בניית חיישן אנדוסקופי התומך באנדוסקופיה לניטור pH עם מקלט מבוסס דיודת סטוקי עם אפס הטיה

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 גסטר....

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.

1. הנח את חיישן ה- pH של ISFET מותקן על לוח מעגלים מודפס (PCB) על משטח שטוח. אתר את אנשי הקשר הניתנים להלחמה.
2. לקצץ את המגעים הלחמה, כך האורך שלהם הוא לא יותר מ 3 מ"מ.
3. הלחמה קטע של 1....

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 המ.......

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 נר.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
סוללת AG1	Panasonic	SR621SW	שתי סוללות לשתל אחד
מחזיק סוללה	MYOUNG	MY-521-01
חוט אמייל נחושת לאנטנה	pro-POWER	חוט QSE - קוטר 0.15 מ"מ, 38 SWG
אפוקסי לאנקפסולציה	Loctite	M-31 CL	שני חלקים בדרגה רפואית תואם ISO10993 כבל אפוקסי
FEP לחיישן	pHMolex / Temp-Flex	100057-0273
מנקה שטף	Shesto	UTFLLU05	הכן תמיסה של 5% במים נטולי יונים לניקוי על ידי סוניקציה
קליפ המוסטטי	בוסטון סיינטיפיק	רזולוציה
אקדח אוויר חם + מלחם	WEP.	דגם 706	כל מלחם המסוגל להלחם עם פח ואקדח אוויר חם המסוגל לשמור על 260 מעלות; ניתן להשתמש ב-C
תוכנת התאמת עכבה	Iowa Hills Software	Smith Chart	ניתנת להורדה מ-http://www.iowahills.com/9SmithChartPage.html - לחלופין, כל תוכנת תכנון RF תומכת בחישוב רכיבי התאמת עכבה
חיישן pH ISFET על PCB	WinSense	WIPS	הזמינו דגם מותקן מראש על PCB עם אלקטרודת ייחוס זהב על השבב
מד pH מעבדה	Hanna Instruments	HI2210-02	בשימוש עם בדיקת זכוכית HI1131B
מתכנת Microcontorller	Microchip	PICkit 3	ניתן להשתמש גם במתכנתים אחרים תואמי PIC16
בטן חזיר עם וושט	חוות חזירים מקומית	מתקבל מ כ. 40– 50 ק"ג חזיר	חשוב שהקיבה תכלול אורך מלא של הוושט.
לוח מעגלים מודפסים - מקלט	בחר ספק PCB מועדף	על פי נתוני pcb2.zip	שכבה אחת, עובי 0.8 מ"מ, FR4, ללא מסכה
לוח מעגלים מודפסים - חיישן	בחר ספק PCB מועדף	על פי נתוני pcb1.zip	דו שכבתי עם PTH, עובי 0.6 מ"מ, FR4, 2x מקלט מסכה
- 0R	Vishay	CRCW04020000Z0EDC	ראה איור 12 ואיור 13 למיקום
מקלט - 1.5 pF	Murata	GRM0225C1C1R5CA03L	ראה איור 12 ואיור 13 עבור מקלט מיקום
- 100 pF	Murata	GRM0225C1E101JA02L	ראה איור 12 ואיור 13 עבור מקלט מיקום
- 33 nH	Pulse Electronics	PE-0402CL330JTT	ראה איור 12 ואיור 13 עבור
מקלט מיקום - דיודות שוטקי RF	MACOM	MA4E2200B1-287T	ראה איור 12 ואיור 13 עבור מקלט מיקום
- אנטנת SMA	LPRS	ANT-433MS
- מחבר SMA	Linx Technologies	CONSMA001	ראה איור 12 ואיור 13 עבור
חיישן מיקום -	Murata	GRM0225C1H8R0DA03L	8 pF 0402
C2	Murata		GRM0225C1H8R0DA03L 8 pF 0402
- C3	Murata		קבלים GCM155R71H102KA37D 1 nF 0402
C4	Murata	GRM0225C1H1R8BA03L	1.8 pF
- נגד C5	Vishay	CRCW04020000Z0EDC	מקם 0R 0402 או השתמש בו כדי להתאים את האנטנה
חיישן - C6	Murata	GRM155C81C105KE11J	1 uF 0402
חיישן - C7	Murata	GRM155C81C105KE11J	1 קבל
uF 0402חיישן - C8	Murata	GRM022R61A104ME01L	100 nF 0402
- IC1	Microchip	MICRF113YM6-TR	MICRF113 חיישן משדר RF
- IC2	Microchip	PIC16LF1704-I/ML	PIC16LF1704 חיישן מיקרו-בקר בהספק נמוך
- R1	Vishay	CRCW040210K0FKEDC	חיישן נגד 10 kOhm 0402
- R2	Vishay		נגד CRCW040233K0FKEDC 33 kOhm 0402
- R3	Vishay	CRCW04021K00FKEDC	1 kOhm 0402
חיישן נגד - R5	Vishay	CRCW040210K0FKEDC	10 kOhm 0402
חיישן נגד - X1	ABRACON	ABM8W-13.4916MHZ-8-J2Z-T3	3.2 x 2.5 מ"מ 13.4916 מגה-הרץ 8 pF
חוט טיטניום	סיגמא-אולדריץ'	GF36846434	0.125 מ"מ
מנתח רשת וקטורית	מיני RADIO SOLUTIONS	miniVNA זעיר	ניתן להשתמש במנתחי רשת וקטוריים אחרים - תדר הפעולה הנדרש הוא 300– 500 מגה-הרץ, רוחב פס ברזולוציה שווה או נמוך מ-1 מגה-הרץ, הספק פלט של לא יותר מ-0 dBm וטווח דינמי רצוי טוב יותר מ-60 dB עבור הקצה הקדמי המקבל