Costruzione di un sensore impiantabile endoscopicamente abilitato wireless per il monitoraggio del pH con ricevitore basato su diodi Schottky a polarizzazione zero

Summary

Il manoscritto presenta un sensore di pH impiantabile in miniatura con uscita wireless modulata ASK insieme a un circuito ricevitore completamente passivo basato su diodi Schottky a polarizzazione zero. Questa soluzione può essere utilizzata come base nello sviluppo di dispositivi di terapia elettrostimolante calibrati in vivo e per il monitoraggio ambulatoriale del pH.

Abstract

Il monitoraggio ambulatoriale del pH del reflusso patologico è un'opportunità per osservare la relazione tra sintomi ed esposizione dell'esofago al reflusso acido o non acido. Questo documento descrive un metodo per lo sviluppo, la produzione e l'impianto di un sensore di pH wireless in miniatura. Il sensore è progettato per essere impiantato endoscopicamente con una singola clip emostatica. Viene inoltre costruito e testato un ricevitore completamente passivo basato su rectenna basato su un diodo Schottky a polarizzazione zero. Per costruire il dispositivo, sono stati utilizzati un circuito stampato a due strati e componenti pronti all'uso. Un microcontrollore miniaturizzato con periferiche analogiche integrate viene utilizzato come front-end analogico per il sensore a transistor a effetto di campo sensibile agli ioni (ISFET) e per generare un segnale digitale che viene trasmesso con un chip trasmettitore di commutazione di ampiezza. Il dispositivo è alimentato da due celle alcaline primarie. Il dispositivo impiantabile ha un volume totale di 0,6 ^cm3 e un peso di 1,2 grammi, e le sue prestazioni sono state verificate in un modello ex vivo (esofago suino e stomaco). Successivamente, è stato costruito un ricevitore passivo basato su rectenna a ingombro ridotto che può essere facilmente integrato in un ricevitore esterno o nel neurostimolatore impiantabile e ha dimostrato di ricevere il segnale RF dall'impianto quando si trova in prossimità (20 cm) di esso. Le dimensioni ridotte del sensore forniscono un monitoraggio continuo del pH con un'ostruzione minima dell'esofago. Il sensore potrebbe essere utilizzato nella pratica clinica di routine per il monitoraggio del pH esofageo 24/96 ore senza la necessità di inserire un catetere nasale. La natura "a potenza zero" del ricevitore consente inoltre l'uso del sensore per la calibrazione automatica in vivo di dispositivi di neurostimolazione in miniatura dello sfintere esofageo inferiore. Un controllo attivo basato su sensori consente lo sviluppo di algoritmi avanzati per ridurre al minimo l'energia utilizzata per ottenere un risultato clinico desiderabile. Uno degli esempi di tale algoritmo sarebbe un sistema a circuito chiuso per la terapia di neurostimolazione su richiesta della malattia da reflusso gastroesofageo (GERD).

Introduction

Il Montreal Consensus definisce la malattia da reflusso gastroesofageo (GERD) come "una condizione che si sviluppa quando il reflusso del contenuto dello stomaco provoca sintomi spiacevoli e / o complicazioni". Può essere associato ad altre complicazioni specifiche come stenosi esofagee, esofago di Barrett o adenocarcinoma esofageo. La GERD colpisce circa il 20% della popolazione adulta, principalmente nei paesi con un elevato status ^economico1.

Il monitoraggio ambulatoriale del pH del reflusso patologico (tempo di esposizione acida superiore al 6%) consente di distinguere la relazione tra sintomi e reflusso gastroes....

Protocol

Nessun animale vivente è stato coinvolto in questo studio. L'esperimento è stato eseguito su un modello ex vivo costituito da un esofago suino e dallo stomaco. Lo stomaco e l'esofago sono stati acquistati da una macelleria locale come prodotto standard. Questa procedura è conforme alle leggi ceche e la preferiamo a causa del principio "3R" (sostituzione, riduzione e perfezionamento).

1. Fabbricazione del gruppo sensore di pH

NOTA: osservare le precauzioni per la manipolazione di componenti sensibili alle scariche elettrostatiche (ESD) durante la fabbricazione del gruppo sensore di pH. Fare attenzione quand....

Results

Un dispositivo in grado di rilevare autonomamente il pH e la trasmissione wireless del valore del pH è stato costruito con successo, come mostrato nella Figura 8. Il dispositivo costruito è un modello in miniatura; pesa 1,2 g e ha un volume di 0,6 ^cm3. Le dimensioni approssimative sono 18 mm x 8,5 mm x 4,5 mm. Come mostrato in Figura 15, Figura 16 e Figura 17, può essere impi.......

Discussion

Questo metodo è adatto per i ricercatori che lavorano allo sviluppo di nuovi dispositivi medici impiantabili attivi. Richiede un livello di competenza nella produzione di prototipi elettronici con componenti a montaggio superficiale. I passaggi critici del protocollo sono legati alla produzione dell'elettronica, in particolare popolando i PCB, che è soggetta a errori dell'operatore nel posizionamento e nella saldatura di piccoli componenti. Quindi, un corretto incapsulamento è fondamentale per prolungare la durata del di.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Batteria AG1	Panasonic	SR621SW	Due batterie per un impianto
Portabatteria	MYOUNG	MY-521-01
Filo smaltato di rame per l'antenna	Filo pro-POWER	QSE - diametro 0,15 mm, 38 SWG
Epossidico per incapsulamento	Loctite	EA M-31 CL	epossidico in due parti di grado medico conforme alla ISO10993
per sensore di	pHMolex / Temp-Flex	100057-0273
Detergente per flussante	Shesto	UTFLLU05	Preparare una soluzione al 5% in acqua deionizzata per la pulizia mediante sonicazione
Clip emostatica	Boston Scientific
Pistola ad aria calda + saldatore	W.E.P.	Modello 706	Qualsiasi saldatore in grado di saldare con stagno e pistola ad aria calda in grado di mantenere 260 ° C può essere utilizzato
Software di adattamento dell'impedenza	Software Iowa Hills	Diagramma di Smith	Può essere scaricato da http://www.iowahills.com/9SmithChartPage.html - in alternativa, qualsiasi software di progettazione RF supporta il calcolo dei componenti di adattamento dell'impedenza
Sensore di pH ISFET su un PCB	WinSense	WIPS	Ordina un modello premontato su un PCB con elettrodo di riferimento in oro su chip
PHmetro da laboratorio	Hanna Instruments	HI2210-02	Utilizzato con HI1131B sonda a vetro
Programmatore Microcontorller	Microchip	PICkit 3	Possono essere utilizzati anche altri programmatori compatibili con PIC16
Stomaco di maiale con esofago	Allevamento suino locale	Ottenuto da circa 40... Maiale da 50 kg	È importante che lo stomaco includa l'intera lunghezza dell'esofago.
Circuito stampato - ricevitore	Scegli il fornitore di PCB preferito	In base ai dati pcb2.zip	Uno strato, spessore 0,8 mm, FR4, senza maschera
Circuito stampato - sensore	Scegli il fornitore di PCB preferito	In base ai dati pcb1.zip	Due strati con PTH, spessore 0,6 mm, FR4, 2x maschera
Ricevitore - 0R	Vishay	CRCW04020000Z0EDC	Vedere la Figura 12 e la Figura 13 per il posizionamento
Ricevitore - 1,5 pF	Murata	GRM0225C1C1R5CA03L	Vedere la Figura 12 e la Figura 13 per
posizionamento Ricevitore - 100 pF	Murata	GRM0225C1E101JA02L	Vedere la Figura 12 e la Figura 13 per
posizionamento Ricevitore - 33 nH	Pulse Electronics	PE-0402CL330JTT	Vedere la Figura 12 e la Figura 13 per il posizionamento
Ricevitore - Diodi schottky RF	MACOM	MA4E2200B1-287T	Vedere la Figura 12 e la Figura 13 per posizionamento
Ricevitore - Antenna SMA	LPRS	ANT-433MS
Ricevitore - Connettore SMA	Linx Technologies	CONSMA001	Vedere Figura 12 e Figura 13 per il posizionamento
Sensore - C1	Murata GRM0225C1H8R0DA03L		8 pF 0402 condensatore
Sensore - C2	Murata	GRM0225C1H8R0DA03L	8 pF 0402
condensatore Sensore - C3	Murata	GCM155R71H102KA37D	1 nF 0402 condensatore
Sensore - C4	Murata	GRM0225C1H1R8BA03L	1,8 pF
Sensore - C5	Vishay	CRCW04020000Z0EDC	Posizionare il resistore 0R 0402 o utilizzare per abbinare l'antenna
Sensore - C6	Murata GRM155C81C105KE11J		1 uF 0402
condensatore Sensore - C7	Murata	GRM155C81C105KE11J	1 uF 0402 condensatore
Sensore - C8	Murata	GRM022R61A104ME01L	100 nF 0402
condensatore Sensore - IC1	Microchip	MICRF113YM6-TR	MICRF113 trasmettitore RF
Sensore - IC2	Microchip	PIC16LF1704-I/ML	PIC16LF1704 microcontrollore a bassa potenza
Sensore - R1	Vishay	CRCW040210K0FKEDC	10 kOhm 0402
resistore Sensore - R2	Vishay	Resistore CRCW040233K0FKEDC	33 kOhm 0402
Sensore - R3	Vishay CRCW04021K00FKEDC		1 kOhm 0402 resistore
Sensore - R5	Vishay	CRCW040210K0FKEDC	10 kOhm 0402 resistore
Sensore - X1	ABRACON	ABM8W-13.4916MHZ-8-J2Z-T3	3,2 x 2,5 mm 13,4916 MHz Cristallo 8 pF
Filo di titanio	Sigma-Aldrich	GF36846434	0,125 mm
Analizzatore di rete vettoriale	mini SOLUZIONI RADIO	miniVNA Tiny	È possibile utilizzare altri analizzatori di rete vettoriale: la frequenza di funzionamento richiesta è 300– 500 MHz, larghezza di banda di risoluzione uguale o inferiore a 1 MHz, potenza di uscita non superiore a 0 dBm e gamma dinamica preferibilmente migliore di 60 dB per il front-end ricevente