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Method Article
* Questi autori hanno contribuito in egual misura
L'applicazione di basso-energica stimolazione ad alta frequenza può alleviare i sintomi del dysmotility gastrico. In questa ricerca, viene presentato un dispositivo miniaturizzato, endoscopicamente impiantabile e in modalità wireless ricaricabile che viene impiantato in una tasca submucosal. Entrambe le vie comunicazione e controllo di stimolazione sono stati realizzati durante un esperimento il maiale dal vivo.
Dysmotility gastrico può essere un segno di malattie comuni come il diabete mellito di vecchia data. È noto che l'applicazione di basso-energica stimolazione ad alta frequenza può aiutare efficacemente moderata e alleviare i sintomi del dysmotility gastrico. L'obiettivo della ricerca è stato lo sviluppo di una miniatura, dispositivo endoscopicamente impiantabile per una tasca submucosal. Il dispositivo impiantabile è un pacchetto elettronico completamente personalizzato che è stato appositamente progettato allo scopo di esperimenti nel submucosa. Il dispositivo è dotato di una batteria agli ioni di litio che può essere ricaricata in modalità wireless ricevendo un campo magnetico incidente dalla bobina di carica/trasmissione. La comunicazione di uplink è realizzata in una band MedRadio 432 MHz. Il dispositivo endoscopicamente è stato inserito nella tasca submucosal di un maiale domestico dal vivo usato come un modello in vivo , in particolare nel antrum dello stomaco. L'esperimento ha confermato che il dispositivo progettato può essere impiantato nel submucosa ed è capace di comunicazione bidirezionale. La periferica può eseguire la stimolazione bipolare del tessuto muscolare.
Dysmotility gastrico può essere un segno di diverse malattie relativamente comuni come la gastroparesi, che solitamente è caratterizzata da una progressione cronica e impone piuttosto gravi conseguenze sullo stato sociale, lavorativo e fisico del paziente. Maggior parte dei casi di gastroparesi diabetica o idiopatica in origine di solito sono e sono spesso resistenti al farmaco disponibile1. Pazienti afflitti con questa circostanza più comunemente presenti con nausea e vomito ripetono. Basato su ricerche precedenti, è noto che l'applicazione di basso-energica stimolazione elettrica ad alta frequenza può aiutare efficacemente moderata e alleviare i sintomi di dysmotility gastrico1,2.
Sulla base di precedenti studi, è dimostrato che la stimolazione elettrica gastrica ad alta frequenza può migliorare significativamente i sintomi e svuotamento gastrico3. Esso ha anche dimostrato che la terapia di neurostimolatore sfintere esofageo inferiore è sicuro ed efficace per il trattamento della malattia da reflusso gastroesofageo (GERD), riducendo l'esposizione acida ed eliminando ogni giorno l'uso di inibitore (PPI) della protone-pompa senza stimolazione correlati effetti negativi4. Prima sperimentazione umana, primi studi sono stati effettuati in modelli animali (canino modelli5). Sulla base di questi studi, stimolazione elettrica dello sfintere esofageo inferiore (LES, 20 Hz, larghezza di impulso di 3 ms) ha causato una contrazione prolungata del LES5. Effetti simili di alta (20 Hz, larghezza di impulso di 200 μs) e bassa (6 cicli/min, larghezza di impulso di 375 ms) frequenza stimolazione elettrica su LES in pazienti di GERD sono stati studiati. Sia ad alta e bassa frequenza stimolazione erano efficace6. Tuttavia, attualmente, ci sono solo due dispositivi di neurostimolazione per stimolazione esofagea o gastrica disponibili sul mercato7,8. In questi dispositivi, gli elettrodi possono essere impiantati chirurgicamente, laparoscopia o robotizzato. Il dispositivo viene impiantato per via sottocutanea. Questo richiede l'anestesia generale e avere un dispositivo ingombrante montato, utilizzando cateteri intramuscolari che consentono la stimolazione del tessuto muscolare esofagea o gastrica. Così, la possibilità di utilizzare un dispositivo in modalità wireless comunicante impiantato nello strato submucosal gastrico rappresenterebbe un indubbio vantaggio e miglioramento nel comfort del paziente. Come affermato nella precedente ricerca9,10, è stato dimostrato che un impianto di un neurostimolatore in miniatura nel submucosa è possibile. Per l'impianto endoscopico submucosal, usiamo una tecnica chiamata intascando submucosal endoscopica (ESP), sulla base di dissezione endoscopica sottomucosa tunnel10. L'obiettivo di questa ricerca è quello di migliorare ulteriormente questo concetto di un neurostimolatore impiantabile, principalmente nell'ambito della gestione dell'alimentazione (in particolare la funzione di ricarica senza fili), conformità con le rispettive leggi e regolamenti per il wireless collegamenti di comunicazione nei dispositivi medicali impiantabili e possibilità di neurostimolazione bipolare. Successivamente, il microneurostimulator presentato è capace di comunicazione bidirezionale e i parametri di stimolazione possono essere modificati in tempo reale, anche quando il dispositivo viene impiantato.
Questa tecnica è adatta per le squadre con un endoscopista terapeutico sperimentato in intascando endoscopica o dissezioni di tunnel. Successivamente, un hardware e software embedded designer con esperienza nella costruzione di prototipi hardware con microcontrollori e circuiti di radio frequenza utilizzando la tecnologia di montaggio superficiale è necessaria. Per costruire i prototipi hardware, un laboratorio attrezzato con un riflusso di saldatura stazione e attrezzature di base per misure elettriche (almeno un multimetro digitale, un oscilloscopio, un analizzatore di spettro e PICkit3 programmatore) è richiesto.
Tutte le procedure endoscopiche, compresi animali soggetti sono state approvate presso l'Istituto di fisiologia animale e genetica dell'Accademia delle scienze Ceca Repubblica (Biomedical Center PIGMOD), Libechov, Repubblica Ceca (progetto esperimenti nell'impianto di batteria-di meno e dispositivi a batteria nel submucosa dell'esofago e dello stomaco — studio sperimentale). Tutti gli esperimenti sono fatti in conformità con la legge Ceca 246/1992 SB. "sulla protezione degli animali contro i maltrattamenti, modificato". Dispositivo trasmettitore non è richiesto per essere sterilizzati, perché è un dispositivo esterno che non è a diretto contatto con l'animale.
1. progettazione del dispositivo impiantabili
2. caricatore radiotrasmettitore Design
3. endoscopica
4. esperimento — Dopo l'impianto
5. l'eutanasia dopo l'esperimento
Figura 17 Mostra che un posizionamento endoscopico di neurostimolatore gastrico in una tasca nel submucosa nonché il corretto posizionamento degli elettrodi per lo strato muscolare è stato completato. Le dimensioni del dispositivo (Figura 10) sono 35 x 15 x 5 mm3 , mentre il peso è 2.15 g. Figura 17 Mostra il diagramma di circuito del dispositivo mostrando che il dispositivo è comp...
Il design del dispositivo impiantabile dovrebbe concentrarsi principalmente sulla dimensione complessiva del dispositivo, profili realizzabili stimolazione (massima tensione, massima corrente deliverable, lunghezza di impulsi e frequenza di impulso). Principale limitazione dal punto di vista dell'hardware è la dimensione e la disponibilità di componenti adatti. Per ridurre al minimo le dimensioni complessive, componenti a montaggio superficiale sono preferiti a causa del loro imballaggio compatto. La soluzione migliore...
Questo lavoro è stato supportato da ricerca progetto PROGRES-Q28 ed assegnato da Charles University di Praga. Gli autori ringraziano per culo. Prof. ssa Jan Martínek, pH.d. e PIGMOD centro.
Gli autori dichiarano di non avere nessun concorrenti interessi finanziari.
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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