Wireless Communication System for Submucosal Implants

Abstract

Refluxní choroba jícnu (GERD) a gastroparéza jsou dvě nemoci gastrointestinálního traktu (GIT), které můžou být charakterizovány nedostatečnou funkcí příslušné svaloviny. U refluxní choroby jícnu nedochází k uzávěru dolnojícnového svěrače, což umožňuje vstup kyselého obsahu žaludku do jícnu. Gastroparéza je charakteristická částečnou paralýzou žaludku, což vede k tomu, že potrava v něm zůstává po dobu delší, než je běžné. Léčba těchto onemocnění je zpravidla medikamentózní nebo chirurgická, která s sebou nese zvýšená rizika. Endoskopie zažívá v posledních letech zvýšený zájem, protože se jedná o téměř neinvazivní techniku pro zákroky v GIT. Cilem této diplomové práce je vývoj bezdrátového rozhraní pro aktivní implantabilní zdravotnický prostředek (AIMD), který by mohl být použit pro léčbu GERD a gastroparézy. Zařízení je implantováno technikou, která se nazývá "endoscopic submucosal pocketing". Práce je specificky zaměřena na vývoj bezdrátového komunikačního rozhraní provozovaného v pásmu MEDS. Konvoluční kodování a šifrování je vyvinuto a implementováno. Prototyp AIMD s biokompatibilním obalem a zařízením pro příjem dat a nabíjením bylo vyvinuto a navržený obousměrný bezdrátový komunikační řetězec byl implementován v jazyce C s použitím mikrokontrolerů PIC a Si4455 radiového transceiveru. Nakonec bylo zařízení otestováno jeho implantací do submukozy v prasečím žaludku pomocí endoskopu, čímž byla otestována možnost jeho využití v navazujícím výzkumu.Gastroesophageal reflux disease (GERD) and gastroparesis are two diseases of gastrointestinal tract (GIT) which can be characterized by the disorder of muscle tissue. In GERD, the lower esophageal sphincter does not close properly, allowing the acidic contents of stomach to enter esophagus. Gastroparesis is characterized by partial paralysis of stomach, resulting in food remaining there for an abnormally long time. Treatment for these diseases includes medication and invasive surgery which is dangerous. In recent years, endoscopy is getting attention because it is virtually non-invasive technique for surgeries inside GIT. The goal of this thesis is the development of wireless link for an active implantable medical device (AIMD) which could be used in treatment of GERD and gastroparesis. The device is implanted using a technique called endoscopic submucosal pocketing. Focus is given to the design of the wireless communication link which is operated in MEDS band. Convolutional coding and encryption is developed and implemented in the system. A prototype of AIMD with biocompatible housing and a receiver/charger device was developed and the proposed bidirectional wireless communication link was implemented using C language, PIC microcontrollers and Si4455 radio transceivers. Finally, the device was implanted into submucosa of a pig stomach with an endoscope to test the feasibility of using the device during ongoing research