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Method Article
高频低能量刺激的应用可以缓解胃动力障碍的症状。在这项研究中, 提出了一个微型, 内窥镜植入和无线可充电装置, 植入到黏膜下口袋里。成功的双向沟通和刺激控制是在生猪实验中取得的。
胃动力障碍可能是常见疾病的标志, 如长期糖尿病。应用高频低能量刺激可有效缓解胃动力障碍的症状, 提高其效果。研究的目的是开发一个微型的, 内窥镜植入装置的黏膜下口袋。植入装置是一种完全定制的电子封装, 专门为黏膜下层的实验目的而设计。该装置装有锂离子电池, 可通过接收来自充电/发射线圈的入射磁场来无线充电。上行通信以 432 MHz 的 MedRadio 波段实现。该装置被内窥镜插入到一个活体猪的黏膜下袋中, 用作体内模型, 特别是胃窦。实验证实, 所设计的装置可植入黏膜下层, 具有双向通信能力。该装置可对肌肉组织进行双极刺激。
胃动力障碍可以是一些比较常见的疾病, 如胃轻瘫的迹象, 这通常是慢性进展的特点, 并对患者的社会、工作和身体状况施加相当严重的后果。大多数的胃轻瘫病例通常是糖尿病或特发性的起源, 通常对现有药物有抗药性1。患者患有这种情况最常见的是恶心和反复呕吐。在前人研究的基础上, 应用高频低能量电刺激可以有效缓解和减轻胃动力障碍1、2的症状。
在前人研究的基础上, 证明高频胃电刺激可显著改善胃排空障碍3。结果表明, 下食管括约肌神经刺激器治疗胃食管反流病 (食管逆流), 减少酸暴露, 消除每日质子泵抑制剂 (PPI) 的使用是安全有效的, 无需刺激相关不良反应4。在人类试验之前, 第一项研究是在动物模型 (犬模型5) 上进行的。根据这些研究, 电刺激下食管括约肌 (les, 20 赫兹, 脉宽3毫秒) 造成了长期收缩的 LES5。研究了胃食管反流病患者高 (20 赫兹、脉宽200微秒) 和低 (6 转/分、脉宽375毫秒) 电刺激对 LES 的相似效应。高、低频刺激均有效6。然而, 目前, 只有两个神经刺激设备的胃或食道刺激可利用的市场7,8。在这些设备中, 电极可以植入手术, 腹腔或机器人。该设备本身被植入皮下。这需要全身麻醉, 并有一个笨重的设备安装, 使用肌肉导管, 可以刺激胃或食管肌肉组织。因此, 选择使用无线通讯设备植入胃黏膜下层将是一个明确的优势和改善患者的舒适性。如前一项研究9、10所述, 事实证明, 将微型神经刺激器植入黏膜下层是可能的。在内镜下黏膜下植入术中, 我们使用一种称为内镜下黏膜下扒窃 (ESP) 的技术, 基于内镜下黏膜下隧道解剖10。本研究的目的是进一步改进这种植入式神经刺激器的概念, 主要是在电源管理 (特别是无线充电能力) 的范围内, 符合各自的无线通信法规医学植入装置中的通信链路和双极神经刺激的可能性。其次, 提出的 microneurostimulator 是双向通信的, 即使在植入设备的同时, 也可以实时改变激励参数。
该技术适用于有治疗 endoscopist 经验的内镜扒窃或隧道解剖的团队。接下来, 我们需要一个硬件和嵌入式软件设计师, 有经验的硬件原型与微控制器和射频电路使用表面贴装技术。为了构建硬件原型, 需要一个装有回流焊站的实验室和电气测量的基本设备 (至少有数字万用表、示波器、频谱分析仪和 PICkit3 程序员)。
所有内镜手术, 包括动物实验都已在捷克共和国 PIGMOD 动物生理学和遗传学研究所 (生物医学中心, Libechov, 捷克共和国) 批准 (在植入的项目实验无电池和电池设备进入黏膜下层的食管和胃实验研究)。所有的实验都是遵照捷克法律246/1992 某人 "关于保护动物免受虐待, 经修订"。发射机设备不需要被灭菌, 因为它是一个外部设备, 是不与动物直接接触。
1. 植入装置设计
2. 无线充电器/发射机设计
3. 内镜植入术
4. 实验-植入后
5. 实验后的安乐死
图 17显示, 内镜下放置胃神经刺激器到黏膜下层的口袋里, 以及正确放置电极到肌肉层是成功的。设备的尺寸 (图 10) 为 35 x 15 x 5 毫米3 , 而重量为 2.15 g.图 17显示了设备的电路图, 表明该设备包括6个不同模块, 它们连接在一起。图 3显示了设备中的 PCB 布局和组件放置。
植入装置的设计应主要关注设备的整体尺寸、可实现的刺激外形 (最大电压、最大可交付电流、脉冲长度和脉冲频率)。从硬件角度来看, 主要的限制是适当组件的大小和可用性。为了最小化整体尺寸, 表面贴装组件是首选, 因为其紧凑的包装。最好的解决方案是将裸芯片模具集成到基板上。然而, 这是有限的可用的裸模具包装选项的组件和可访问性的电线粘合技术。第二个重要参数是电池。锂电池?...
这项工作得到了 PROGRES-Q28 研究项目的支持, 并获得了布拉格查尔斯大学的奖项。作者感谢驴子。教授 1月 Martínek, 博士和 PIGMOD 中心。
作者声明他们没有竞争的财政利益。
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 |
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