JoVE Logo
АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

В рукописи представлен миниатюрный имплантируемый датчик pH с модулированным беспроводным выходом ASK вместе с полностью пассивной схемой приемника, основанной на диодах Шоттки с нулевым смещением. Это решение может быть использовано в качестве основы при разработке in vivo калиброванных устройств электростимуляционной терапии и для амбулаторного мониторинга рН.

Аннотация

Амбулаторный мониторинг рН патологического рефлюкса – это возможность наблюдать взаимосвязь между симптомами и воздействием пищевода кислого или некислотного рефлюксата. В этой статье описывается метод разработки, производства и имплантации миниатюрного беспроводного датчика pH. Датчик предназначен для эндоскопической имплантации с помощью одного гемостатического зажима. Также построен и протестирован полностью пассивный приемник на основе ректенны, основанный на диоде Шоттки с нулевым смещением. Для конструирования устройства использовалась двухслойная печатная плата и готовые компоненты. Миниатюрный микроконтроллер со встроенными аналоговыми периферийными устройствами используется в качестве аналогового интерфейса для ионно-чувствительного датчика полевого транзистора (ISFET) и для генерации цифрового сигнала, который передается с помощью чипа передатчика со сдвигом амплитуды. Устройство питается от двух первичных щелочных ячеек. Имплантируемое устройство имеет общий объем 0,6 см3 и вес 1,2 грамма, а его работоспособность была проверена в модели ex vivo (пищевод и желудок свиней). Затем был построен пассивный приемник на основе ректенны небольшой площади, который может быть легко интегрирован либо во внешний приемник, либо в имплантируемый нейростимулятор, который, как было доказано, получает радиочастотный сигнал от имплантата в непосредственной близости (20 см) к нему. Небольшой размер датчика обеспечивает непрерывный мониторинг рН с минимальной обструкцией пищевода. Датчик может быть использован в обычной клинической практике для мониторинга рН пищевода в течение 24/96 ч без необходимости введения назального катетера. «Нулевая мощность» приемника также позволяет использовать датчик для автоматической калибровки in vivo миниатюрных устройств нейростимуляции нижнего пищеводного сфинктера. Активное сенсорное управление позволяет разрабатывать передовые алгоритмы для минимизации используемой энергии для достижения желаемого клинического результата. Одним из примеров такого алгоритма может быть замкнутая система нейростимуляционной терапии гастроэзофагеальной рефлюксной болезни (ГЭРБ) по требованию.

Введение

Монреальский консенсус определяет гастроэзофагеальную рефлюксную болезнь (ГЭРБ) как «состояние, которое развивается, когда рефлюкс содержимого желудка вызывает неприятные симптомы и / или осложнения». Это может быть связано с другими специфическими осложнениями, такими как стриктуры пищевода, пищевод Барретта или аденокарцинома пищевода. ГЭРБ поражает примерно 20% взрослого населения, в основном в странах с высоким экономическим статусом1.

Амбулаторный мониторинг рН патологического рефлюкса (время воздействия кислоты более 6%) позволяет различать взаимосвязь между симптомами и кислым или некислым гастроэзофагеальным рефлюксом2,3. У пациентов, не реагирующих на терапию ИПП (ингибитор протонной помпы), мониторинг рН может ответить, является ли это патологическим гастроэзофагеальным рефлюксом и почему пациент не реагирует на стандартную терапию ИПП. В настоящее время предлагаются различные варианты мониторинга pH и импеданса. Одной из новых возможностей является беспроводной мониторинг с использованием имплантируемых устройств4,5.

ГЭРБ связана с расстройством нижнего пищеводного сфинктера (LES), где сокращения, показанные во время манометрии пищевода, не являются патологическими, но имеют сниженную амплитуду при длительной ГЭРБ. LES состоит из гладкой мускулатуры и поддерживает тонические сокращения из-за миогенных и нейрогенных факторов. Он расслабляется из-за вагусно-опосредованного ингибирования с участием оксида азота в качестве нейротрансмиттера6.

Было доказано, что электрическая стимуляция двумя парами электродов увеличивает время сжатия LES в модели рефлюкса собак7. На расслабление LES, включая остаточное давление во время глотания, не влияли как низкочастотные, так и высокочастотные стимулы. Высокочастотная стимуляция является очевидным выбором, поскольку она требует меньше энергии и продлевает срок службы батареи.

Хотя лечение электростимуляцией (ЭТ) нижнего пищеводного сфинктера является относительно новой концепцией в лечении пациентов с ГЭРБ, было показано, что эта терапия безопасна и эффективна. Было показано, что эта форма лечения обеспечивает значительное и длительное облегчение симптомов ГЭРБ, устраняя при этом необходимость лечения ИПП и уменьшая воздействие кислоты пищевода8,9,10.

Современным датчиком pH для диагностики ГЭРБ является прибор Bravo11,12. При расчетном объеме 1,7 см3 он может быть имплантирован непосредственно в пищевод с визуальной эндоскопической обратной связью или без нее и обеспечивает мониторинг рН в пищеводе в течение 24 ч.

Учитывая, что электростимуляционная терапия является одной из наиболее перспективных альтернатив лечения ГЭРБ, не реагирующей на стандартную терапию8,13, имеет смысл предоставить данные от датчика рН к нейростимулятору. Недавние исследования показывают четкий путь к будущему развитию в этой области, которое приведет к жестким имплантируемым устройствам «все-в-одном», которые будут находиться в месте нейростимуляции14,15. Для этого ISFET (ионно-чувствительный полевой транзистор) является одним из лучших типов датчиков из-за своей миниатюрной природы, возможности встроенной интеграции эталонного электрода (в данном случае золотого) и достаточно высокой чувствительности. На кремнии ISFET напоминает структуру стандартного MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Однако ворота, обычно соединенные с электрической клеммой, заменяются слоем активного материала, находящегося в непосредственном контакте с окружающей средой. В случае pH-чувствительных ISFET этот слой образован нитридом кремния (Si3N4)16.

Основным недостатком эндоскопически имплантируемых устройств является присущее им ограничение размера батареи, что может привести к сокращению срока службы этих устройств или мотивировать производителей на разработку передовых алгоритмов, которые обеспечат требуемый эффект при более низких затратах энергии. Одним из примеров такого алгоритма может быть замкнутая система нейростимуляционной терапии ГЭРБ по требованию. Подобно системам непрерывного глюкометра (CGM) + инсулиновой помпы17, такая система будет использовать датчик рН пищевода или другой датчик для обнаружения текущего давления нижнего пищеводного сфинктера вместе с блоком нейростимуляции.

Реакция на нейростимуляционную терапию и требования к паттернам нейростимуляции могут быть индивидуальными13. Таким образом, важно разработать независимые датчики, которые можно было бы использовать либо для диагностики и характеристики дисфункции, либо для активного участия в калибровке системы нейростимуляции в соответствии с индивидуальными требованиями пациентов18. Эти датчики должны быть как можно меньше, чтобы не влиять на нормальную функциональность органа.

В этой рукописи описывается способ проектирования и изготовления датчика pH на основе ISFET с передатчиком амплитудно-сдвигового ключа (ASK) и пассивным приемником на основе ректенны малой занимаемой площади. Основываясь на простой архитектуре решения, данные о рН могут быть получены внешним приемником или даже имплантируемым нейростимулятором без каких-либо значительных ограничений объема или мощности. Модуляция ASK выбрана из-за природы пассивного приемника, который способен только обнаруживать мощность принятого радиочастотного сигнала (часто называемую «мощностью принятого сигнала»). Принципиальная схема, которая встроена в качестве дополнительного материала, показывает конструкцию устройства. Он питается непосредственно от двух щелочных батарей AG1, которые обеспечивают напряжение между 2,0-3,0 В (в зависимости от состояния заряда). Батареи питают внутренний микроконтроллер, который использует свой АЦП (аналого-цифровой преобразователь), ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь), внутренний усилитель работы и периферийные устройства FVR (фиксированный источник опорного напряжения) для смещения датчика pH ISFET. Результирующее напряжение «затвора» (золотой опорный электрод) пропорционально рН окружающей среды. Стабильный ток Ids обеспечивается низким чувствительным резистором R2. Источник датчика ISFET подключается к неинвертирующему входу операционного усилителя, в то время как инвертирующий вход подключается к выходному напряжению модуля ЦАП, установленному на 960 мВ. Выход операционного усилителя подключается к сливному штифту ISFET. Этот операционный усилитель регулирует напряжение слива таким образом, чтобы разность напряжений на резисторе R2 всегда составляла 960 мВ; таким образом, постоянный ток смещения 29 мкА протекает через ISFET (при нормальной работе). Затем напряжение затвора измеряется с помощью АЦП. Затем микроконтроллер включает радиочастотный передатчик через один из контактов GPIO (вход/выход общего назначения) и передает последовательность. Схема радиочастотного передатчика включает в себя кристаллическую и согласующую сеть, которая соответствует выходу с импедансом 50 Ω.

Для экспериментов, продемонстрированных здесь, мы использовали свиной желудок с длинным участком пищевода, установленным в стандартизированной пластиковой модели. Это широко используемая модель для практики эндоскопических методов, таких как ESD (эндоскопическая подслизлистое рассечение), POEM (оральная эндоскопическая миотомия), эндоскопическая резекция слизистой оболочки (EMR), гемостаз и т. Д. Относительно максимально приближенных анатомических параметров, приближающихся к органам человека, мы использовали желудок и пищевод свиней весом 40-50 кг.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

протокол

В этом исследовании не участвовали живые животные. Эксперимент проводился на модели ex vivo , состоящей из пищевода и желудка свиней. Желудок и пищевод были приобретены у местной мясной лавки в качестве стандартного продукта. Эта процедура соответствует чешскому законодательству, и мы предпочитаем ее из-за принципа «3R» (замена, сокращение и уточнение).

1. Изготовление датчика pH в сборе

ПРИМЕЧАНИЕ: Соблюдайте меры предосторожности при обращении с чувствительными к электростатическому разряду (ESD) компонентами на протяжении всего изготовления датчика pH в сборе. Будьте внимательны при работе с паяльником.

  1. Поместите датчик pH ISFET на печатную плату (PCB) на плоскую поверхность. Найдите паяные контакты.
  2. Обрежьте паяные контакты, чтобы их длина не превышала 3 мм.
  3. Припаяйте 15-миллиметровый сечение кабеля с фторированным этиленпропиленовым покрытием (FEP) к паяным электродам датчика pH. Не очищайте механически или химически голый штамп в сборе. Старайтесь избегать загрязнения матрицы и печатной платы флюсом во время пайки.
  4. Осмотрите узел кабеля датчика pH под микроскопом на наличие разомкнутых цепей и замыканий. Затем проверьте шорты с помощью тестера open-short. Правильно подготовленная сборка на этом этапе показана на рисунке 1.
  5. Очистите датчик pH в ультразвуковом очистителе в течение 5 мин при 70 °C в 5% растворе флюсоудалителя в воде. Оптимальный диапазон мощности ультразвука составляет 50-100 Вт/л. Не превышать 100 Вт/л.
  6. Промыть датчик рН в сборе изопропиловым спиртом технического качества не менее 3 мин и дать ему высохнуть в духовке при 80 °C в течение 15 мин.
  7. Поместите все датчики pH на плоскую поверхность (в случае, если одновременно подготовлено несколько), прежде чем переходить к следующему шагу.
  8. Смешайте соответствующее количество двухкомпонентной эпоксидной смолы для инкапсуляции паяных электродов. Используйте не менее 2 мл, чтобы обеспечить тщательное перемешивание. Используйте черную непрозрачную эпоксидную смолу, чтобы обеспечить последующий осмотр - части датчика, подверженные воздействию окружающей среды, будут видны легче, поскольку на них не будет непрозрачной эпоксидной смолы.
  9. Переложите смешанную эпоксидную смолу на шприц объемом 1 мл с помощью иглы с плоским концом 0,5 мм.
  10. Покрытие области пайки датчиков pH эпоксидной смолой. Обязательно покройте всю площадь электродов печатной платы и открытой проволоки.
  11. Пусть эпоксидная смола отверждается либо при комнатной, либо при повышенной температуре (максимум 80 °C), для этого исследования использовали 50 °C с эпоксидной смолой, указанной в Таблице материалов.
  12. Осмотрите область покрытия под микроскопом. Если какие-либо металлические части без покрытия (электрод печатной платы или проволока) подвергаются воздействию, повторяйте шаги 1.8-1.11 до тех пор, пока не появятся визуальные признаки непокрытого металла.
  13. Обрежьте провода по длине и углу, показанным на рисунке 2. Покройте концы припоем, чтобы избежать износа.

2. Изготовление электронной сборки

ПРИМЕЧАНИЕ: Соблюдайте меры предосторожности при обращении с чувствительными к электростатическому разряду компонентами на протяжении всего изготовления электроники. Будьте внимательны при работе с паяльником и термофеном.

  1. Разместите печатную плату (изготовленную на основе дополнительных файлов "pcb1.zip" и принципиальной схемы "schematic.png") на плоской поверхности, компоненты стороной вверх.
  2. Нанесите паяльную пасту на все открытые позолоченные прокладки.
  3. Поместите все пассивные и активные компоненты с помощью пинцета согласно рисунку 3 и таблице материалов.
  4. Нагрейте печатную плату с помощью термофена, чтобы припаять компоненты. Нагревайте печатную плату постепенно до 150 °C в течение 2 мин, чтобы удалить остаточную воду из упаковок и активировать флюс в паяльной пасте. Затем нагрейте печатную плату до 260 °C, чтобы припаять компоненты. Дайте печатной плате остыть до комнатной температуры, не перемещайте ее в течение всего процесса пайки.
  5. После пайки и охлаждения до комнатной температуры осмотрите печатную плату под микроскопом, чтобы убедиться в правильном расположении всех компонентов и замыканий. Если замыкания или неправильное размещение компонентов не наблюдается, пропустите шаг 2.6.
  6. Отремонтируйте любые шорты или неправильное размещение компонентов с помощью паяльного пистолета или термофена. Перейдите к шагу 2.5.
  7. Припаяйте 5 проводов к компонентам (силовым и программирующим проводам), как показано на рисунке 4.
  8. Чтобы подключить печатную плату к программатору, подключите провода, припаянные на шаге 2.7. на коннектор программиста.
  9. Встроенное ПО программы (подробное объяснение того, какой файл использовать) для микроконтроллера см. в разделе Репрезентативные результаты . Используйте описанную выше процедуру для настройки программного обеспечения19. Установите программатор на питание устройства напряжением примерно 2,5 В. Отпаяйте 5 проводов после программирования.
  10. Поместите печатную плату на плоскую поверхность, компонентной стороной вверх. Припаяйте медный антенный провод AWG38 (длиной 3 см), как показано на рисунке 5 , и оберните его вокруг края печатной платы. Закрепите антенный провод к краю печатной платы цианоакрилатным клеем. Припаяйте две другие проволочные перемычки медной проволокой SWG38, как показано на рисунке 5. Избегайте электрического контакта с другими компонентами.
  11. Положите печатную плату на плоскую поверхность, компонент стороной вниз.
  12. Припаяйте два держателя батарей к противоположной части печатной платы, как показано на рисунке 6.
  13. Припаяйте датчик pH в сборе к клеммам на печатной плате, как показано на рисунке 7.
  14. Вставьте две батарейки AG1 в держатели батарей.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Не переходите к этому шагу и следующим шагам в этом разделе ранее, чем за 24 часа до тестирования и эндоскопической имплантации датчика.
  15. Приготовьте соответствующее количество эпоксидной смолы, как описано на этапе 1.8. для инкапсуляции устройства.
  16. Инкапсулируйте устройство с эпоксидной смолой, используя ту же процедуру, описанную на этапе 1.9 (шприц с иглой). Дайте эпоксидной смоле отверждаться при комнатной температуре или слегка повышенной температуре (не превышать 50 °C из-за наличия батарей). Правильные результаты инкапсуляции см. на рисунке 8 .
  17. Создайте крючок из титановой проволоки согласно рисунку 9.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Титан (grade II) был выбран из-за его биосовместимости и послужного списка использования в имплантируемых медицинских устройствах. Также может быть использована нержавеющая сталь. Тем не менее, тип и термическая обработка должны быть выбраны тщательно, так как некоторые типы нержавеющей стали очень хрупкие.
  18. Прикрепите проволочный крючок к устройству каплей быстроотверждаемой эпоксидной смолы (см. Рисунок 10) и дайте ему отверждаться при комнатной температуре или слегка повышенной температуре (максимум 50 °C). Датчик pH расположен на нижней левой стороне имплантируемого устройства.
  19. Датчик активируется через 24 часа после установки батарей. Тем временем перейдите к шагу 3.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Приостановите протокол сейчас, если возможно завершение шага 3 в течение 24 ч после установки батарей.

3. Изготовление пассивного приемника ректенны

  1. Поместите печатную плату (изготовленную на основе дополнительного файла "pcb2.zip"). для ректенны на ровной поверхности.
  2. Припаять компоненты с помощью метода паяльной пасты, описанного на этапах 2.2-2.6, или использовать паяльник согласно фиг.11А.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Если экспериментатор решает изготовить приемник ректенны повторно (он был ранее изготовлен и согласован) или не хочет приступать к согласованию приемника, используйте значения компонентов, ранее определенных экспериментатором или указанных на рисунке 11B , и пропустите этапы 3.5-3.7.
  3. Припаяйте разъем SMA к печатной плате.
  4. Осмотрите печатную плату под микроскопом. Если наблюдаются какие-либо замыкания или неправильное размещение компонентов, устраните проблемы.
  5. Подключите вход векторного анализатора цепей к разъему SMA.
  6. Запишите диаграмму S11 Smith ректенны от 300-500 МГц с полосой пропускания разрешения 1 кГц. Наблюдайте за откликом и регистрируйте импеданс на частоте 431,7 МГц. Используйте программное обеспечение калькулятора согласования импеданса для определения значений совпадающих компонентов. Пример диаграммы Смита показан на рисунке 12A.
  7. Припаяйте компоненты, соответствующие импедансу, и проверьте под микроскопом короткие замыкания и размещение компонентов.
  8. Снова измерьте с помощью анализатора спектра и подтвердите, что отношение напряжения стоячей волны (VSWR) составляет менее 3 между 300-500 МГц (внутри внешнего голубого круга, показанного на рисунке 12B). Если нет, либо повторите с различными соответствующими компонентами, либо продолжайте с учетом снижения производительности ректенны.
  9. Подключите антенну диапазона 433 МГц к разъему SMA. Подключите осциллограф к выходу ректенны.
  10. Установите осциллограф на одноканальную работу, временную базу качения, режим постоянного тока, временную базу 500 мс/дел и шкалу напряжения 5 мВ/дел.

4. Тестирование устройства

ПРИМЕЧАНИЕ: Следующие шаги требуют использования химических веществ. Заранее изучите паспорта безопасности химических веществ и используйте надлежащее защитное оборудование и общие лабораторные методы при манипулировании ими.

  1. Проверьте выход датчика, наблюдая за сигналом, отображаемым на осциллографе. Пример выходных данных показан на рисунке 13,14. Устройство будет активно через 24 часа после установки батарей. Период передачи выхода датчика pH варьируется в зависимости от файла, который был запрограммирован на микроконтроллер (см. Репрезентативные результаты для подробного объяснения).
  2. Приготовьте 2% раствор соляной кислоты (соблюдайте осторожность при обращении с соляной кислотой). Приготовьте 100 мМ буферных растворов pH 4 (фталат водорода калия / соляная кислота), pH 7 (дигидрофосфат калия / гидроксид натрия) и pH 10 (карбонат натрия / гидрокарбонат натрия) с использованием стандартных лабораторных процедур и пометьте стаканы.
  3. Проверьте pH всех четырех стаканов с помощью калиброванного рН-метра. При необходимости отрегулируйте.
  4. Погрузите капсулу в каждый стакан и запишите не менее 3 образцов. Измерьте период между вторым и третьим импульсом и заполните его в предоставленной электронной таблице (Дополнительный файл 1). Определите калибровочные коэффициенты для датчика pH с помощью электронной таблицы.
  5. После калибровки измерьте время между вторым и третьим импульсом и введите его в электронную таблицу для определения рН раствора, которому подвергается датчик рН.

5. Эндоскопическая имплантация датчика

  1. Подготовьте эндоскопическую модель свиньи ex vivo , состоящую из желудка и длинного сегмента пищевода.
  2. Захватите датчик снаружи с помощью гемостатического зажима, как показано на рисунках 15 и 16.
  3. Вставьте эндоскоп с датчиком в зажим стандартным способом в модель.
  4. Расположите зажим с датчиком близко к нижнему пищеводному сфинктеру.
  5. Поверните эндоскоп к стенке пищевода, откройте зажим, а затем надавите на стенку пищевода. Закройте зажим и отпустите его. Датчик будет оставаться прикрепленным к стенке пищевода в нужном месте, как показано на рисунках 17D и 17E.
  6. Извлеките эндоскоп.

6. Эксперимент после имплантации

ПРИМЕЧАНИЕ: Следующие шаги требуют использования химических веществ. Заранее изучите паспорта безопасности химических веществ и используйте надлежащее защитное оборудование и общие лабораторные методы при манипулировании ими.

  1. Поместите приемник в пределах 10 см (максимум) от имплантированного датчика.
  2. Вводят 50 мл растворов с различными значениями рН в пищевод, как показано на рисунке 18, и наблюдают за изменениями реакции датчика. Втягивайте эндоскоп после каждой инъекции и считывайте значение не ранее, чем через 30 с после инъекции. Промыть пищевод 100 мл деионизированной воды между инъекционными растворами с разным рН.
  3. Используйте электронную таблицу (дополнительный файл 1) для расчета pH, измеренного датчиком.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Результаты

Устройство, способное к автономному измерению pH и беспроводной передаче значения pH, было успешно построено, как показано на рисунке 8. Сконструированное устройство представляет собой миниатюрную модель; он весит 1,2 г и имеет объем 0,6 см3. Приблизительные размеры со?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Обсуждение

Этот метод подходит для исследователей, которые работают над разработкой новых активных имплантируемых медицинских устройств. Это требует уровня мастерства в изготовлении электронных прототипов с компонентами поверхностного монтажа. Критические этапы в протоколе связаны с произво?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Раскрытие информации

Авторам нечего декларировать.

Благодарности

Авторы с благодарностью выражают признательность Карлову университету (проект GA UK No 176119) за поддержку этого исследования. Эта работа была поддержана исследовательской программой Карлова университета PROGRES Q 28 (Онкология).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
AG1 batteryPanasonicSR621SWTwo batteries per one implant
Battery holderMYOUNGMY-521-01
Copper enamel wire for the antennapro-POWERQSE Wire - 0.15 mm diameter, 38 SWG
Epoxy for encapsulationLoctiteEA M-31 CLTwo-part medical-grade ISO10993 compliant epoxy
FEP cable for pH sensorMolex / Temp-Flex100057-0273
Flux cleanerShestoUTFLLU05Prepare 5% solution in deionized water for cleaning by sonication
Hemostatic clipBoston ScientificResolution
Hot air gun + soldering ironW.E.P.Model 706Any soldering iron capable of soldering with tin and hot-air gun capable of maintaining 260 °C can be used
Impedance matching softwareIowa Hills SoftwareSmith ChartCan be downloaded from http://www.iowahills.com/9SmithChartPage.html - alternatively, any RF design software supports calculation of impedance matching components
ISFET pH sensor on a PCBWinSenseWIPSOrder a model pre-mounted on a PCB with on-chip gold reference electrode
Laboratory pH meterHanna InstrumentsHI2210-02Used with HI1131B glass probe
Microcontorller programmerMicrochipPICkit 3Other PIC16 compatible programmers can be also used
Pig stomach with esophagusLocal pig farmObtained from approx. 40–50 kg pigIt is important that the stomach includes a full length of the esophagus.
Printed circuit board - receiverChoose preferred PCB supplierAccording to pcb2.zip dataOne layer, 0.8 mm thickness, FR4, no mask
Printed circuit board - sensorChoose preferred PCB supplierAccording to pcb1.zip dataTwo-layer with PTH, 0.6 mm thickness, FR4, 2x mask
Receiver - 0RVishayCRCW04020000Z0EDCSee Figure 12 and Figure 13 for placement
Receiver - 1.5 pFMurataGRM0225C1C1R5CA03LSee Figure 12 and Figure 13 for placement
Receiver - 100 pFMurataGRM0225C1E101JA02LSee Figure 12 and Figure 13 for placement
Receiver - 33 nHPulse ElectronicsPE-0402CL330JTTSee Figure 12 and Figure13 for placement
Receiver - RF schottky diodesMACOMMA4E2200B1-287TSee Figure 12 and Figure 13 for placement
Receiver - SMA antennaLPRSANT-433MS
Receiver - SMA connectorLinx TechnologiesCONSMA001See Figure 12 and Figure 13 for placement
Sensor - C1MurataGRM0225C1H8R0DA03L8 pF 0402 capacitor
Sensor - C2MurataGRM0225C1H8R0DA03L8 pF 0402 capacitor
Sensor - C3MurataGCM155R71H102KA37D1 nF 0402 capacitor
Sensor - C4MurataGRM0225C1H1R8BA03L1.8 pF
Sensor - C5VishayCRCW04020000Z0EDCPlace 0R 0402 resistor or use to match the antenna
Sensor - C6MurataGRM155C81C105KE11J1 uF 0402 capacitor
Sensor - C7MurataGRM155C81C105KE11J1 uF 0402 capacitor
Sensor - C8MurataGRM022R61A104ME01L100 nF 0402 capacitor
Sensor - IC1MicrochipMICRF113YM6-TRMICRF113 RF transmitter
Sensor - IC2MicrochipPIC16LF1704-I/MLPIC16LF1704 low-power microcontroller
Sensor - R1VishayCRCW040210K0FKEDC10 kOhm 0402 resistor
Sensor - R2VishayCRCW040233K0FKEDC33 kOhm 0402 resistor
Sensor - R3VishayCRCW04021K00FKEDC1 kOhm 0402 resistor
Sensor - R5VishayCRCW040210K0FKEDC10 kOhm 0402 resistor
Sensor - X1ABRACONABM8W-13.4916MHZ-8-J2Z-T33.2 x 2.5 mm 13.4916 MHz 8 pF crystal
Titanium wireSigma-AldrichGF368464340.125 mm titanium wire
Vector network analyzermini RADIO SOLUTIONSminiVNA TinyOther vector network analyzers can be used - the required operation frequency is 300–500 MHz, resolution bandwidth equal or lower than 1 MHz, output power of no more than 0 dBm and dynamic range preferably better than 60 dB for the receiving front-end

Ссылки

  1. El-Serag, H. B., Sweet, S., Winchester, C. C., Dent, J. Update on the epidemiology of gastro-oesophageal reflux disease: a systematic review. Gut. 63 (6), 871-880 (2014).
  2. Gyawali, C. P., et al. Modern diagnosis of GERD: the Lyon Consensus. Gut. 67 (7), 1351-1362 (2018).
  3. Cesario, S., et al. Diagnosis of GERD in typical and atypical manifestations. Acta Biomedica. 89 (5), 33-39 (2018).
  4. Sifrim, D., Gyawali, C. P. Prolonged wireless pH monitoring or 24-hour catheter-based pH impedance monitoring: Who, When, and Why. American Journal of Gastroenterology. 115 (8), 1150-1152 (2020).
  5. Chae, S., Richter, J. E. Wireless 24, 48, and 96 Hour or impedance or oropharyngeal prolonged pH monitoring: Which test, when, and why for GERD. Current Gastroenterology Reports. 20 (11), 52(2018).
  6. Furness, J. B., Callaghan, B. P., Rivera, L. R., Cho, H. -J. The enteric nervous system and gastrointestinal innervation: integrated local and central control. Adv Exp Med Biol. 817, 39-71 (2014).
  7. Sanmiguel, C. P., et al. Effect of electrical stimulation of the LES on LES pressure in a canine model. American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology. 295 (2), 389-394 (2008).
  8. Rodríguez, L., et al. Electrical stimulation therapy of the lower esophageal sphincter is successful in treating GERD: final results of open-label prospective trial. Surgical Endoscopy. 27 (4), 1083-1092 (2013).
  9. Rinsma, N. F., Bouvy, N. D., Masclee, A. A. M., Conchillo, J. M. Electrical stimulation therapy for gastroesophageal reflux disease. Journal of Neurogastroenterology and Motility. 20 (3), 287-293 (2014).
  10. Rodríguez, 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).
  11. Kwiatek, M. A., Pandolfino, J. E. The BravoTM pH capsule system. Digestive and Liver Disease. 40 (3), 156-160 (2008).
  12. Karamanolis, G., et al. Bravo 48-hour wireless pH monitoring in patients with non-cardiac chest pain. objective gastroesophageal reflux disease parameters predict the responses to proton pump inhibitors. Journal of Neurogastroenterology and Motility. 18 (2), 169-173 (2012).
  13. Rodríguez, L., et al. Two-year results of intermittent electrical stimulation of the lower esophageal sphincter treatment of gastroesophageal reflux disease. Surgery (United States). 157 (3), 556-567 (2015).
  14. Hajer, J., Novák, M., Rosina, J. Wirelessly powered endoscopically implantable devices into the submucosa as the possible treatment of gastroesophageal reflux disease. Gastroenterology Research and Practice. 2019, 1-7 (2019).
  15. Deb, S., et al. Development of innovative techniques for the endoscopic implantation and securing of a novel, wireless, miniature gastrostimulator (with videos). Gastrointestinal Endoscopy. 76 (1), 179-184 (2012).
  16. Shin, P., Mikolajick, T., Ryssel, H. pH Sensing Properties of ISFETs with LPCVD Silicon Nitride Sensitive-Gate. The Journal of Electrical Engineering and Information Science. 2, 82-87 (1997).
  17. Benhamou, P. -Y., et al. Closed-loop insulin delivery in adults with type 1 diabetes in real-life conditions: a 12-week multicentre, open-label randomised controlled crossover trial. The Lancet Digital Health. 1 (1), 17-25 (2019).
  18. Nikolic, M., et al. Tailored modern GERD therapy - steps towards the development of an aid to guide personalized anti-reflux surgery. Scientific Reports. 9 (1), 19174(2019).
  19. Hajer, J., Novák, M. Autonomous and rechargeable microneurostimulator endoscopically implantable into the submucosa. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (139), e57268(2018).
  20. Pavelka, M., Roth, J. Parietal Cells Of Stomach: Secretion Of Acid. Functional Ultrastructure. , Springer. Vienna. 202-203 (2010).
  21. Jones, R. D., Neuman, M. R., Sanders, G., Cross, F. S. Miniature antimony pH electrodes for measuring gastroesophageal reflux. The Annals of Thoracic Surgery. 33 (5), 491-495 (1982).
  22. Avago technologies designing detectors for RF/ID tags application note 1089. , Available from: http://docs.avagotech.com/docs/AV02-1577EN (2008).
  23. Waugh, R. W., Buted, R. R. The zero bias schottky diode detector at temperature extremes-problems and solutions. Proceedings of the WIRELESS Symposium. , 175-183 (1996).
  24. Satoh, Y., Ikata, O., Miyashita, T. RF SAW filters. , Available from: http://www.te.chiba-u.jp/lab/ken/Symp/Symp2001/PAPER/SATOH.pdf (2011).
  25. Soffer, E. Effect of electrical stimulation of the lower esophageal sphincter in gastroesophageal reflux disease patients refractory to proton pump inhibitors. World Journal of Gastrointestinal Pharmacology and Therapeutics. 7 (1), 145(2016).
  26. Microsemi ZL70323 MICS-band RF miniaturized standard implant module (MiniSIM). , Available from: https://www.microsemi.com/document-portal/doc_download/135307-zl70323-datasheet (2015).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

174

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены