Summary
L’application de la stimulation basse énergie haute fréquence peut atténuer les symptômes de dysmotilité gastrique. Dans cette recherche, un dispositif miniature, par voie endoscopique implantable et sans fil rechargeable qui est implanté dans une poche de la sous-muqueuse est présenté. Communication réussie de deux voies et contrôle de stimulation ont été réalisées au cours d’une expérience sur les porcs vivants.
Abstract
Dysmotilité gastrique peut être un signe de maladies courantes comme le diabète de longue date. On sait que l’application de la stimulation basse énergie haute fréquence peut aider efficacement modérer et soulager les symptômes de dysmotilité gastrique. La recherche visait le développement d’une miniature, le dispositif par voie endoscopique implantable à une poche de la sous-muqueuse. Le dispositif implantable est un boitier Electronique entièrement personnalisé qui a été spécialement conçu pour l’application des expériences dans la sous-muqueuse. L’appareil est équipé d’une batterie lithium-ion qui peut être rechargée sans fil en recevant un champ magnétique incident par la bobine de charge/transmission. La liaison montante de la communication s’effectue dans une bande MedRadio à 432 MHz. L’appareil était sous endoscopie insérée dans le renfoncement sous-muqueux de cochon domestique vivant utilisé comme un modèle in vivo , plus précisément dans l’antre de l’estomac. L’expérience a confirmé que l’appareil conçu peut être implanté dans la sous-muqueuse et est capable de communication bidirectionnelle. L’appareil peut effectuer une stimulation bipolaire du tissu musculaire.
Introduction
Dysmotilité gastrique peut être un signe de plusieurs maladies relativement courantes comme la gastroparésie, qui est habituellement caractérisée par une évolution chronique et impose des conséquences plutôt sévères sur l’État social, professionnelles et physique du patient. Plupart des cas de gastroparésie sont généralement diabétique ou idiopathique en origine et sont souvent résistantes aux médicaments disponibles1. Patients atteints de cette condition plus souvent présent avec nausées et répètent vomissement. Basé sur des recherches antérieures, il est connu que l’application de la stimulation électrique basse-énergie de haute fréquence peut aider efficacement modérer et soulager les symptômes de dysmotilité gastrique1,2.
Se fondant sur des études antérieures, il est prouvé que les hautes fréquences stimulation électrique gastrique peut améliorer considérablement les symptômes et la vidange gastrique3. Il a également été démontré que thérapie de neurostimulateur sphincter oesophagien inférieure est sûr et efficace pour le traitement du reflux gastro-œsophagien (RGO), réduire l’exposition à l’acide et en éliminant tous les jours l’utilisation de la pompe à protons inhibiteur (IPP) sans la stimulation liées effets indésirables4. Avant les essais chez l’homme, premières études ont été réalisées sur des modèles animaux (canine modèles5). Après ces études, la stimulation électrique du sphincter oesophagien inférieur (LES, 20 Hz, largeur d’impulsion de 3 ms) a une contraction prolongée de la LES5. Effets similaires de stimulation électrique sur LES patients de RGO on a étudié les élevé (20 Hz, largeur d’impulsion de 200 μs) et basses (6 cycles/min, largeur d’impulsion de 375 ms). Haute et basse fréquence stimulation ont été efficaces6. Cependant, actuellement, il y a seulement deux dispositifs de neurostimulation pour la stimulation gastrique ou oesophagienne disponibles sur le marché7,8. Dans ces dispositifs, les électrodes peuvent être implantés chirurgicalement, par voie laparoscopique ou robotisé. Le dispositif lui-même est implanté sous la peau. Cela nécessite une anesthésie générale et ont un dispositif encombrant monté, grâce à des sondes par voie intramusculaire, permettant la stimulation du tissu musculaire gastrique ou oesophagienne. Ainsi, la possibilité d’utiliser un périphérique sans fil communicant implanté dans la couche sous-muqueuse gastrique représenterait un avantage certain et améliorer le confort du patient. Comme indiqué dans la précédente recherche9,10, il a été prouvé que l’implantation d’un neurostimulateur miniature dans la sous-muqueuse est possible. D’implantation endoscopique sous-muqueuse, nous utilisons une technique appelée endoscopique sous-muqueuse empoche (ESP), issu de dissection endoscopique sous-muqueuse tunnel10. L’objectif de cette recherche est d’améliorer encore cette notion d’un neurostimulateur implantable, principalement dans le cadre de la gestion de l’alimentation (plus précisément la capacité de recharge sans fil), la conformité avec les législations et dispositions pour le sans fil liaisons de communication à médicaux implantables et possibilité de neurostimulation bipolaire. Ensuite, le microneurostimulator présenté est capable de communication bidirectionnelle et les paramètres de stimulation sont modifiables en temps réel, même tandis que le dispositif est implanté.
Cette technique consiste pour les équipes avec un endoscopiste thérapeutique connu en empochant endoscopique ou les dissections de tunnel. Ensuite, un matériel et un concepteur de logiciels embarqués avec expérience dans la construction de prototypes de matériel avec des microcontrôleurs et des circuits de radio fréquence en utilisant la technologie de montage en surface est nécessaire. Pour la construction des prototypes de matériels, un laboratoire équipé d’une refusion à souder station et l’équipement de base pour des mesures électriques (au moins un multimètre numérique, un oscilloscope, un analyseur de spectre et PICkit3 programmeur) est requis.
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Protocol
Toutes les procédures endoscopiques, y compris les sujets animaux ont été approuvés à l’Institut de physiologie animale et de génétique, Académie des Sciences Tchéquie (Biomedical Center PIGMOD), Libechov, République tchèque (projet expériences en implantation de pile et batterie de dispositifs dans la sous-muqueuse de le œsophage et l’estomac — étude expérimentale). Toutes les expériences sont font dans le respect de la législation tchèque 246/1992 SB. « sur la protection des animaux contre les mauvais traitements, telle que modifiée ». Appareil émetteur n’est pas requis pour être stérilisés, parce que c’est un périphérique externe qui n’est pas en contact direct avec l’animal.
1. implantable Device Design
- Préparer le PCB à l’aide d’un tierce partie PCB service de fabrication. La conception de carte de circuit imprimé complet est fournie dans le fichier supplémentaire « gerber_implant.7z ». Le schéma est fourni à la Figure 1.
- Placez les BPC sur une surface plane (Figure 2 a). Utilisez un distributeur de pâte de soudure avec la pression de l’aiguille et 60 lb/po² 0,6 mm pour distribuer manuellement la pâte de brasage sur chaque garniture métallique sur le circuit imprimé. Commencer par le côté supérieur du PCB (Figure 2 b). Le montant total de la pâte de brasage pour les deux parties du circuit imprimé ne doit pas dépasser 15 μL.
- Avec une paire de pinces antistatiques, placez tous les composants sur la couche supérieure du PCB (Figure 2e). Utiliser la Figure 3 pour position composant et fichier supplémentaire « bom_implantabledevice.csv » pour l’attribution des composants à leurs numéros.
- Utiliser une station pistolet à air chaud PCB à 260 ° C à souder tous les composants (Figure 4 a). Attendez jusqu'à ce que toute la pâte à braser fonde, puis ranger le pistolet à air chaud et laisser le refroidir Conseil à température ambiante.
- Retourner le PCB et répartir la pâte à braser sur l’autre côté. Utiliser la même aiguille et pression comme indiqué en 1.2 (Figure 2d).
- Comme dans l’étape 1.3., placez tous les composants de la couche inférieure du CCP. Reportez-vous à la Figure 3 pour la position du composant et le fichier supplémentaire « bom_implantabledevice.csv » pour l’attribution des composants à leurs numéros.
- Répétez le chauffage du PCB avec un pistolet à air chaud pour souder tous les composants sur la face inférieure. Utilisez la même procédure qu’à l’étape 1.4.
- Vérifier visuellement la PCB pour n’importe quel des courts-circuits. Si aucun court-circuit n’est trouvé, enlevez-le avec un fer à souder.
- Fabriquer la bobine de charge/communication sans fil. Utilisation 17 tours de fil de AWG42. La taille de la bobine est 26 x 13,5 mm2 (Figure 4D). Torsadez les fils de deux sortie.
- Conception et fabrication de l’électrode. La conception de l’électrode est fournie dans le fichier supplémentaire « gerber_electrodes.7z ». Utilisez le même procédé de fabrication comme à l’étape 1.1. Ce PCB est complètement terminée après fabrication, et aucun composant ne doivent être soudées sur elle. Souder deux fils AWG42 aux petits contacts rectangulaires (Figure 4f)
- Préparer l’antenne à l’aide de 7 cm de fil émaillé et raclage de 3 mm de l’émail d’une extrémité (Figure 4e)
- Connecter le programmateur de PICkit 3 au CCP (Figure 4 b-c)
- Connecter pads 6 et 7, conformément à la Figure 5, aux broches 2 et 3 du programmateur PICkit, respectivement.
- Connecter les pads TP1, TP2 et TP3 (voir Figure 3) aux broches 1, 5 et 4 du programmateur PICkit, respectivement
- Branchez le programmeur PICkit 3 dans le port USB d’un ordinateur avec le logiciel MPLAB IPE installé.
- Lancez le logiciel MPLAB IPE et programmer le firmware dans le microcontrôleur.
- Exécutez le v3.61 MPLAB IPE. Sélectionnez « Paramètres | Mode avancé »
- Dans le champ mot de passe, entrez le mot de passe par défaut qui est « puce électronique ». Cliquez sur « se connecter ». Une étiquette avec différents panneaux à gauche apparaîtra.
- En haut à gauche, cliquez sur « Opérer », puis dans la partie médiane supérieure de l’écran, cliquez sur « Champ de l’appareil » et tapez « PIC16LF1783 ». Cliquez sur « Appliquer ».
- Sélectionnez le panneau « Power » sur la gauche (Figure 6).
- Modifiez la valeur de tension de la DMV à 2,55. Cette étape est critique.
ATTENTION : Cette valeur au-dessus de 2,8 V endommagera le Conseil d’administration (Figure 7). - Cochez la case « Circuit de puissance cible » de le « Outil » (Figure 7).
- Cliquez sur l’onglet « Operate » sur la gauche (Figure 6).
- Cliquez sur « Se connecter ».
- Télécharger le fichier complémentaire « IMPLANTABLE_V2. X.production.hex » et notez son emplacement sur le disque dur. Dans le logiciel de l’examen préliminaire international, recherchez la ligne de Source, puis cliquez sur le bouton « Parcourir » (Figure 8).
- Cliquez sur programme. Attendez que le logiciel indique que le logiciel a été téléchargé avec succès au microcontrôleur (Figure 9).
- Dessouder les fils soudés aux pads TP1, TP2 et TP3 (Figure 3) ainsi que de fils soudés aux pads 6 et 7 (Figure 5).
- Connectez le PCB à tous les autres composants électriques à l’exception de la batterie (Figure 10 a).
- Souder la bobine de charge/communication sans fil à touches 2 et 3 selon la Figure 8. La polarité n’est pas importante.
- Branchez l’antenne pour la garniture 1 selon la Figure 5. Connecter les électrodes de PCB à nombre de tampons 4 et 5 selon la Figure 5. La polarité n’est pas importante.
- Souder la batterie CG-320 à pads 6 et 7 (Figure 5). La borne négative de la batterie doit être soudée sur le bloc 7. Soyez prudent tout en effectuant les étapes suivantes. Le dispositif est maintenant alimenté et est sensible à des courts-circuits et le contact avec des objets métalliques.
- Pour tester la fonctionnalité du circuit de charge sans fil, toutes les étapes dans la partie 2 doivent être remplis. Ensuite, placez le chargeur/émetteur sans fil à proximité de l’appareil. Utiliser un multimètre pour mesurer la tension de la batterie. Si la tension de la batterie augmente lentement (plusieurs mV / mn), la fonction de charge fonctionne correctement.
- Enroulez l’antenne autour de l’appareil dans une spirale (Figure 10 b)
- Couper un morceau long de 32 mm d’une gaine thermorétractable avec un diamètre intérieur de 9,5 mm.
- Placer la bobine sur le circuit imprimé. Reportez-vous à la Figure 7 b pour le placement correct.
- Mettre la gaine thermorétractable sur le périphérique, la bobine et l’antenne. Seulement les électrodes doivent dépasser de la tubulure. Voir Figure 7 c pour placement correct.
- Chauffer le tuyau avec un pistolet à air chaud à 150 ° C à rétrécir et puis laissez-le refroidir (Figure 10 d).
- Appliquer la colle époxy à l’extrémité gauche pour sceller un côté du tube (Figure 10F).
- Coller l’électrode à l’arrière du PCB avec la tuyauterie. Également coller l’autre extrémité du tuyau. Voir la Figure 10f pour le placement correct.
- Attendez au moins 24 h pour la colle durcir et guérir complètement.
- Après l’achèvement du périphérique sans fil Chargeur/émetteur, tester le dispositif implantable pour fuites d’eau en le plaçant dans une colonne haute de 30 cm de solution saline saturée pendant 1 h. Toute fuite importante peut être repéré comme une chute brutale de la tension de la batterie ou le dysfonctionnement de l’appareil causé par la court-circuit de l’électronique une solution saline. Après l’essai, l’appareil est totalement prêt à être implantés.
- Testez la fonction de stimulation de l’implant à l’aide d’un oscilloscope. Se connecter à deux électrodes de mesure de l’oscilloscope pour les plots de contact plaqués métalliques étain de l’électrode sur le dispositif implantable. Observer le schéma de stimulation sur l’écran de l’oscilloscope. Le modèle de stimulation correcte est donné à la Figure 11.
2. sans fil Chargeur/émetteur Design
- La conception de circuits imprimés est fournie dans le fichier supplémentaire « gerber_transmitter.7z ». Utilisez le même procédé de fabrication en ce qui concerne le dispositif implantable. Le schéma est fourni à la Figure 12.
- Placez les BPC sur une surface plane. Utilisez un distributeur de pâte de soudure avec la pression de l’aiguille et 60 lb/po² 0,6 mm pour distribuer manuellement la pâte de brasage sur chaque garniture métallique sur le circuit imprimé. Le montant total de la pâte à braser distribué sur le circuit imprimé ne doit pas dépasser 50 μL.
- Avec une paire de pinces antistatiques, placez tous les composants sur la couche supérieure du CCP. Pour la position du composant et le fichier supplémentaire « bom_transmitterdevice.csv » pour l’attribution des composants à leurs numéros, consulter la Figure 13 .
- Une station pistolet à air chaud PCB préréglée à 260 ° C permet de souder tous les composants. Attendez jusqu'à ce que toute la pâte à braser fonde, ranger le pistolet à air chaud et que le Conseil puisse refroidir à température ambiante.
- Répétez les étapes 2,3 à 2,4 pour le dessous de l’appareil. Suivre une procédure semblable au cours de la fabrication du dispositif implantable.
- Créer une bobine avec 3 bobines de fil AWG18 émaillée (Figure 14C) et connectez-le aux patins de COIL1 et COIL2 (Figure 13).
- Faire un dissipateur thermique en aluminium pour les transistors de puissance (Figure 13, Q1 et Q2). La forme exacte du radiateur n’est pas critique. Un des modes possibles de réalisation est indiqué dans la Figure 9 d. Dans ce cas, le dissipateur de chaleur constitue également un enclos pour le périphérique.
- Connecter le programmateur PICkit 3 au CCP assemblé. Connecter les pads TP1 à TP5 (Figure 13) avec tiges de 1 à 5 sur le programmeur PICkit, respectivement.
- Branchez le programmeur PICkit 3 dans le port USB d’un ordinateur avec le logiciel MPLAB IPE installé.
-
Lancez le logiciel MPLAB IPE et programmer le firmware dans le microcontrôleur. Le processus est le même que pour le dispositif implantable, à l’exception de la tension VDD et le fichier téléchargé.
- Exécutez le v3.61 MPLAB IPE. Sélectionnez « Paramètres | Mode avancé ».
- Dans la zone mot de passe, entrez le mot de passe par défaut qui est « puce électronique ». Cliquez sur « Se connecter ». Une étiquette avec différents panneaux à gauche apparaîtra.
- En haut à gauche, cliquez sur « Opérer », puis dans la partie médiane supérieure de l’écran, cliquez sur le « Périphérique » et tapez « PIC16LF1783 ». Cliquez sur « Appliquer ».
- Sélectionnez l’onglet « Power » sur la gauche
- Modifiez la valeur de tension de la DMV à 3,3.
- Cochez la case « Circuit de puissance cible » de le « Outil ».
- Cliquez sur l’onglet « Operate » sur la gauche.
- Cliquez sur « Se connecter ».
- Télécharger le fichier complémentaire « IMPLANTABLE_V2_TRANSMITTER. X.production.hex » et notez son emplacement sur le disque dur. Dans le logiciel de l’examen préliminaire international, recherchez la ligne de la Source et cliquez sur le bouton « Parcourir » près d’elle.
- Cliquez sur « Program ». Attendez que le logiciel indique que le logiciel a été téléchargé au microcontrôleur avec succès.
- Dessouder les fils soudés à touches TP1 pour TP5
- Connecter une alimentation de 12 V pour les touches V - et V + (Figure 5). Le pôle négatif doit être connecté au V-pad.
- Brancher un mini-USB avec le câble USB-A avec le X1 connecteur (Figure 5) et se connecter à un ordinateur avec le logiciel PuTTy pré-installé.
-
Ouvrez le logiciel PuTTY et mis en place (Figure 15).
- Ouvrez le logiciel PuTTY. Sélectionnez « Serial » comme type de connexion.
- Entrez COMx comme une ligne série, où x est le numéro du port COM de l’appareil. Si aucun autre périphérique de port COM a été installé, ce numéro sera 1.
- Entrez « 38400 » comme vitesse. Cliquez sur « Ouvrir ». Le dispositif de chargeur/émetteur est maintenant prêt à être utilisé. Touche H pour de l’aide.
3. endoscopique Implantation
-
Utiliser un cochon mini direct comme un modèle in vivo , les adultes (8 à 36 mois), les 20-30 kg de poids.
- Laisser le cochon rapide pendant 24 h avant l’intervention.
- Permettre aux liquides clairs ad libitum.
- Administrer par voie intramusculaire tiletamine (2 mg/kg), zolazepam (2 mg/kg) et la kétamine (11 mg/kg) comme une prémédication.
- Appliquer par voie intraveineuse thiopental ad effectum (solution à 5 %) et l’anesthésie par inhalation avec l’isoflurane, N2O et l’injection de propofol. Bonne anesthésie est confirmée par les réflexes et le tonus musculaire, position de le œil, réflexe palpébrale et réflexe pupillaire. Circulation, oxygénation, ventilation et la température corporelle sont surveillés en permanence.
- Afin de réaliser l’implantation et la visualisation, utiliser un endoscope modèle animal dédié. L’insérer à l’aide de la méthode standard dans le modèle in vivo .
- Saisir l’appareil externe avec un piège. Après cela, insérez-la dans l’estomac, puis relâchez-le.
- Extrait de l’endoscope, équipez-le d’un capuchon de dissection (15,5 mm) et puis réinsérez-le à l’estomac.
- Afin d’implanter le dispositif à la sous-muqueuse, appliquer une solution saline mélangée à du bleu de méthylène dans la couche sous-muqueuse à l’aide d’un cathéter d’aiguille de la thérapie injection (25 G).
- Faire une incision horizontale pour créer une ouverture dans la sous-muqueuse en utilisant un couteau électrochirurgical avec une pointe en forme de bouton.
- À l’aide de la PAC annexée, insérer le bouchon dans l’espace nouvellement créé et à l’aide d’un couteau électrochirurgical, continuent de perturber, dilatation et disséquer la couche sous-muqueuse, créant une poche suffisamment assez grande pour insérer le dispositif de stimulation.
- Saisir l’appareil qui est couché librement à l’intérieur de l’estomac avec des boucles d’insertion et d’extraction et, à l’aide de pinces de préhension, naviguer dans la poche de la sous-muqueuse. Placer les électrodes de stimulation au contact de la muscularis propria à l’aide de pinces à saisir.
- Utiliser un plus la portée clip pour sécuriser le dispositif en place à l’intérieur de la sous-muqueuse de poche et d’empêcher toute migration ou de déloger.
4. expérience — Après l’Implantation
- Après l’implantation réussie, placez la bande-Chargeur/émetteur à proximité de l’appareil implanté.
- Branchez le dongle RTL2832 dans le PC.
-
Lancez le logiciel HDSDR et définissez la fréquence centrale à 432 MHz.
- Ouvrez le logiciel HDSDR (Figure 15) pour les paramètres corrects et mastic (Figure 16). Dans le logiciel HDSDR, cliquez sur « Options | Sélectionnez l’entrée | ExtIO ».
- Sélectionner une bande passante — « 960000 ». Sélectionnez la fréquence LO à 431,95 MHz. Sélectionnez la fréquence de Tune à 432,00 MHz.
- Transmettre une séquence de Manchester codé du chargeur/émetteur en appuyant sur la touche R dans le terminal PuTTY et recevoir la réponse OOK modulé de l’implant par l’observation de la fenêtre principale de HDSDR ( Figure 17e-f).
5. l’euthanasie après l’expérience
- Utilisez un surdosage anesthésique d’euthanasie (dose létale de thiopental et KCl).
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Representative Results
La figure 17 montre qu’un placement endoscopique du neurostimulateur gastrique dans une poche dans la sous-muqueuse, ainsi qu’un positionnement correct des électrodes de la couche musculaire a réussi. Les dimensions de l’appareil (Figure 10) sont 35 x 15 x 5 mm3 alors que le poids est de 2,15 g. Figure 17 montre le schéma de l’appareil, indiquant que l’appareil se compose de 6 modules différents qui sont reliés entre eux. La figure 3 montre l’emplacement de mise en page et du composant de PCB dans l’appareil. La figure 18 montre que pour implanter le dispositif dans la couche sous-muqueuse, a utilisé une technique appelée un endoscopique sous-muqueuse poche9,10 (ESP). Le stimulateur était attaché près de la couche musculaire (muscularis propria) où il est théoriquement la profondeur de stimulation optimale. Création de la poche de la sous-muqueuse et implantation du neurostimulateur gastrique par voie endoscopique a pris 20 à 30 min. Au cours de cette procédure, il n’y a aucune complication intra-procédurale telles que la perforation ou hémorragie sévère. Migration du dispositif dans l’estomac n’a pas pu être déterminée parce que l’expérience était sans survie. Après l’implantation, le lien de communication bidirectionnelle avec le dispositif implantable a été créé avec un dispositif externe, illustré à la Figure 14. La distance approximative entre l’implant et la bobine de chargeur/programmeur était de 10 cm. Le ratio de (SNR) signal-bruit réalisé avec RTL2832 récepteur de base-défini-radio logicielle (SDR) était de plus de 40 dB.
Figure 1 : Diagramme schématique du dispositif implantable. La Figure montre comment les différents composants et éléments de circuit sont connectés dans le dispositif implantable. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Fabrication de l’appareil implantable - PCB Assemblée. (un) PCB, vue de dessus. (b), soudure collage appliqué à la couche supérieure. (c), un exemple de placement de la main de 0402 condensateur. (d), soudure collage appliqué à la couche inférieure. (e) a complètement rempli le côté supérieur du CCP. (f) rempli entièrement la face inférieure du CCP s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Conception du dispositif implantable. (un) couche supérieure de cuivre du circuit imprimé. (b) les noms de composants sur la couche supérieure. (c) cuivre bas couche du CCP. (d) les noms de composants sur la couche inférieure. (e) Composite photo de toutes les couches de PCB s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : Fabrication de l’appareil implantable — préparation des autres pièces. (a) flux d’air chaud de la face inférieure du CCP. (b) programmation fils soudés sur le PCB. (c) PCB connecté au programmateur. bobine de charge (d) sans fil. antenne de 432 MHz (e). (f), à la Stimulation des électrodes avec deux fils attachés s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : Placement conjoint brasure recommandée pour les composants externes du dispositif implantable. L’image montre où la bobine, antenne, batterie et électrodes doivent être soudés. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 6 : Établir une connexion avec l’appareil implantable — réglages importants mentionnés dans le texte sont marqués par des flèches rouges. Cette photo est le logiciel MPLAB IPE, un écran qui montre comment faire pour déterminer que le microcontrôleur à l’intérieur de l’appareil implantable communique correctement avec le programmateur PICkit est fourni. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 7 : Réglages du logiciel utilisé pour la programmation de puissance — réglages importants mentionnés dans le texte sont marqués par des flèches rouges. Il s’agit d’une image du logiciel MPLAB IPE. Il montre comment alimenter correctement le dispositif implantable pour la programmation s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 8 : Choisir un fichier de programmation correct pour le dispositif implantable. La photo montre quel bouton à cliquer pour charger le fichier .hex complémentaire correctement. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 9 : Processus de programmation du firmware dans le dispositif implantable. La photo montre quel bouton appuyer pour programmer le logiciel dans le dispositif implantable. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 10 : Fabrication de l’appareil implantable — assemblage final. (un) sans fil bobine charge, électrodes de stimulation et antenne soudée à la carte, ainsi que de la batterie. (b) empilé implant. (c) rétractable Transparent chaleur tube de mettre sur le PCB. (d) rétrécissement du tuyau à air chaud. (e) tube complètement rétréci et extrémités collées. (f) mis au point le dispositif implantable s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 11 : Modèle de stimulation sortie typique d’un appareil tel qu’affiché sur l’oscilloscope DSOX1102G. Après la programmation du dispositif implantable, souder des électrodes et la batterie, modèle de stimulation de sortie similaire à celle qui est affichée dans la figure devrait apparaître dans les électrodes. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 12 : Diagramme schématique du dispositif sans fil Chargeur/émetteur. La figure est analogique à la Figure 1. Montré ici est le fonctionnement interne de l’appareil sans fil Chargeur/émetteur s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 13 : Conception de l’appareil de chargeur/émetteur. (un) couche supérieure de cuivre du circuit imprimé. (b) les noms de composants sur la couche supérieure. (c) cuivre bas couche du CCP. (d) les noms de composants sur la couche inférieure. (e) Composite photo de toutes les couches de PCB s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 14 : Fabrication de l’appareil sans fil Chargeur/émetteur. (un) PCB terminé, le côté supérieur (b), à la face inférieure Completed du PCB (c), à la conception mécanique de l’émetteur/chargeur sans fil bobine (d) un possible mode de réalisation de l’appareil finalisé Chargeur/émetteur veuillez cliquer ici pour obtenir une version agrandie de cette figure.
Figure 15 : Corriger les paramètres du logiciel HDSDR. Le logiciel HDSDR est utilisé conjointement avec le RTL2832U fonction USB récepteur dongle comme un analyseur de spectre pour afficher le spectre radio. Dans ce cas, il est utilisé pour recevoir la réponse de l’implant transmis à environ 432 MHz. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 16 : Corriger les paramètres du logiciel PuTTY. Le logiciel PuTTY est utilisé pour la communication avec le dispositif de chargeur/émetteur. Il doit être correctement configuré pour afficher des données correctes à l’utilisateur. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 17 : Endoscopie implantation du dispositif implantable et vérifier si cela fonctionne. (a) In vivo modèle en unité endoscopique animale. (b), Insertion de l’endoscope par la norme chemin dans le modèle in vivo . (c) Implantable prototype d’appareil saisi avec une caisse claire. (d) processus d’établissement de liaison sans fil bidirectionnelle avec le dispositif implantable. (e) HDSDR logiciel. (f) détail de OOK modulé les données transmises par l’implant. (g) aux rayons x, contrôle de position périphérique. (h) x-ray scanner de la zone de l’implant, l’appareil ainsi que sur le clip de portée est clairement visible. (j’ai) détaillée vue périphérique. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 18 : Vue de l’implantation de l’appareil et de la technique endoscopique. (un) injection sous-muqueuse avec le bleu de méthylène. (b) incision sous-muqueux (une entrée pour la formation de poche sous-muqueuse). (c) Tunnelisation de la poche de la sous-muqueuse. (d-f) Perturbant, dilatation et disséquer la couche sous-muqueuse. (g, h) Implantation de l’appareil. (i) l’entrée avec de la clôture sur le clip de portée. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Supplémentaire fichier 1 : gerber_implant.7z. Archive zip avec les fichiers nécessaires à la fabrication de la platine de l’appareil implantable. S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier
Complémentaire 2 fichiers : gerber_transmitter.7z. Archive zip avec les fichiers nécessaires à la fabrication de la platine de l’appareil de chargeur/émetteur. S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier
Supplémentaire fichier 3 : gerber_electrodes.7z. Archive zip avec les fichiers nécessaires à la fabrication des électrodes. S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier
Fichier supplémentaire 4 : IMPLANTABLE_V2. X.production.hex. Firmware pour le dispositif implantable. S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier
Complémentaire fichier 5 : IMPLANTABLE_V2_TRANSMITTER. X.production.hex. Firmware pour le dispositif de chargeur/émetteur. S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier
Supplémentaires fichier 6 : bom_implantabledevice.csv. Projet de loi du fichier nomenclature décrivant l’assignation de valeurs composant aux composants spécifiques sur le circuit imprimé du dispositif implantable. S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier
Supplémentaires fichier 7 : bom_transmitterdevice.csv. Fichier nomenclature décrivant l’assignation de valeurs composant aux composants spécifiques sur le circuit imprimé de l’appareil de chargeur/émetteur. S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier
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Discussion
La conception du dispositif implantable devrait se concentrer principalement sur la taille globale de l’appareil, profils réalisables de stimulation (tension maximale, courant livrable maximum, durée des impulsions et la fréquence des impulsions). Principale limitation du point de vue matériel est la taille et la disponibilité des composants adaptés. Pour réduire la taille globale, composants montés en surface sont préférés en raison de leur emballage compact. La meilleure solution serait d’intégrer la puce nue meurt sur le substrat. Cependant, ceci est limité par les deux l’existence d’option emballage matrice nue pour les composants et l’accessibilité de la technologie au fil. Deuxième paramètre important est la batterie. Batteries au lithium sont préférés en raison de sa haute densité d’énergie. En outre, la tension nominale de 3,7 V est bénéfique. Le principal avantage de la topologie du matériel présenté est sa petite taille et son caractère invasif minimal. Par rapport à l’actuel des solutions7,8, la solution présentée est une magnitude plus petite et peut être implantée directement dans la sous-muqueuse, sans besoin de câbles externes et l’implantation sous-cutanée du neurostimulateur.
Sauf pour le matériel lui-même, à l’avenir, plus grande attention doit être accordée à l’enceinte de l’appareil. Le premier concerne la biocompatibilité et herméticité11 pour éviter l’éventuel rejet de l’implant. L’autre est la fixation de l’appareil dans la sous-muqueuse afin d’éviter les indésirables de migration de l’implant.
Les étapes plus critiques pendant l’implantation endoscopique est la saisie de l’appareil et son placement dans la poche de la sous-muqueuse. La limite est la taille de la poche, qui doit être, selon les observations, approximativement au moins deux fois plus grande que l’appareil à implanter. Prochain numéro est l’orientation correcte de l’implant à l’intérieur de la poche. Avec le respect à la difficulté technique de la procédure endoscopique, cette méthode est dédiée à des experts ayant une expérience avec dissection de tunnel ou myotomie endoscopique perorale (poème).
La prochaine partie problématique est la fermeture de la poche qui est relativement difficile à l’aide de plus le clip de portée. Cependant, l’utilisation de ce type d’attache empêche la migration et le rejet de l’appareil. Limites de cette technique du point de vue de matériel comprennent le matériel de développement de matériel à souder avec la précision requise. Le dispositif est conçu pour résister au cours de la chirurgie et un peu de temps après. Ainsi, avec l’enceinte actuelle, il n’est pas conçu pour rester pendant de longues périodes de temps à l’intérieur du corps. En outre, le matériau de l’enveloppe n’est pas biocompatibles qui représente un risque élevé de rejet de l’implant dans le cas d’une expérience de survie. Cette technique pourra être développée, surtout en termes de développement d’enceinte biocompatible et hermétique qui est essentiel pour les expériences de modélisation de survie. Ensuite, la fonctionnalité de plusieurs circuits intégrés peut être concentrée dans un circuit intégré spécifique de demande unique. De même, les plus petits composants montés en surface peuvent servir pour rendre l’appareil plus compact. La prochaine orientation possible de cette recherche peut conduire au développement de nouvelles méthodes endoscopies pour le traitement d’autres maladies gastro-intestinales comme GERD, incontinence ou de dysfonctionnements du sphincter12.
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Disclosures
Ce travail a été soutenu par le projet de recherche PROGRES-Q28 et décerné par l’Université Charles à Prague. Les auteurs remercient au cul. Prof. Jan Martínek, Ph.d. centre de PIGMOD.
Acknowledgments
Les auteurs déclarent qu’ils n’ont aucun intérêt financier concurrentes.
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
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