Construction d’un capteur implantable par endoscopie sans fil pour la surveillance du pH avec récepteur à diode Schottky à polarisation nulle

Summary

Le manuscrit présente un capteur de pH implantable miniature avec une sortie sans fil modulée ASK ainsi qu’un circuit récepteur entièrement passif basé sur des diodes Schottky à polarisation nulle. Cette solution peut être utilisée comme base dans le développement de dispositifs de thérapie par électrostimulation étalonnés in vivo et pour la surveillance ambulatoire du pH.

Abstract

La surveillance ambulatoire du pH du reflux pathologique est l’occasion d’observer la relation entre les symptômes et l’exposition de l’œsophage au reflux acide ou non acide. Cet article décrit une méthode pour le développement, la fabrication et l’implantation d’un capteur de pH miniature sans fil. Le capteur est conçu pour être implanté par endoscopie avec un seul clip hémostatique. Un récepteur à rectenna entièrement passif basé sur une diode Schottky à polarisation nulle est également construit et testé. Pour construire l’appareil, une carte de circuit imprimé à deux couches et des composants prêts à l’emploi ont été utilisés. Un microcontrôleur miniature avec périphériques analogiques intégrés est utilisé comme frontal analogique pour le capteur isFET (transistor à effet de champ sensible aux ions) et pour générer un signal numérique qui est transmis avec une puce d’émetteur à incrustation de décalage d’amplitude. L’appareil est alimenté par deux cellules alcalines primaires. Le dispositif implantable a un volume total de 0,6 ^cm3 et un poids de 1,2 gramme, et ses performances ont été vérifiées dans un modèle ex vivo (œsophage et estomac porcins). Ensuite, un récepteur passif à base de rectenna à faible encombrement qui peut être facilement intégré soit dans un récepteur externe, soit dans le neurostimulateur implantable, a été construit et prouvé pour recevoir le signal RF de l’implant lorsqu’il est à proximité (20 cm) de celui-ci. La petite taille du capteur permet une surveillance continue du pH avec une obstruction minimale de l’œsophage. Le capteur pourrait être utilisé dans la pratique clinique de routine pour la surveillance du pH œsophagien de 24/96 h sans qu’il soit nécessaire d’insérer un cathéter nasal. La nature « zéro puissance » du récepteur permet également l’utilisation du capteur pour l’étalonnage automatique in vivo de dispositifs miniatures de neurostimulation du sphincter inférieur de l’œsophage. Un contrôle actif basé sur des capteurs permet le développement d’algorithmes avancés pour minimiser l’énergie utilisée afin d’obtenir un résultat clinique souhaitable. L’un des exemples d’un tel algorithme serait un système en boucle fermée pour la thérapie de neurostimulation à la demande du reflux gastro-œsophagien (RGO).

Introduction

Le Consensus de Montréal définit le reflux gastro-œsophagien (RGO) comme « une affection qui se développe lorsque le reflux du contenu de l’estomac provoque des symptômes désagréables et/ou des complications ». Elle peut être associée à d’autres complications spécifiques telles que les sténoses œsophagiennes, l’œsophage de Barrett ou l’adénocarcinome de l’œsophage. Le RGO touche environ 20 % de la population adulte, principalement dans les pays à statut économique ^élevé1.

La surveillance ambulatoire du pH du reflux pathologique (temps d’exposition à l’acide de plus de 6%) nous permet de distinguer la relation entre l....

Protocol

Aucun animal vivant n’a participé à cette étude. L’expérience a été réalisée sur un modèle ex vivo composé d’un œsophage et d’un estomac porcins. L’estomac et l’œsophage ont été achetés dans une boucherie locale comme produit standard. Cette procédure est conforme aux lois tchèques, et nous la préférons en raison du principe « 3R » (remplacement, réduction et raffinement).

1. Fabrication de l’ensemble capteur de pH

REMARQUE: Observez les précautions à prendre pour manipuler les composants sensibles aux décharges électrostatiques (ESD) tout au long de la fabrication de l’ensemble du capteur de pH. Soyez pru....

Results

Un dispositif capable de détecter le pH de manière autonome et de transmettre sans fil la valeur du pH a été construit avec succès, comme le montre la figure 8. L’appareil construit est un modèle miniature; il pèse 1,2 g et a un volume de 0,6 ^cm3. Les dimensions approximatives sont de 18 mm x 8,5 mm x 4,5 mm. Comme le montrent la figure 15, la figure 16 et la figure 17, il pe.......

Discussion

Cette méthode convient aux chercheurs qui travaillent sur le développement de nouveaux dispositifs médicaux implantables actifs. Il nécessite un niveau de compétence dans la fabrication de prototypes électroniques avec des composants à montage en surface. Les étapes critiques du protocole sont liées à la fabrication de l’électronique, en particulier le remplissage des PCB, qui est sujet à l’erreur de l’opérateur dans le placement et la soudure de petits composants. Ensuite, une encapsulation correcte est cruciale pour pr.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Batterie AG1	Panasonic	SR621SW	Deux batteries par implant
Support de batterie	MYOUNG	MY-521-01
Fil de cuivre émaillé pour l’antenne	pro-POWER	QSE Fil - 0,15 mm de diamètre, 38 SWG
Époxy pour l’encapsulation	Loctite	EA M-31 CL	Câble époxy FEP en deux parties de qualité médicale conforme aux normes ISO10993
pour sonde	de pHMolex / Temp-Flex	100057-0273
Nettoyeur de flux	Shesto	UTFLLU05	Préparer une solution à 5 % dans de l’eau désionisée pour le nettoyage par sonication
Clip hémostatique	Boston Scientific	Resolution
Pistolet à air chaud + fer à souder	W.E.P.	Modèle 706	Tout fer à souder capable de souder avec de l’étain et un pistolet à air chaud capable de maintenir 260 ° ; C peut être utilisé
Logiciel d’adaptation d’impédance Logiciel	Iowa Hills Logiciel	Smith Chart	Peut être téléchargé à partir de http://www.iowahills.com/9SmithChartPage.html - alternativement, tout logiciel de conception RF prend en charge le calcul des composants d’adaptation d’impédance
Capteur de pH ISFET sur un circuit imprimé WinSense		WIPS	Commandez un modèle pré-monté sur un circuit imprimé avec une électrode de référence en or sur puce
pH de laboratoire	Hanna Instruments	HI2210-02	Utilisé avec HI1131B sonde en verre
Programmateur	Microcontrôleur Microchip	PICkit 3	D’autres programmateurs compatibles PIC16 peuvent également être utilisés
Estomac de porc avec œsophage	Élevage porcin local	Obtenu à partir d’environ 40&ndash ; 50 kg porc	Il est important que l’estomac comprenne toute la longueur de l’œsophage.
Carte de circuit imprimé - récepteur	Choisissez le fournisseur de circuit imprimé préféré	Selon les données pcb2.zip	Une couche, épaisseur 0,8 mm, FR4, sans masque
Carte de circuit imprimé - capteur	Choisissez le fournisseur de circuit imprimé préféré	En fonction des données pcb1.zip	Deux couches avec PTH, 0,6 mm d’épaisseur, FR4, 2x
masque Récepteur - 0R	Vishay	CRCW04020000Z0EDC	Voir la figure 12 et la figure 13 pour le placement
du récepteur - 1,5 pF	Murata	GRM0225C1C1R5CA03L	Voir la figure 12 et la figure 13 pour le placement
du récepteur - 100 pF	Murata	GRM0225C1E101JA02L	Voir la figure 12 et la figure 13 pour le placement
du récepteur - 33 nH	Pulse Electronics	PE-0402CL330JTT	Voir la figure 12 et la figure 13 pour le placement
du récepteur - Diodes schottky RF	MACOM	MA4E2200B1-287T	Voir la figure 12 et la figure 13 pour placement
Récepteur - Antenne SMA	LPRS	Récepteur ANT-433MS
- Connecteur SMA	Linx Technologies	CONSMA001	Voir la figure 12 et la figure 13 pour le placement
Capteur - C1	Murata	GRM0225C1H8R0DA03L	8 pF 0402
Condensateur - C2	Murata	GRM0225C1H8R0DA03L	8 pF 0402
Capteur - C3	Murata	GCM155R71H102KA37D	1 nF 0402
Capteur - C4	Murata	GRM0225C1H1R8BA03L	1.8 pF
Capteur - C5	Vishay	CRCW04020000Z0EDC	Place 0R 0402 résistance ou à utiliser pour correspondre à l’antenne
Capteur - C6	Murata	GRM155C81C105KE11J	1 uF 0402
Capteur - C7	Murata	GRM155C81C105KE11J	1 uF 0402 condensateur
Capteur - Condensateur C8	Murata	GRM022R61A104ME01L	100 nF 0402
Capteur - IC1	Microchip	MICRF113YM6-TR	MICRF113 émetteur RF
Capteur - IC2	Microchip	PIC16LF1704-I/ML	PIC16LF1704 microcontrôleur basse consommation
Capteur - R1	Vishay	CRCW040210K0FKEDC	10 kOhm 0402
Résistance Capteur - R2	Vishay	CRCW040233K0FKEDC	Résistance 33 kOhm 0402
Capteur - R3	Vishay	CRCW04021K00FKEDC	Résistance 1 kOhm 0402
Capteur - Résistance R5	Vishay	CRCW040210K0FKEDC	10 kOhm 0402
Capteur - X1	ABRACON	ABM8W-13.4916MHZ-8-J2Z-T3	3.2 x 2.5 mm 13.4916 MHz Cristal 8 pF
Fil titane	Sigma-Aldrich	GF36846434	0.125 mm fil titane
Analyseur de réseau vectoriel	mini SOLUTIONS RADIO	miniVNA Tiny D’autres	analyseurs de réseaux vectoriels peuvent être utilisés - la fréquence de fonctionnement requise est de 300&ndash ; 500 MHz, largeur de bande de résolution égale ou inférieure à 1 MHz, puissance de sortie ne dépassant pas 0 dBm et plage dynamique de préférence supérieure à 60 dB pour le frontal de réception