Budowa bezprzewodowego endoskopowo wszczepialnego czujnika do monitorowania pH z odbiornikiem opartym na diodzie Schottky'ego o zerowym odchyleniu

Summary

Rękopis przedstawia miniaturowy wszczepialny czujnik pH z modulowanym wyjściem bezprzewodowym ASK wraz z w pełni pasywnym obwodem odbiornika opartym na diodach Schottky'ego o zerowym polaryzacji. Rozwiązanie to może być wykorzystane jako podstawa do opracowywania urządzeń do terapii elektrostymulacji kalibrowanych in vivo oraz do ambulatoryjnego monitorowania pH.

Abstract

Ambulatoryjne monitorowanie pH refluksu patologicznego jest okazją do obserwacji związku między objawami a narażeniem przełyku na kwaśny lub niekwaśny refluks. W artykule opisano metodę opracowywania, produkcji i wszczepiania miniaturowego czujnika pH z obsługą bezprzewodową. Czujnik jest przeznaczony do endoskopowego wszczepienia za pomocą pojedynczego klipsa hemostatycznego. Skonstruowano i przetestowano również w pełni pasywny odbiornik oparty na prostowniku opartym na diodzie Schottky'ego o zerowym odchyleniu. Do budowy urządzenia wykorzystano dwuwarstwową płytkę drukowaną oraz gotowe komponenty. Miniaturowy mikrokontroler ze zintegrowanymi analogowymi urządzeniami peryferyjnymi jest używany jako analogowy interfejs dla czujnika tranzystora polowego wrażliwego na jony (ISFET) oraz do generowania sygnału cyfrowego, który jest przesyłany za pomocą układu nadajnika z przesunięciem amplitudy. Urządzenie zasilane jest przez dwa pierwotne ogniwa alkaliczne. Wszczepialne urządzenie ma całkowitą objętość 0,6^cm3 i wagę 1,2 grama, a jego działanie zostało zweryfikowane w modelu ex vivo (przełyk i żołądek świni). Następnie skonstruowano pasywny odbiornik oparty na rectennie o niewielkich rozmiarach, który można łatwo zintegrować z zewnętrznym odbiornikiem lub wszczepialnym neurostymulatorem, który udowodniono, że odbiera sygnał radiowy z implantu, gdy znajduje się w jego pobliżu (20 cm). Niewielki rozmiar czujnika zapewnia ciągłe monitorowanie pH przy minimalnej niedrożności przełyku. Czujnik może być używany w rutynowej praktyce klinicznej do monitorowania pH przełyku przez 24 godziny na dobę, 96 dni w tygodniu bez konieczności wprowadzania cewnika do nosa. Charakter odbiornika o "zerowej mocy" umożliwia również wykorzystanie czujnika do automatycznej kalibracji in vivo miniaturowych urządzeń do neurostymulacji dolnego zwieracza przełyku. Aktywna kontrola oparta na czujnikach umożliwia opracowanie zaawansowanych algorytmów w celu zminimalizowania zużywanej energii w celu osiągnięcia pożądanego wyniku klinicznego. Jednym z przykładów takiego algorytmu może być system zamkniętej pętli do terapii neurostymulacji na żądanie choroby refluksowej przełyku (GERD).

Introduction

Konsensus Montrealski definiuje chorobę refluksową przełyku (GERD) jako "stan, który rozwija się, gdy refluks żołądka powoduje nieprzyjemne objawy i/lub komplikacje". Może to być związane z innymi specyficznymi powikłaniami, takimi jak zwężenia przełyku, przełyk Barretta lub gruczolakorak przełyku. GERD dotyka około 20% dorosłej populacji, głównie w krajach o wysokim statusie ekonomicznym¹.

Ambulatoryjne monitorowanie pH refluksu patologicznego (czas ekspozycji na kwas powyżej 6%) pozwala nam rozróżnić związek między objawami a kwaśnym lub niekwaśnym refluksem żołądkowo-przełykowym^2,

Protocol

W tym badaniu nie brały udziału żadne żywe zwierzęta. Eksperyment przeprowadzono na modelu ex vivo składającym się z przełyku i żołądka świni. Żołądek i przełyk były kupowane w lokalnej rzeźni jako ich standardowy produkt. Ta procedura jest zgodna z prawem czeskim i preferujemy ją ze względu na zasadę "3R" (Wymiana, Redukcja i Udoskonalenie).

1. Wykonanie zespołu czujnika pH

UWAGA: Przestrzegaj zasad ostrożności dotyczących obchodzenia się z komponentami wrażliwymi na wyładowania elektrostatyczne (ESD) podczas produkcji zespołu czujnika pH. Zachowaj ostrożność podczas pracy z lutownicą.

1. Umieś....

Results

Udało się zbudować urządzenie zdolne do autonomicznego wykrywania pH i bezprzewodowego przesyłania wartości pH, jak pokazano na Rysunek 8. Skonstruowane urządzenie jest miniaturowym modelem; Waży 1,2 g i ma objętość 0,6 cm³. Przybliżone wymiary to 18 mm x 8,5 mm x 4,5 mm. Jak pokazano na Rysunek 15, Rysunek 16 i Rysunek 17, można go wszczepić w pobliże dolnego zwieracza przełyku za pomocą pojedy.......

Discussion

Metoda ta jest odpowiednia dla badaczy, którzy pracują nad opracowaniem nowatorskich aktywnych urządzeń medycznych do implantacji. Wymaga to pewnego poziomu biegłości w wytwarzaniu prototypów elektronicznych z elementami do montażu powierzchniowego. Krytyczne kroki w protokole są związane z produkcją elektroniki, zwłaszcza z wypełnianiem płytek drukowanych, które są podatne na błędy operatora przy umieszczaniu i małych elementów. Następnie prawidłowa hermetyzacja ma kluczowe znaczenie dla przedłużenia żywotności urządzen.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Bateria AG1	Panasonic	SR621SW	Dwie baterie na jeden implant
Uchwyt baterii	MYOUNG	MY-521-01
Drut emaliowany miedziany do anteny	pro-POWER	QSE Drut - średnica 0,15 mm, 38 SWG
Żywica epoksydowa do enkapsulacji	Loctite	EA M-31 CL	Dwuczęściowy epoksydowy FEP klasy medycznej zgodny z ISO10993
do czujnika	pHMolex / Temp-Flex	100057-0273
Topnik czyszczący	Shesto	UTFLLU05	Przygotuj 5% roztwór w wodzie dejonizowanej do czyszczenia metodą sonikacji
Klips hemostatyczny	Boston Scientific	Resolution
Pistolet na gorące powietrze + lutownica	W.E.P.	Model 706	Dowolna lutownica zdolna do za pomocą cyny i pistoletu na gorące powietrze, zdolna do utrzymania 260 & stopni; C może być używany
Oprogramowanie do dopasowywania impedancji	Oprogramowanie Iowa Hills	Wykres Smitha	Można pobrać ze strony http://www.iowahills.com/9SmithChartPage.html - alternatywnie, dowolne oprogramowanie do projektowania RF obsługuje obliczanie komponentów dopasowania impedancji
Czujnik pH ISFET na płytce drukowanej	WinSense	WIPS	Zamów model wstępnie zamontowany na płytce drukowanej z wbudowaną złotą elektrodą referencyjną
Laboratoryjny pH-metr	Hanna Instruments	HI2210-02	Używany z sondą szklaną HI1131B
Programator mikrokontorujący	Microchip	PICkit 3	Można również stosować inne programatory kompatybilne z PIC16
Żołądek świni z przełykiem	Lokalna ferma trzody chlewnej	Uzyskiwany od ok. 40– 50 kg świnia	Ważne jest, aby żołądek obejmował całą długość przełyku.
Płytka drukowana - odbiornik	Wybierz preferowanego dostawcę PCB	Zgodnie z danymi pcb2.zip	Jedna warstwa, grubość 0,8 mm, FR4, bez maski
Płytka drukowana - czujnik	Wybierz preferowanego dostawcę PCB	Zgodnie z danymi pcb1.zip	Dwuwarstwowy z PTH, grubość 0,6 mm, FR4, 2x maska
Odbiornik - 0R	Vishay	CRCW04020000Z0EDC	Zobacz rysunek 12 i rysunek 13, aby zapoznać się z umieszczeniem
Odbiornik - 1,5 pF	Murata	GRM0225C1C1R5CA03L	Patrz Rysunek 12 i Rysunek 13 dla umiejscowienia
Odbiornik - 100 pF	Murata	GRM0225C1E101JA02L	Patrz Rysunek 12 i Rysunek 13 dla umiejscowienia
Odbiornik - 33 nH	Elektronika impulsowa	PE-0402CL330JTT	Patrz Rysunek 12 i Rysunek 13 dla umiejscowienia
Odbiornik - diody Schottky'ego RF	MACOM	MA4E2200B1-287T	Zobacz Rysunek 12 i Rysunek 13 dla Umiejscowienie
Odbiornik - antena SMA	LPRS	ANT-433MS
Odbiornik - złącze SMA	Linx Technologies	CONSMA001	Patrz Rysunek 12 i Rysunek 13 dla umiejscowienia
Czujnik - C1	Murata	GRM0225C1H8R0DA03L	8 pF 0402 Kondensator
Czujnik - C2	Murata	GRM0225C1H8R0DA03L	8 pF 0402 Kondensator
Czujnik - C3	Murata	GCM155R71H102KA37D	Kondensator 1 nF 0402
Czujnik - C4	Murata	GRM0225C1H1R8BA03L	1.8
pF Czujnik - C5	Vishay	CRCW04020000Z0EDC	Umieść rezystor 0R 0402 lub użyj do dopasowania anteny
Czujnik - kondensator C6	Murata	GRM155C81C105KE11J	1 uF 0402
Czujnik - kondensator
C7 Murata GRM155C81C105KE11J 1 uF 0402Czujnik -	Murata		GRM022R61A104ME01L 100 nF 0402
Czujnik - IC1	Microchip	MICRF113YM6-TR	MICRF113 nadajnik RF
Czujnik - IC2	Microchip	PIC16LF1704-I/ML	PIC16LF1704 mikrokontroler małej mocy
Czujnik - Rezystor R1	Vishay	CRCW040210K0FKEDC	10 kOhm 0402
Czujnik - R2	Vishay	CRCW040233K0FKEDC	Rezystor 33 kOhm 0402
Czujnik - R3	Vishay	CRCW04021K00FKEDC	1 kOhm 0402 Rezystor
Czujnik - R5	Vishay	CRCW040210K0FKEDC	10 kOhm 0402 Rezystor
Czujnik - X1	ABRACON	ABM8W-13.4916MHZ-8-J2Z-T3	3,2 x 2,5 mm 13,4916 MHz 8 pF kryształ
Drut tytanowy	Sigma-Aldrich	GF36846434	0,125 mm drut tytanowy
Wektorowy analizator sieci	mini ROZWIĄZANIA RADIOWE	miniVNA Tiny	Można stosować inne wektorowe analizatory sieci - wymagana częstotliwość pracy to 300– 500 MHz, szerokość pasma rozdzielczości równa lub mniejsza niż 1 MHz, moc wyjściowa nie większa niż 0 dBm i zakres dynamiki najlepiej lepszy niż 60 dB dla interfejsu odbiorczego