Summary
Применение ВЧ низкий энергичный стимуляции может облегчить симптомы желудка dysmotility. В этом исследовании представлены миниатюрные, эндоскопически имплантируемые и Беспроводная аккумуляторная устройство, который вживляется в подслизистую карман. Во время эксперимента на живых свиней были достигнуты успешные как способ коммуникации и стимуляции управления.
Abstract
Dysmotility желудка может быть признаком общих заболеваний, таких как давние сахарный диабет. Известно, что применение ВЧ низкий энергичный стимуляции может помочь эффективно умеренной и облегчить симптомы желудка dysmotility. Целью исследования была разработка миниатюрный, эндоскопически Имплантируемые устройства в подслизистую карман. Имплантируемые устройства представляет собой полностью настроить электронный пакет, который был специально разработан с целью экспериментов в подслизистой. Прибор оснащен литий ионный аккумулятор, который может быть пополнен без проводов, получив инцидента магнитного поля от зарядки/передачи катушки. Передача сообщения достигается в MedRadio полосы на 432 МГц. Устройство эндоскопически был вставлен в подслизистую карман живой домашней свиньи, используется как в естественных условиях модель, специально в антральном желудка. Эксперимент подтвердил, что разработанные устройства может быть имплантирован в подслизистой и способен двунаправленная связь. Устройство может выполнять биполярного стимуляции мышечной ткани.
Introduction
Dysmotility желудка может быть признаком несколько относительно общих заболеваний, таких как гастропареза, которое обычно характеризуется хроническим прогрессии и накладывает довольно серьезные последствия на социальные, связанные с работой и физическое состояние пациента. В большинстве случаев гастропареза обычно являются диабетическая или идиопатическая происхождение и часто устойчивы к доступными препаратами1. Пациенты, страдающие от этого состояния наиболее часто представляют с тошнотой и повторяются рвота. Основываясь на предыдущих исследований, известно, что применение ВЧ низкий энергичный электрической стимуляции может помочь эффективно умеренной и облегчить симптомы желудка dysmotility1,2.
Основываясь на предыдущих исследований, доказано, что высокочастотные желудка электрической стимуляции может значительно улучшить симптомы и опорожнения желудка3. Также было показано, что нижнего пищеводного сфинктера нейростимулятор терапия является безопасным и эффективным для лечения гастроэзофагеальной рефлюксной болезни (ГЭРБ), снижение кислотного воздействия и ликвидацию ежедневно протонного насоса ингибитор (PPI) использование без стимуляция связанные неблагоприятные эффекты4. До испытания на человеке первые исследования были проведены на животных моделях (собак модели5). На основе этих исследований, электрической стимуляции нижнего пищеводного сфинктера (LES, 20 Гц, длительность импульса 3 мс) вызвало длительное сокращение LES5. Подобные эффекты высокого (20 Гц, ширина импульса 200 μs) и низкой (6 циклов/мин, ширина импульса 375 МС) частоты электрической стимуляции на LES больных ГЭРБ были исследованы. Высокой и низкой частоты стимуляции являются эффективным6. Однако в настоящее время есть только два нейростимуляция устройства для желудка и пищевода стимуляции доступны на рынке7,8. В этих устройствах электроды можно вживляется хирургическим путем, лапароскопически или автоматически. Само устройство имплантируется подкожно. Это требует общей анестезии и громоздкие устройства установлен, с помощью внутримышечной катетеры, которые позволяют для стимуляции пищевода или желудка мышечной ткани. Таким образом возможность использования беспроводной связи устройство имплантируется в подслизистую желудка слой будет представлять определенное преимущество и улучшение комфорта пациента. Как указано в предыдущих исследований9,10, было доказано, что имплантация миниатюрные нейростимулятор в подслизистой возможен. Для эндоскопической имплантации подслизистую, мы используем технику, называемую эндоскопической подслизистую забивая (ESP), основанный на эндоскопическое подслизистую туннель рассечение10. Целью этого исследования является для дальнейшего совершенствования этой концепции имплантируемые нейростимулятор, главным образом в области управления питанием (специально беспроводной подзарядки способности), соответствие с соответствующими законами и правилами для беспроводных связи в медицинских имплантируемых устройств и возможности биполярной нейростимуляция. Далее представлены microneurostimulator способен двунаправленная связь и стимуляции параметры могут быть изменены в режиме реального времени, даже в то время как устройство имплантируется.
Этот метод подходит для команд с терапевтических эндоскопист, опытных в эндоскопической забивая или вскрытия туннеля. Далее аппаратного и встроенного программного обеспечения-дизайнер с опытом в создании прототипов оборудования с микроконтроллерами и необходимых схем радио частоты, с использованием технологии поверхностного монтажа. Для создания прототипов оборудования, лаборатории оснащены оплавления, Паяльная станция и основного оборудования для электрических измерений (по крайней мере цифровой мультиметр, осциллограф, анализатор спектра и программист PICkit3) не требуется.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Все эндоскопических процедур, включая животных темы были утверждены в Институте физиологии животных и генетики, Академия наук Чешской Республики (PIGMOD) центр, биомедицинских, Libechov, Чешская Республика (проект экспериментов в имплантации батарея менее и аккумулятор устройства в подслизистой пищевода и желудка-экспериментальное исследование). Все эксперименты проводятся в соответствии с чешским законодательством 246/1992 Sb. «о защите животных от жестокого обращения, с внесенными поправками». Передатчик устройства не требуется для стерилизации, потому что это внешнее устройство, которое не находится в прямой контакт с животным.
1. Имплантируемые устройства дизайн
- Подготовьте ПХД, используя сторонние ПХД, производство одежды. Дизайн полный печатной платы предоставляется в дополнительный файл «gerber_implant.7z». Схема представлена на рисунке 1.
- Место ПХД на плоской поверхности (рис. 2a). Используйте припой паста распределитель с иглой и 60 psi давление 0,6 мм вручную обойтись паяльные пасты на каждый металлический площадку на печатной плате. Начнем с верхней стороне печатной платы (рис. 2b). Общее количество паяльной пасты для обеих сторон печатной платы не должен превышать 15 мкл.
- С парой Антистатический пинцет поместите все компоненты в верхнем слое печатной платы (рис. 2е). Используйте Рисунок 3 компонент позиции и дополнительный файл «bom_implantabledevice.csv» для назначения компонентов на их номера.
- Использование станции пистолет горячего воздуха ПХД на 260 ° C паять все компоненты (рис. 4a). Подождите, пока не расплавится припой паста, затем спрятал пистолет горячего воздуха и позволить Совету остыть до комнатной температуры.
- Переверните PCB и отказаться от паяльной пасты на другой стороне. Используйте те же иглы и давления, как указано в 1.2 (Рисунок 2d).
- Как и в шаге 1.3., поместить все компоненты нижнего слоя КСП. Обратитесь к рис для компонент позиции и дополнительный файл «bom_implantabledevice.csv» для назначения компонентов на их номера.
- Повторите Отопление ПХД с пистолетом горячего воздуха для пайки все компоненты на нижней стороне. Используйте этот же процесс, как в шаге 1.4.
- Визуально проверьте ПХД для любой коротких замыканий. Если любой короткого замыкания найден, удалите его с паяльником.
- Производство катушки беспроводной зарядки/связи. Использование 17 превращается из AWG42 проволоки. Размер катушки-26 x 13,5 мм2 (рис. 4 d). Поверните два выходных проводов.
- Проектирование и производство электрода. Конструкция электродов приводится в дополнительном файле «gerber_electrodes.7z». Используйте этот же процесс производства как шаг 1.1. Этот PCB полностью завершена после производства, и компоненты не обязаны быть припаян на него. Спаять два провода AWG42 для небольших прямоугольных контактов (Рисунок 4f)
- Подготовьте антенна, с помощью 7 см эмалированные провода и соскабливания 3 мм эмали от одного конца (рис 4e)
- Подключение PICkit 3 программист к печатной платы (рис. 4b-c)
- Соединить прокладки 6 и 7, в соответствии с рис. 5, контакты 2 и 3 PICkit программист, соответственно.
- Подключите колодки ТР1, ТР2 и ТР3 (см. рис. 3) к контактам 1, 5 и 4 PICkit программист, соответственно
- Подключите PICkit 3 программист в USB-порт компьютера с установленным программным обеспечением MPLAB IPE.
- Запустите программное обеспечение MPLAB IPE и Программа прошивки в микроконтроллер.
- Запустите MPLAB IPE v3.61. Выберите «параметры | Расширенный режим»
- В поле Пароль введите пароль по умолчанию, который является «микрочип». Нажмите кнопку «Вход в». Появится вкладка с разными панелями на левой стороне.
- В верхней левой нажмите кнопку «Выполнить», а затем в верхней средней части экрана, нажмите «Устройства поле» и введите «PIC16LF1783». Нажмите кнопку «Применить».
- Выберите панель «Power» в левой части (рис. 6).
- Измените значение Напряжение VDD 2.55. Этот шаг очень важен.
Предупреждение: Установка этого значения выше 2,8 V повредит Совет (рис. 7). - Установите флажок «Целевой электросети» от «Инструмент» (рис. 7).
- Щелкните вкладку «Работать» в левой части (рис. 6).
- Нажмите «Подключиться».
- Скачать дополнительный файл «IMPLANTABLE_V2. X.Production.Hex» и запомните его местоположение на жестком диске. В программном обеспечении IPE найдите строку источника и нажмите кнопку «Обзор» рядом с ним (рис. 8).
- Нажмите кнопку программы. Подождите, пока программа говорит, что программное обеспечение успешно загружен для микроконтроллеров (рис. 9).
- Desolder провода припаяны к колодки ТР1, ТР2 и ТР3 (рис. 3) а также провода припаяны к прокладок 6 и 7 (рис. 5).
- Соединить все электрические компоненты за исключением батареи (Рисунок 10А) КСП.
- Припой беспроводной зарядки/коммуникации катушки для колодки 2 и 3 согласно рис. Полярность не имеет значения.
- Подключите антенну к pad 1 согласно рис. Подключите PCB электродов колодки номер 4 и 5 согласно рис. Полярность не имеет значения.
- Припой CG-320 аккумулятор колодки 6 и 7 (рис. 5). Отрицательная клемма аккумуляторной батареи должны быть припаян на площадку 7. Будьте внимательны при выполнении последующих шагов. Устройство теперь работает и чувствителен к коротких замыканий и контакта с металлическими предметами.
- Чтобы проверить функциональность беспроводной зарядки схем, все шаги в части 2 необходимо завершить. После этого место передатчик зарядное устройство в непосредственной близости от устройства. Используйте мультиметр для измерения напряжения аккумулятора. Если напряжение батареи увеличивается медленно (несколько mV / мин), поручая функция работает.
- Ветер антенны вокруг устройства в спирали (рис. 10б)
- Вырежьте кусок длиной 32 мм Термоусадочные трубки с внутренним диаметром 9,5 мм.
- Место катушки на печатной плате. Обратитесь к рис. 7b для правильного размещения.
- Положите Термоусадочные трубки устройства, катушки и антенны. Только электроды должны выступать из труб. Обратитесь к рис. 7 c для правильного размещения.
- Тепловые трубы с пистолетом горячего воздуха до 150 ° C, а затем дайте ему остыть (рис. 10 d).
- Применять эпоксидный клей в левый конец печать одной стороне труб (фигуры 10e).
- Клей электрода к обратной стороне печатной платы с трубки. Также клей на другом конце трубки. Обратитесь к рисунку 10f для правильного размещения.
- Подождите, по крайней мере 24 часа для клея твердеют и полностью вылечить.
- После завершения передатчик зарядное устройство проверьте Имплантируемые устройства для утечки воды, поместив его в высокий столбец насыщенный солевой раствор для 1 h 30 см. Любые крупные утечки может быть выставлен как внезапное падение напряжения батареи или неисправности устройства, вызванные физиологический раствор, короткое замыкание электроники. После испытания устройство полностью готов быть имплантированы.
- Тест стимуляции функции импланта с помощью осциллографа. Подключите два электрода измерений осциллографа к олова металлические позолоченные контактные колодки электрода на Имплантируемые устройства. Наблюдать картину стимуляции на экране осциллографа. Шаблон правильный стимуляции приводится на рисунке 11.
2. Зарядное устройство/передатчик дизайн
- Дизайн печатной платы предоставляется в дополнительный файл «gerber_transmitter.7z». Используйте этот же процесс производства как Имплантируемые устройства. Схема представлена на рисунке 12.
- Место ПХД на плоской поверхности. Используйте припой паста распределитель с иглой и 60 psi давление 0,6 мм вручную обойтись паяльные пасты на каждый металлический площадку на печатной плате. Общее количество обойтись на печатной плате припой паста не должна превышать 50 мкл.
- С парой Антистатический пинцет поместите все компоненты в верхнем слое PCB. Рисунок 13 обратиться за компонент позиции и дополнительный файл «bom_transmitterdevice.csv» для назначения компонентов в их число.
- Использование станции пистолет горячего воздуха PCB пресет до 260 ° C паять все компоненты. Подождите пока не расплавится припой паста, спрятал пистолет горячего воздуха и позволить Совету остыть до комнатной температуры.
- Повторите шаги 2,3-2,4 на нижней стороне устройства. Выполните подобную процедуру как при изготовлении Имплантируемые устройства.
- Создайте катушки с 3 оборота AWG18 эмалированные провода (Рисунок 14 c) и подключить его к колодки COIL1 и COIL2 (рис. 13).
- Сделайте алюминиевый теплоотвод для силовых транзисторов (рис. 13, Q1 и Q2). Точная форма теплоотвода не является критическим. Одним из возможных воплощений показан на рисунке 9 d. В этом случае теплоотвод также формирует вольер для устройства.
- Подключите PICkit 3 программист в собранном КСП. Подключиться колодки ТР1 ТП5 (рис. 13) с булавки 1 по 5 из PICkit программист, соответственно.
- Подключите PICkit 3 программист в USB-порт компьютера с установленным программным обеспечением MPLAB IPE.
-
Запустите программное обеспечение MPLAB IPE и Программа прошивки в микроконтроллер. Этот процесс аналогичен Имплантируемые устройства, за исключением Напряжение VDD и файл загружен.
- Запустите MPLAB IPE v3.61. Выберите «параметры | ««Расширенный режим».
- В поле Пароль введите пароль по умолчанию, который является «микрочип». Нажмите «Входа». Появится вкладка с разными панелями на левой стороне.
- В верхней левой нажмите кнопку «Выполнить», а затем в верхней средней части экрана, нажмите «Устройства» и введите «PIC16LF1783». Нажмите кнопку «Применить».
- Выберите панель «Power» на левой стороне
- Измените значение Напряжение VDD 3.3.
- Установите флажок «Целевой электросети» от «Инструмент».
- Щелкните вкладку «Работать» на левой стороне.
- Нажмите «Подключиться».
- Скачать дополнительный файл «IMPLANTABLE_V2_TRANSMITTER. X.Production.Hex» и запомните его местоположение на жестком диске. В программном обеспечении IPE найдите строку источника и нажмите кнопку «Обзор» рядом с ним.
- Нажмите кнопку «Программы». Подождите, пока программа говорит, что программное обеспечение было успешно загружены к микроконтроллеру.
- Desolder провода припаяны к прокладки ТР1 TP5
- 12 V блок питания Подключите к V - и V + прокладки (рис. 5). Отрицательный полюс должен быть подключен к V-pad.
- Подключите мини USB для USB-A кабель для X1 разъем (рис. 5) и подключиться к компьютеру с PuTTy предварительно установленным программным обеспечением.
-
Откройте PuTTY программное обеспечение и установить его вверх (рис. 15).
- Откройте PuTTY программного обеспечения. Выберите «Последовательный» как тип подключения.
- Введите COMx последовательной линии, где x — номер COM-порта устройства. Если никакое другое устройство COM порт был установлен, это число будет равно 1.
- Введите «38400» как скорость. Нажмите кнопку «Открыть». Устройство зарядное устройство/передатчика теперь готов к использованию. Нажмите H ключ для справки.
3. эндоскопической имплантации
-
Используйте свинью живой мини-как в естественных условиях модели, Взрослый (8-36 месяцев), 20-30 кг веса.
- Пусть свинья быстро за 24 часа до процедуры.
- Разрешить прозрачные жидкости ad libitum.
- Управлять tiletamine внутримышечно (2 мг/кг), zolazepam (2 мг/кг) и кетамин (11 мг/кг) в качестве премедикации.
- Применение внутривенного тиопентал объявление effectum (5% раствор) и ингаляционной анестезии с изофлюрановая, N2O и введения пропофола. Надлежащего анестезии подтверждается рефлексов и тонус мышц, положение глаз и глазной рефлекс Зрачковый Рефлекс. Тираж, оксигенации, вентиляции и температуры тела постоянно контролируются.
- Чтобы выполнить имплантации и визуализации, используйте эндоскопа посвященный модели на животных. Вставьте его, используя стандартный способ в модель в естественных условиях .
- Возьмите устройство внешне с ловушкой. После этого вставьте его в живот, а затем высвободите его.
- Экстракт эндоскоп, оборудовать его вскрытия колпачка (15,5 мм) и затем вставить ее заново в желудок.
- Для того чтобы имплантировать устройство подслизистой, применяют физиологический раствор, смешанного с метиленовым синим в подслизистую слой с помощью инъекций терапии иглы катетера (25 Г).
- Сделайте горизонтальный разрез для создания проема в подслизистой использование электрохирургического нож с ручкой форменный совет.
- С помощью несъемной крышки, вставьте крышку в недавно созданное пространство и с использованием электрохирургическое нож, продолжать нарушать, расширяя и рассекает подслизистую слой, создавая кармане достаточно большого достаточно для вставки устройства стимуляции.
- Возьмите устройство, которое свободно лежал в желудке с вставки и извлечения петель и, используя схватив щипцы, перейдите в подслизистую карман. Место электроды стимуляции при контакте с мышечной propria, используя пинцет ГРАСП.
- Используйте область клипа для обеспечения устройство в место внутри подслизистую над карман и предотвратить любой миграции или выбить.
4. эксперимент — После имплантации
- После успешной имплантации место катушки зарядное устройство/передатчик в близости имплантированного устройства.
- Подключите адаптер RTL2832 в ПК.
-
Запуск программного обеспечения HDSDR и установите центральную частоту 432 МГц.
- Откройте программное обеспечение HDSDR (рис. 15) для правильной настройки и шпаклевки (рис. 16). В HDSDR программного обеспечения, нажмите кнопку «Параметры | Выберите вход | ExtIO».
- Выберите полосу пропускания — «960000». Выберите частоту Ло 431.95 MHz. Выберите мелодию частота 432.00 МГц.
- Передавать Манчестер кодированная последовательности от передатчика зарядное устройство, нажав клавишу R в замазка терминала и получить ответ OOK модуляции от имплантата замечанием главного окна HDSDR ( Рисунок 17e-f).
5. euthanasia после эксперимента
- Используйте передозировки анестетика для эвтаназии (летальная доза тиопентал и KCl).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Рисунок 17 показывает, что эндоскопическая размещение желудка нейростимулятор в карман в подслизистой, а также надлежащее размещение электродов в мышечный слой был успешным. Размеры устройства (рис. 10), 35 x 15 x 5 мм3 , в то время как вес составляет 2.15 г. Рисунок 17 показана схема устройства показаны, что устройство состоит из 6 различных модулей, которые связаны вместе. Рисунок 3 показывает макет и компонент размещение ПХД в устройстве. На рисунке 18 показано, что для того чтобы имплантировать устройство в подслизистую слой, называемый эндоскопической подслизистую карман9,10 (ESP) был использован. Стимулятор был прикреплен возле мышечный слой (мышечной propria) там, где это теоретически оптимальной стимуляции глубины. Создание подслизистую карман и имплантацию нейростимулятор желудка эндоскопически взял 20 – 30 мин. Во время этой процедуры является не intraprocedural осложнение, таких как перфорация или кровотечение. Не удалось определить миграции устройства в желудке, потому что эксперимент был не выживание. После имплантации двунаправленную связь с Имплантируемые устройства был создан с внешнего устройства показано на рисунке 14. Приблизительное расстояние между зарядное устройство/программист катушки и имплантат был 10 см. Достигнуто соотношение сигнал шум (SNR) с RTL2832 на основе программного обеспечения определены-(SDR) радиоприемник был более чем 40 дБ.
Рисунок 1 : Схема Имплантируемые устройства. На рисунке показано, как различные компоненты и части цепи связаны в Имплантируемые устройства. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2 : Изготовление Имплантируемые устройства - Агрегат PCB. () PCB, вид сверху. (b) припой паста наносится на верхний слой. (c) пример размещения рук 0402 конденсатор. (d) припой паста наносится на нижний слой. (e) полностью заполнен верхней стороне печатной платы. (f) полностью заполнен нижней стороне печатной платы пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3 : Дизайн Имплантируемые устройства. () верхний слой меди КСП. (b) компонент имена в верхнем слое. (c) внизу медный слой PCB. (d) имена компонентов на нижнем слое. (e) композитный картина всех слоев PCB пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4 : Изготовление Имплантируемые устройства — Подготовка других частей. () поток горячего воздуха в нижней части КСП. (b) программирование провода припаять к ПХД. (c) PCB подключен к программисту. (d) беспроводной зарядки катушки. (e) 432 МГц антенной. (f) стимуляция электродов с двух проводов прилагаемом пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 5 : Рекомендуемые припой совместных размещение для внешних компонентов Имплантируемые устройства. На рисунке показано, где должны быть припаян катушки, антенна, батарея и электродов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 6 : Установления соединения с имплантируемых устройств — важные параметры, упомянутые в тексте, отмеченные красными стрелками. Эта фотография из программное обеспечение MPLAB IPE, экран, который показывает, как определить что микроконтроллер внутри Имплантируемые устройства правильно взаимодействует с программатором PICkit обеспечивается. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 7 : Мощность настройки программного обеспечения, используемого для программирования — важные параметры, упомянутые в тексте, отмеченные красными стрелками. Это картина из программное обеспечение MPLAB IPE. Он показывает, как правильно питание Имплантируемые устройства для программирования пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 8 : Выбор правильного программирования файла для Имплантируемые устройства. Картина показывает, какую кнопку нажать, чтобы загрузить файл дополнительного .hex правильно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 9 : Процесс программирования прошивки в Имплантируемые устройства. Картина показывает, какую кнопку нажать, чтобы запрограммировать программное обеспечение в Имплантируемые устройства. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 10 : Изготовление Имплантируемые устройства — окончательная сборка. () беспроводной зарядки катушки, электроды стимуляции и антенна, припаять к ПХД, вместе с батареей. (b) с накоплением имплантат. (c) прозрачный тепла термоусадочная трубка над PCB. (d) Shrinking труб с горячим воздухом. (e) трубка полностью усадочных и заканчивается на приклеены. (f) окончательно Имплантируемые устройства пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 11 : Типичный выход стимуляции шаблон устройства как показано на осциллограф DSOX1102G. После программирования Имплантируемые устройства, пайка электродов и аккумулятор, шаблон вывода стимуляции, аналогичной той, которая отображается на рисунке должен появиться на электродах. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 12 : Схема передатчик зарядного устройства. На рисунке показана аналогическое на рисунке 1. Показано здесь является внутренней работы передатчик зарядного устройства пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 13 : Дизайн устройства зарядное устройство/передатчика. () верхний слой меди КСП. (b) компонент имена в верхнем слое. (c) внизу медный слой PCB. (d) имена компонентов на нижнем слое. (e) композитный картина всех слоев PCB пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 14 : Изготовление передатчик зарядное устройство. () завершил PCB, верхней стороне (b) завершено нижней стороне печатной платы (c) механический дизайн беспроводной передатчик/зарядное устройство катушки (d) один из возможных воплощение окончательный зарядное устройство/передатчик устройства , пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 15 : Правильные настройки программного обеспечения HDSDR. HDSDR программное обеспечение используется вместе с RTL2832U на основе USB получать ключ как анализатор спектра для отображения радио-спектра. В этом случае он используется для получения ответа от имплантата, передаваемая на приблизительно 432 МГц. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 16 : Правильные настройки программного обеспечения, PuTTY. PuTTY программное обеспечение используется для связи с устройством зарядное устройство/передатчик. Он должен быть правильно настроен для того, чтобы отображать правильные данные для пользователя. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 17 : Эндоскопическая имплантация Имплантируемые устройства и проверки, если он работает. (a) в естественных условиях модель в животных эндоскопической единицы. (b) включить эндоскоп в стандарте путь в модель в естественных условиях . (c) Implantable прототип устройства, захватил с ловушкой. (d) процесс создания двунаправленной беспроводная связь с Имплантируемые устройства. (e) HDSDR программного обеспечения. (f) подробно OOK модулированные данные, переданные имплантата. (g) рентгеновской — Проверка позиций устройства. (h) рентгеновского сканирования области имплантата, устройства, а также область клип отчетливо видна. (я) детальный вид устройства. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 18 : Вид имплантации устройства и эндоскопической техники. () подслизистую инъекции с метиленовым синим. (b) подслизистую разрез (вход для формирования подслизистую карман). (c) Tunnelisation подслизистую карман. (d-f) Нарушения, расширяя и рассекает подслизистую слоя. (g, h) Имплантации устройства. (я) закрытие въезда с клип область. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Дополнительный файл 1: gerber_implant.7z. ZIP-архив с файлами, необходимые для изготовления печатных плат Имплантируемые устройства. Пожалуйста нажмите здесь, чтобы скачать этот файл
Дополнительный файл 2: gerber_transmitter.7z. ZIP-архив с файлами, необходимые для изготовления печатных плат зарядное устройство/передатчик устройства. Пожалуйста нажмите здесь, чтобы скачать этот файл
Дополнительный файл 3: gerber_electrodes.7z. ZIP-архив с файлами, необходимые для изготовления электродов. Пожалуйста нажмите здесь, чтобы скачать этот файл
Дополнительный файл 4: IMPLANTABLE_V2. X.Production.hex. прошивки для Имплантируемые устройства. Пожалуйста нажмите здесь, чтобы скачать этот файл
Дополнительный файл 5: IMPLANTABLE_V2_TRANSMITTER. X.Production.Hex. прошивки для устройств зарядное устройство/передатчик. Пожалуйста нажмите здесь, чтобы скачать этот файл
Дополнительный файл 6: bom_implantabledevice.csv. Билл материалов (BOM) файл, описывающий назначение значений компонентов конкретных компонентов на печатной плате Имплантируемые устройства. Пожалуйста нажмите здесь, чтобы скачать этот файл
Дополнительный файл 7: bom_transmitterdevice.csv. Спецификации файл, описывающий назначение значений компонентов конкретных компонентов на печатной плате зарядное устройство/передатчик устройства. Пожалуйста нажмите здесь, чтобы скачать этот файл
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Дизайн Имплантируемые устройства следует прежде всего сосредоточить внимание на общий размер устройства, достижимых стимуляции профили (максимальное напряжение, максимальный ток результата, Длина импульсов и частота пульса). Основным ограничением с точки зрения аппаратного обеспечения-размер и наличие подходящих компонентов. Чтобы свести к минимуму общий размер, поверхностного монтажа компонентов предпочтительным из-за своей компактной упаковке. Лучшим решением было бы интегрировать голые чип умирает на подложке. Однако это ограничивается доступность варианта упаковки голые умереть для компонентов и доступности провод склеивание технологии. Вторым важным параметром является аккумулятор. Литиевые батареи являются предпочтительным из-за его высокой плотности энергии. Кроме того Номинальное напряжение 3,7 V является полезным. Основное преимущество представленной аппаратные топологии является ее небольшой размер и минимальная инвазивность. По сравнению с текущей решения7,8, представленные величины меньше и решения могут быть имплантированы непосредственно в подслизистой, без необходимости внешнего провода и подкожной имплантации нейростимулятор.
Кроме самого оборудования, в будущем дополнительное внимание необходимо уделять на корпусе устройства. Первая точка является биосовместимость и герметичности11 во избежание возможного отказа имплантата. Другой является фиксация устройства в подслизистой избежать нежелательной миграции имплантата.
Наиболее важные шаги во время эндоскопической имплантации является захват устройства и его размещение в подслизистую карман. Ограничением является размер кармана, который должен быть, от наблюдения, примерно по крайней мере в два раза большим устройство, чтобы быть имплантированы. Следующий вопрос заключается в правильной ориентации имплантата внутри кармана. С уважением к технической сложности эндоскопической процедуры этот метод предназначен для специалистов с опытом работы с туннель рассечение или пероральных эндоскопическая myotomy (СТИХОТВОРЕНИЕ).
Следующая часть проблематичным является закрытие карман, который является относительно сложным, используя более чем область клипа. Однако использование этого типа клип препятствует миграции и отказ устройства. Ограничения этой техники с точки зрения оборудования включают в себя аппаратное обеспечение развития оборудование для пайки с требуемой точности. Прибор предназначен для выдержать в течение операции и короткое время после этого. Таким образом с текущей корпуса, он не предназначен для оставаться в течение длительного времени внутри тела. Кроме того материал корпуса не биосовместимых представляет высокий риск отказа имплантата в случае эксперимент выживания. Эта техника могут получить дальнейшее развитие, особенно с точки зрения развития биосовместимых и герметичный корпус, который имеет важное значение для выживания модельных экспериментов. Далее функциональные возможности нескольких интегральных могут быть сосредоточены в одной интегральной микросхеме. Аналогичным образом чтобы устройство более компактным может использоваться меньшие компоненты поверхностного монтажа. Следующее возможное направление исследований может привести к развитию Роман эндоскопических методов для лечения других желудочно-кишечных заболеваний, таких как ГЭРБ, недержание мочи или дисфункции сфинктера12.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Эта работа поддерживается исследовательский проект PROGRES-Q28 и награжден Карлова университета в Праге. Авторы благодарят в жопу. Профессор Ян Martínek, доктор и PIGMOD центр.
Acknowledgments
Авторы заявляют, что они не имеют никаких финансовых интересов.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| EIA 0402 ceramic capacitor 1.8 pF | AVX | 04025U1R8BAT2A | 1 pc |
| EIA 0402 ceramic capacitor 100 nF | TDK | CGA2B3X7R1H104K050BB | 7 pcs |
| EIA 0402 ceramic capacitor 100 pF | Murata Electronics | GRM1555C1H101JA01D | 1 pc |
| EIA 0402 thick film resistor 10 kΩ | Vishay | CRCW040210K7FKED | 1 pc |
| EIA 0402 ceramic capacitor 10 nF | Murata Electronics | GRM155R71C103KA01D | 3 pcs |
| EIA 0402 ceramic capacitor 10 pF | Murata Electronics | GJM1555C1H100JB01D | 3 pc |
| EIA 0402 ceramic capacitor 12 pF | Murata Electronics | GJM1555C1H120JB01D | 2 pcs |
| EIA 0402 ceramic capacitor 18 pF | KEMET | C0402C180J3GACAUTO | 2 pcs |
| EIA 0402 resistor 1 mΩ | Vishay | MCS04020C1004FE000 | 2 pcs |
| EIA 0402 resistor 1 kΩ | Yageo | RC0402FR-071KL | 1 pc |
| EIA 0402 ceramic capacitor 1 nF | Murata Electronics | GRM1555C1H102JA01D | 3 pcs |
| EIA 0603 ceramic capacitor 2.2 uF | Murata Electronics | GCM188R70J225KE22D | 2 pcs |
| EIA 0402 resistor 220 kΩ | Vishay | CRCW0402220KJNED | 5 pcs |
| 0805 22 uH inductor | TDK | MLZ2012N220LT000 | 1 pc |
| EIA 0402 resistor 330 kΩ | Vishay | CRCW0402330KFKED | 1 pc |
| EIA 0603 ceramic capacitor 4.7 uF | TDK | C1608X6S1C475K080AC | 1 pc |
| EIA 0402 resistor 470 Ω | Vishay | RCG0402470RJNED | 1 pc |
| EIA 0402 resistor 470 kΩ | Vishay | CRCW0402470KJNED | 1 pc |
| EIA 0603 inductor 470 nH | Murata Electronics | LQW18ANR47G00D | 1 pc |
| EIA 0402 resistor 47 kΩ | Murata Electronics | CRCW040247K0JNED | 2 pcs |
| 27.0000 MHz crystal 5032 | AVX / Kyocera | KC5032A27.0000CMGE00 | 1 pc |
| EIA 0402 capacitor 6.8 pF | Murata Electronics | GJM1555C1H6R8CB01D | 1 pc |
| EIA 0402 inductor 82 nH | EPCOS / TDK | B82498F3471J | 1 pc |
| ABS05 32.768 kHz crystal | ABRACON | ABS05-32.768KHZ-T | 1 pc |
| CDBU00340-HF schottky diode | COMCHIP technology | CDBU00340-HF | 2 pcs |
| CG-320S Li-Ion pinpoint battery | Panasonic | CG-320S | 1 pc |
| HSMS282P schottky diode rectifier | Broadcom / Avago | HSMS-282P-TR1G | 1 pc |
| MAX8570 step-up converter | Maxim Integrated | MAX8570EUT+T | 1 pc |
| MICRF113 RF transmitter | Microchip Technology | MICRF113YM6-TR | 1 pc |
| 4.3 V Zener diode | ON Semiconductor | MM3Z4V3ST1G | 1 pc |
| OPA237 operational amplifier | Texas Instruments | OPA237N | 1 pc |
| PIC16LF1783 8-bit microcontroller | Microchip Technology | PIC16LF1783-I/ML | 1 pc |
| TPS70628 low-drop regulator | Texas Instruments | TPS70628DBVT | 1 pc |
| EIA 1206 thick film resistor 0 Ω | Yageo | RC1206JR-070RL | 2 pcs |
| EIA 0603 thick film resistor 0 Ω | Yageo | RC0603JR-070RL | 1 pc |
| EIA 0402 thick film resistor 100 kΩ | Yageo | RC0402FR-07100KL | 1 pc |
| EIA 0603 thick film resistor 100 kΩ | Yageo | RC0603FR-07100KL | 1 pc |
| EIA 0805 ceramic capacitor 100 nF | KEMET | C0805C104K5RAC7210 | 2 pcs |
| EIA 0402 thick film resistor 10 kΩ | Yageo | RC0402JR-0710KL | 1 pc |
| EIA 1206 ceramic capacitor 10 nF | Samsung | CL31B103KHFSW6E | 2 pcs |
| EIA 0402 thick film resistor 1 kΩ | Yageo | RC0402JR-071KL | 2 pcs |
| EIA 0402 thick film resistor 220 Ω | Yageo | RC0402JR-07220RL | 2 pcs |
| EIA 0402 ceramic capacitor 220 nF | TDK | C1005X5R1C224K050BB | 1 pc |
| EIA 1206 ceramic capacitor 22 nF | TDK | C3216X7R2J223K130AA | 2 pcs |
| SMC B tantalum capacitor 22 uF | AVX | TPSB226K010T0700 | 1 pc |
| EIA 0402 thick film resistor 27 Ω | Yageo | RC0402FR-0727RL | 2 pcs |
| EIA 1206 thick film resistor 3.3 Ω | Yageo | RC1206JR-073K3L | 3 pcs |
| SOT23 3.3V zener diode | ON Semiconductor | BZX84C3V3LT1G | 1 pc |
| SMC A tantalum capacitor 4.7uF | KEMET | T491A475M016AT | 2 pcs |
| EIA 0603 thick film resistor 470 Ω | Yageo | RC0603JR-07470RL | 2 pcs |
| EIA 1206 ceramic capacitor 470 nF | KEMET | C1206C471J5GACTU | 3 pcs |
| Electrolytic capacitor 470 uF | Panasonic | EEE-1CA471UP | 3 pcs |
| EIA 0402 ceramic capacitor 47 pF | AVX | 04025A470JAT2A | 2 pcs |
| 0603 GREEN LED | Lite-On Inc. | LTST-C191KGKT | 1 pc |
| 0603 RED LED | Lite-On Inc. | LTST-C191KRKT | 1 pc |
| 16 MHz CX3225 crystal | EPSON | FA-238 16.0000MB-C3 | 1 pc |
| 0805 ferrite bead | Wurth Electronics Inc. | 742792040 | 1 pc |
| IR2110SO FET driver | Infineon Technologies | IR2110SPBF | 1 pc |
| FT230XS USB to seriál converter | FTDI Ltd. | FT230XS-R | 1 pc |
| Mini USB connector | EDAC Inc. | 690-005-299-043 | 1 pc |
| PIC16F1783 8-bit microcontroller | Microchip Technology | PIC16F1783-I/ML | 1 pc |
| REG1117 3.3 V regulator SOT223 | Texas Instruments | REG1117-3.3/2K5 | 1 pc |
| Schottky SMB diode rectifier | STMicroelectronics | STPS3H100UF | 1 pc |
| SMB package TVS diode | Littelfuse Inc. | 1KSMBJ6V8 | 1 pc |
| IRLZ44NPBF N-channel MOSFET | Infineon Technologies | IRLZ44NPBF | 2 pcs |
| RTL2832U receiver dongle | EVOLVEO | Mars | 1 pc |
| PICkit 3 | Microchip Technology | PICkit 3 | 1 pc |
| Mini USB to USB A cable | OEM | Mini USB to USB-A | 1 pc |
| Printed circuit board, implantable device | --- | Manufacture with the provided supplementary file | 1 pc |
| Printed circuit board, transmitter/receiver device | --- | Manufacture with the provided supplementary file | 1 pc |
| Printed circuit board, implantable device | --- | Manufacture with the provided supplementary file | 1 pc |
| AWG18 wire | Alpha Wire | 3055 BK001 | 2 m |
| AWG42 wire | Daburn Electronics | 2420/42 BK-100 | 1 m |
| Olympus GIFQ-160 | Olympus | N/A (part is obsoleted) | 1 pc |
| Single-use electrosurgical knife with knob-shaped tip and integrated jet function | Olympus | KD-655L | 1 pc |
| Single-use oval electrosurgical snare | Olympus | SD-210U-15 | 1 pc |
| 15.5 mm lens hood | FujiFilm | DH-28GR | 1 pc |
| Injection therapy needle catheter | Boston Scientific | 25G | 1 pc |
| Alligator law grasping forceps | Olympus | FG-6L-1 | 1 pc |
| Instant Mix 5 min epoxy | Loctite | N/A | 1 pc |
| Heat shrinkable tubing, inside diameter 9.5 mm | TE Connectivity | RNF-100-3/8-X-STK | 1 pc |
| ChipQuik solder paste | Chip Quik | SMD4300AX10 | 1 pc |
References
- Abell, T., et al. Gastric electrical stimulation for medically refractory gastroparesis. Gastroenterology. 125 (2), 421-428 (2003).
- O'Grady, G., Egbuji, J., Du, P., Cheng, L. K., Pullan, A. J., Windsor, J. A. High-frequency gastric electrical stimulation for the treatment of gastroparesis: a meta-analysis. World J Surg. 33 (8), 1693-1701 (2009).
- Chu, H., Lin, Y., Zhong, L., McCallum, R. W., Hou, X. Treatment of high-frequency gastric electrical stimulation for gastroparesis. J Gastroenterol Hepatol. 27 (6), 1017-1026 (2012).
- Rodríguez, L., et al. Electrical stimulation therapy of the lower esophageal sphincter is successful in treating GERD: final results of open-label prospective trial. Surg Endosc. 27 (4), 1083-1092 (2013).
- Ellis, F., Berne, T. V., Settevig, K. The prevention of experimentally induced reflux by electrical stimulation of the distal esophagus. Am J Surg. 115, 482-487 (1968).
- Rinsma, N. F., Bouvy, N. D., Masclee, A. A. M., Conchillo, J. M. Electrical Stimulation Therapy for Gastroesophageal Reflux Disease. J Neurogastroenterol. 20 (3), 287-293 (2014).
- Medtronic Inc, Enterra Therapy 3116 - Gastric Electrical Stimulation System. , December 2016 http://www.medtronic.com/content/dam/medtronic-com-m/mdt/neuro/documents/ges-ent3116-ptmanl.pdf (2016).
- Rodriguez, 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).
- Hajer, J., Novák, M. Development of an Autonomous Endoscopically Implantable Submucosal Microdevice Capable of Neurostimulation in the Gastrointestinal Tract. Gastroent Res Pract. , 8098067 (2017).
- Deb, S., et al. Development of innovative techniques for the endoscopic implantation and securing of a novel, wireless, miniature gastrostimulator (with videos). Gastrointest. Endosc. 76 (1), 179-184 (2012).
- Jiang, G., Zhou, D. D. Technology advances and challenges in hermetic packaging for implantable medical devices. , (2017).
- Vonthein, R., Heimerl, T., Schwandner, T., Ziegler, A. Electrical stimulation and biofeedback for the treatment of fecal incontinence: a systematic review. Int J Colorectal Dis. 28 (11), 1567-1577 (2013).
