile eşleştirilmeye hazır Bu şeklin daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 12: Smith grafiği. (A) eşleşmemiş rectenna, (B) eşleşen rectenna Bu şeklin daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 13: Retennanın sensörden gelen verilere örnek yanıtı Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 14: RF gürültüsü varlığında örnek yanıt (aktif bir GSM araması olan yakındaki telefon). (A) Telefonun ve alıcının kenarı arasında 20 cm, (B) telefonun ve alıcının kenarı arasında 10 cm, (C) telefonun kenarı ile alıcı arasında 5 cm Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 15: Hemostatik klipsli ve implante edilebilir pH sensörlü endoskopun resmi Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 16: Bir kapakta hemostatik klips ile kavranmış implante edilebilir pH sensörü Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 17: Sensörün implantasyonu. (A) endoskopun implante edilebilir pH sensörü ile modele yerleştirilmesi, (B) implantasyon yeri - gastroözofageal kavşağın 3 cm üzerinde, (C) klips yerleşiminin hazırlanması, (D) klipsin başarıyla yerleştirilmesi, (E) ISFET pH sensörünün görünümü, alt özofagus sfinkterinin yakınlığına yerleştirilmiştir Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 18: pH tampon çözeltisinin endoskop kanalından enjeksiyonu Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 19: Eks vivo modelin implante sensörlü diseksiyonlu yemek borusu Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
| Kalibrasyon verileri | ||
| pH değeri (cal. metre) [-] | Darbe uzunluğu [ms] | Calc. volt. çıkış [mV] |
| 3.98 | 400 | 1200 |
| 10.01 | 710 | 1510 |
Tablo 1: Örnek kalibrasyon verileri
| Ölçülen veriler | ||||
| pH değeri (cal. metre) [-] | Calc. volt. çıkış [mV] | Tahmini pH [-] | Hata [abs. pH] | Hata [%] |
| 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% |
| pH sapması [-] | 0.30 | |||
| Ortalama hata [-] | 0.25 | |||
Tablo 2: Ölçülen veriler (beherlerle test)
| Ölçülen veriler | ||||
| pH değeri (cal. metre) [-] | Calc. volt. çıkış [mV] | Tahmini pH [-] | Hata [abs. pH] | Hata [%] |
| 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% |
| pH sapması [-] | 0.36 | |||
| Ortalama hata [-] | 0.31 | |||
Tablo 3: Ölçülen veriler ( ex vivo modelde test)
Ek Dosya 1: elektronik tablo.xlsx. Sensörden verilerin kalibre edilmesi ve işlenmesi için elektronik tablo Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Dosya 2: pcb1.zip. Gerber implante edilebilir cihaz için üretim verileri Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Dosya 3: pcb2.zip. Alıcı için Gerber üretim verileri Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Dosya 4: firmware_10s.zip. 10 s iletim süresine sahip mikrodenetleyici için firmware Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Dosya 5: firmware_1min.zip. 1 dakika iletim süresine sahip mikrodenetleyici için firmware Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Dosya 6: firmware-test.zip. Etkinleştirmeden önce 24 saat duraklama olmadan mikrodenetleyici için bellenim Lütfen bu Dosyayı indirmek için buraya tıklayın.
Ek Dosya 7: Elektronik şematik diyagramı Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu yöntem, yeni aktif implante edilebilir tıbbi cihazların geliştirilmesi üzerinde çalışan araştırmacılar için uygundur. Yüzey montaj bileşenlerine sahip elektronik prototiplerin üretiminde bir yeterlilik seviyesi gerektirir. Protokoldeki kritik adımlar, özellikle küçük bileşenlerin yerleştirilmesi ve lehimlemesinde operatör hatasına eğilimli olan PCB'lerin doldurulmasının elektronik üretimiyle ilgilidir. Daha sonra, doğru kapsülleme, neme ve sıvılara maruz kaldığında cihazın ömrünü uzatmak için çok önemlidir. İmplantasyon yöntemi basitlik göz önünde bulundurularak tasarlanmıştır. İmplantasyon sırasında yemek borusunun delinme riski veya diğer advers olaylar minimumdur. Hemostatik klipsler klinik pratikte yaygın olarak kullanılmaktadır; bu nedenle, implantasyonu gerçekleştirmek için özel bir eğitime gerek yoktur.
Cihaz, voltaj çıkışı olan diğer sensörlere, yani dirençli sensörlere ve diğer ISFET sensörlerine eşlik edecek şekilde kolayca değiştirilebilir. Bu, tüm kavramı diğer araştırma ve klinik uygulama alanlarında kullanmak için büyük esneklik sağlar; bir pH ISFET sensörü durumunda GERD'nin yeni tedavi yöntemlerinin araştırılması ile sınırlı değildir.
Üretilen cihaz minyatürdür; 1,2 g ağırlığındadır ve en yakın ticarileştirilmiş implante edilebilir pH sensöründen %60 daha az hacim (0,6 cm3) kaplar. ISFET'in doğrudan PCB'ye bağlı tellerle PCB'ye entegrasyonu ile daha fazla minyatürleştirme elde edilebilir. Bununla birlikte, bu, gerekli ekipman açısından giriş engelini önemli ölçüde artıracaktır (en azından manuel bir tel yapıştırıcı gerektirecektir). Böylece üretici firma tarafından önceden paketlenmiş ISFET sensörlü daha ekonomik uygulanabilir bir alternatif sunuldu.
Güç kaynağına gelince, gümüş oksit / alkalin / karbon-çinko 1.5 V hücreleri daha iyi performans sağlar ve devre tasarımını basitleştirir. Bu cihaz form faktöründe birincil lityum pillerin veya Li-Ion pillerin kullanılması potansiyel sorunlara yol açabilir. Küçük birincil lityum piller yüksek çıkış direncine sahiptir, bu da önemli voltaj düşüşlerine neden olur ve potansiyel olarak mikrodenetleyicinin ve RF vericisinin kahverengileşmesine yol açacaktır. Lityum iyon piller ise 3,3 V mikrodenetleyicilerle uyumsuzdur (çalışma voltajları 3,0-4,2 V civarındadır), devreye karmaşıklık ekler (regülatör veya DC/DC basamak aşağı dönüştürücü gereksinimi). Bu nedenlerden dolayı, iki birincil 1,5 V düğme hücresi, kullanılabilirliğe, çalışma voltajı ve yeterince düşük çıkış direncine bağlı olarak mevcut en iyi pil türüdir.
Sensör özofagus pH izlemesi için iyi doğruluk sergiler; bir ex vivo modelde pH'ın ortalama hatası 0.31 idi ve standart sapma 0.36 idi. Her tampon ilavesi arasında deiyonize su ile yıkama adımına rağmen, ex vivo modelinde daha büyük bir sapma, yemek borusundaki farklı tampon çözeltilerinin küçük bir şekilde karıştırılmasıyla ortaya çıkmış olabilir ve bu da çözeltilerin pH'ını değiştirmiş olabilir. Kullanılan ISFET pH sensörünün hassasiyeti neredeyse -51,7 mV/pH'daki Nernstian eğimini (-25 °C için-58 mV/pH) takip eder. Hassasiyet, GERD (-45 mV/pH)21'i izlemek için antimon bazlı pH sensörlerinde bildirilenden daha yüksektir.
Pillerin yerleştirilmesi ile kablosuz iletim rutininin başlaması arasındaki 24 saat gecikme, kapsülleme epoksi kürleme ve elektronik üretim laboratuvarının endoskopik cerrahi odasından farklı bir yerde bulunduğu örnekler için tanıtıldı. Bu gecikme, kaynak kodu değiştirerek ve bellenimi yeniden derleyerek değiştirilebilir.
Araştırmacılar tarafından yapılacak olan deneyin niteliğine bağlı olarak uygun epoksi (maliyete karşı performans) seçilebilir. İlk deneyler, ilk deneyler için uygun olan ancak biyouyumluluk açısından in vivo deneyler için uygun olmayan otomotiv sınıfı epoksi ile yapıldı. Sağkalım deneyleri için, mukoza zarlarıyla uzun süreli temas için ISO10993 uyumlu tıbbi sınıf bir epoksi seçilmelidir. Ayrıca, biyouyumluluğu artıran kaplamalar (örneğin PTFE veya parilen), implantın reddedilme oranını ve/veya implantasyon bölgesinin iltihaplanma/tahrişini daha da azaltabilir.
Tamamen pasif rectenna alıcısı, hassasiyeti artırmak için dedektör diyotlarını önyargılı bir şekilde iyileştirerek geliştirilebilir22,23. Elektromanyetik girişime veya RF gürültüsüne karşı geliştirilmiş bağışıklık gerekirse, diyot dedektörü RF girişi ve diyot dedektörü arasında son derece seçici bir bant SAW filtresi eklenerek daha da değiştirilebilir24. Daha uzun menzilli iletişim gerekiyorsa, etkin bir ASK alıcısı (veya yazılım tanımlı bir alıcı - SDR) kullanılabilir. Her iki durumda da, alıcının merkez frekansı 431,73 MHz'e (kristalin frekansı RF verici entegre devresinde PLL ile 32 ile çarpılır) ve yaklaşık 150-250 kHz çözünürlük bant genişliğine ayarlanacaktır. RF çıkış frekansı hem voltaja hem de sıcaklığa bağlıdır ve normal çalışma sırasında merkez frekanstan 50 kHz'e kadar sürüklenmeler gözlenmiştir. Banttaki çıkış gücü daha sonra izlenebilir ve protokole göre pH değerini çözmek için kullanılabilir. İlk test için aktif bir alıcının kullanılması önerilir. Takılabilir bir cihazın içinde kullanılırsa, karmaşıklık artışı ve büyük bir enerji cezası ile birlikte gelir. Schottky dedektörünün sağladığı "sıfır güç" avantajını sağlayamaz.
Günümüzde, hemen hemen tüm aktif implante edilebilir tıbbi cihazlar birlikte çalışabilirlik göz önünde bulundurularak tasarlanmamıştır. Yapılandırmaları bir cerrah veya uygulayıcı25 tarafından manuel olarak yapılır ve işbirliği yapmaz. Bu yöntemde pasif bir rectenna alıcı ile birlikte sunulan implante edilebilir cihaz, tek kullanımlık bir sensörden başka bir implante edilebilir cihaza sorunsuz veri aktarımını gerçekleştirmenin bir yolunu gösterir. Heterodyne konseptine dayanan implante edilebilir cihazlar için piyasada bulunan RF modülleri mevcut olsa da, alıcı modu çok güç talep ediyor26. Sunulan çözelti ile nörostimülatörde aktif alıcı gerekmez; devre tamamen pasif olacak şekilde inşa edilebilir. Gerçek zamanlı hasta verilerini dikkate almanın temel avantajları, tedavinin etkinliğini artırmak ve güç tüketimini önemli ölçüde azaltmaktır. Örneğin, GERD tedavisi durumunda, el yazmasında sunulan bir pH sensörü, güç tüketimini en aza indirirken tedavinin etkisini en üst düzeye çıkarmak için nörostimülasyon desenini otomatik olarak uyarlamak için stimülatörün implantasyonundan sonra alt özofagus sfinkterinin üzerine yerlenebilir. Sensörün iç özofagus duvarına yerleştirilmesi birkaç gün sonra yerinden çıkığa eğilimli olduğundan, sensörü pille çalışan bir sensör olarak tasarlamak daha mantıklıdır. Birincil pillerin daha yüksek hacimsel enerji yoğunluğu sayesinde, birincil güç kaynağının kullanımı kablosuz güç alma devresi, şarj bobini ve kapasitör tabanlı enerji depolama içeren bir sensörden daha üstündür. Kablosuz şarjın genel verimliliği de bobinlerin mekansal yönüne büyük ölçüde bağlıdır, bu da tasarıma başka bir zorluk getirecektir. Kablosuz şarj, kalıcı olarak yerleştirilen mikroneurostimülatörlere, yani submucosa14'e fayda sağlar. Pille çalışan pH sensörü, böyle bir mikroneurostimülatörun enerji tüketimini optimize etme imkanı sağlar. Sfinkterin kalıcı/düzenli nörostimülasyonu yerine, pH sensörü stimülasyonun ne zaman gerekli olduğunu (yani, öncelikle gece ve/ veya günün hangi saatlerinde) ve yeterli düşük özofagus sfinkter basıncı elde etmek için mümkün olan en düşük güç çıkışını gösterebilir. Bu kapalı döngü veya yarı kapalı döngü implante edilebilir sistemler, daha az invaziv implantasyona sahip daha küçük implante edilebilir cihazlar sunan ve tedavinin etkinliğini artıran mevcut geleneksel sistemlere umut verici bir alternatif haline gelebilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların beyan edecek bir şeyi yok.
Acknowledgments
Yazarlar, bu çalışmayı desteklenerek Charles Üniversitesi'ni (proje GA UK No 176119) minnetle kabul ederler. Bu çalışma Charles Üniversitesi araştırma programı PROGRES Q 28 (Onkoloji) tarafından desteklendi.
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).
