تطوير قطب كهربائي منخفض التكلفة لتخطيط كهربية العضل: سير عمل مبسط للتصنيع والاختبار

Summary

كان هدفنا هو توفير دليل محدث وسهل المتابعة حول تصنيع واختبار أقطاب تخطيط كهربية العضل. تحقيقا لهذه الغاية ، نقدم تعليمات لمصادر المواد وإرشادات مفصلة لعملية التصنيع والاختبار.

Abstract

تخطيط كهربية العضل (EMG) هو أداة تشخيصية قيمة للكشف عن التشوهات العصبية العضلية. تستخدم الأقطاب الكهربائية القابلة للزرع بشكل شائع لقياس إشارات EMG في النماذج قبل السريرية. على الرغم من وجود موارد كلاسيكية تصف مبادئ تصنيع القطب الكهربائي ، إلا أن هناك ندرة في المعلومات التوضيحية التي تترجم نظرية القطب إلى ممارسة. لعلاج هذا ، نقدم دليلا محدثا وسهل المتابعة حول تصنيع واختبار قطب كهربائي منخفض التكلفة.

تم تصنيع الأقطاب الكهربائية عن طريق طي وإدخال رقاقتين من البلاتين والإيريديوم في قاعدة سيليكون مقطوعة مسبقا لتشكيل الأسطح الملامسة. بعد ذلك ، تم لحام أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ المطلية بكل سطح تلامس لتشكيل أسلاك القطب. أخيرا ، تم استخدام خليط سيليكون لإغلاق القطب. تم إجراء اختبار خارج الجسم الحي لمقارنة قطبنا الكهربائي المصنع خصيصا بقطب قياسي صناعي في حمام ملحي ، حيث تم العثور على مستويات عالية من اتفاق الإشارة (جيب [الارتباط داخل الفئة - ICC = 0.993] ، مربع [ICC = 0.995] ، مثلث [ICC = 0.958]) ، والتزامن الزمني (جيب [r = 0.987] ، مربع [r = 0.990] ، مثلث [r = 0.931]) عبر جميع أشكال الموجة. كما تم قياس المستويات المنخفضة من مقاومة القطب عن طريق التحليل الطيفي للمعاوقة الكهروكيميائية.

كما تم إجراء تقييم للأداء في الجسم الحي حيث تم استخدام العضلة الوعائية الجانبية للفأر جراحيا باستخدام القطب الكهربائي المصنع خصيصا وتم الحصول على الإشارات أثناء المشي صعودا وهبوطا. كما هو متوقع ، كان نشاط EMG الذروة أقل بكثير أثناء المشي على المنحدرات (0.008 ± 0.005 مللي فولت) من الصعود (0.031 ± 0.180 مللي فولت ، p = 0.005) ، مما يدعم صلاحية الجهاز. كما تم دعم موثوقية الجهاز وتوافقه الحيوي من خلال الإشارات المتسقة أثناء المشي على المستوى في 14 يوما و 56 يوما بعد الزرع (0.01 ± 0.007 مللي فولت ، 0.012 ± 0.007 مللي فولت على التوالي ؛ p > 0.05) وغياب الالتهاب النسيجي. بشكل جماعي ، نقدم سير عمل محدث لتصنيع واختبار أقطاب إبيميسية منخفضة التكلفة.

Introduction

تخطيط كهربية العضل (EMG) هو أداة قوية لدراسة النشاط الكهربائي للعضلات. يمكن أن تكون تسجيلات EMG مفيدة بشكل خاص في النماذج الحيوانية قبل السريرية لتقييم فعالية التدخلات لعلاج الخلل العصبي العضلي. في هذه النماذج ، تستخدم الأقطاب الكهربائية المتوافقة حيويا القابلة للزرع بشكل شائع لتقييم الواجهة الفسيولوجية العصبية بين الخلايا العصبية الحركية والألياف العضلية. يمكن أن توفر هذه الأقطاب الكهربائية القابلة للزرع قياسات موضعية لإثارة العضلات ويمكن أن تكون متنوعة من حيث تكوينها وشكلها وموادها ، مع التصميم الأمثل الذي يمليه الموقع والاستخدام المقصود في النهاية.

على الرغم من ملاءمتها لتقييم إثارة العضلات في النماذج قب....

Protocol

تم إجراء الإجراء في الجسم الحي بموجب موافقة اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام في جامعة ميشيغان (موافقة IACUC #PRO00010765) ووفقا لإرشادات المعاهد الوطنية للصحة بشأن رعاية واستخدام المختبر.

1. مصادر القطب والتصنيع

ملاحظة: يقدم الشكل 1 ملخصا عالي المستوى لجميع خطوات التصنيع الرئيسية مع رابط QR الذي يوفر تعليمات مرئية إضافية.

1. مصدر مواد القطب المتوافقة حيويا مباشرة من الشركة المصنعة بكميات كبيرة للتصنيع. انظر جدول المواد ، الذي يحتوي على جميع مكونات القطب وتفاصيل حول المصادر.
   ملاحظة: تأكد من أن قاعدة السيليكون....

النتائج

أداء خارج الجسم الحي
كشفت ICCs عن مستويات عالية من الاتفاق بين الأقطاب الكهربائية المصنعة خصيصا والأقطاب القياسية الصناعية عبر جميع الأشكال الموجية (جيب [ICC = 0.993] ، مربع [ICC = 0.995] ، مثلث [ICC = 0.958] ؛ p < .001). كشفت مؤامرات بلاند-ألتمان أيضا عن درجة عالية من اتفاق الإش.......

Discussion

كان هدفنا هو تبسيط عملية تصنيع EMG ، مما يتيح اعتماد وتنفيذ تصميمات الأقطاب الكهربائية على نطاق أوسع ، وبالتالي تعزيز إمكانية الوصول ، وتطوير البحوث العصبية العضلية. تحقيقا لهذه الغاية ، نقدم دليلا سهل الاستخدام لتحديد مصادر وتصنيع واختبار الأقطاب الكهربائية منخفضة الت?.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Electrode Materials
			Quantity & price per electrode
Contact surface	Prince and Izant PT90/IR10 1.25 mm x 5 mm foil	Catalog #1040055	2 per electrode $7.50 per foil $15.00 per electrode
PFA coated stainless-steel electrode lead wire	A-M Systems Multi-Stranded PFA-Coated Stainless Steel Wire 50.8 µm strand diameter	Catalog #793500	Dependent on desired lead length (e.g., 9 inch lead wires x2) $128 per 25 ft spool $5.12 per foot $0.42 per inch (x18) $7.68 per electrode
Folding jig	3D printed (see .gcode file)	NA	NA
Sealant for electrode body	Nusil Med-1137 liquid silicone	Catalog #MED-1137	1 gram $344.66 per 2 oz. (59.15 mL) $5.83 per electrode
Silicone base	Implantech Alliedsil Silicone Sheeting-Reinforced, Long Term Implantable (8” x 6”) .007 thick	Catalog #701-07	10mm x 5mm sheet $225.00 per 8 x 6 inch $0.36 per electrode (10 mm x 5 mm)
Thinner for sealant mixture	Toluene 99.5% ACS Reagent 500mL or Xylene ACS 99.5%	Catalog #179418-500 ML	0.75 mL $25.53 per 500 mL $0.38 per electrode
Template for perforating silicone base	Cutting jig – 3D printed (see CAD file)	NA	NA
Custom-fabricated electrode: $29.25
Industry standard electrode (EP105 EMG Patch Electrode, 2 contacts, single-sided, 7mm x 4mm, MicroProbe for Life Science): $305.00
Additional Fabrication Materials
			Quantity & price per electrode
3D printing software	Solidworks (Solidworks, 2022)
Micro-Tig welder	Micro-Tig Welder (CD1000SPM, Single Pulse Research and Light Production Resistance Spot Welder, Sunstone)	SKU 301010	$3,500
Ultrasonic bath	Ultrasonic bath (CPX Series Ultrasonic Bath, Fisherbrand).	15-337-403	NA
Ex Vivo Testing Materials
			Quantity & price per electrode
Data acquisition platform and software	DigitalLynx 4sX Base Cheetah version 6.0 (Neuralynx Inc.)	NA	EMG acquisition hardware and software
Electrode interface board (EIB)	EIB, EIB16-QC, Neuralynx Inc.	31-0603-0007	NA
Signal generator	5 MHz Function Generator, B&K Precision	4005DDS220V	$387.46
Potentiostat	PGSTAT1 potentiostat (EcoChemie, Utrecht, Netherlands)	NA	NA
Stainless steel screw	Fine Science Tools	19010-00	$98
Ex Vivo Testing Materials
			Quantity & price per electrode
Rodent treadmill	Exer 3/6 Open Treadmill, Columbus Instruments	NA	NA
Dental cement	Excel Formula® Pourable Dental Material, St. George Technology Inc.	#24211	$125.60
Light microscope	Keyence BZ-X800, Keyence Corporation, Osaka, Japan	NA	NA
Motion capture system	Optitrack Color Camera, Optitrack, NaturalPoint Inc.	NA	NA
Peak detection algorithm	“SciPy.signal.find_peaks - SciPy v1.8.1 Manual”, 2022	NA	NA
Python software	Python Software Foundation. Python Language Reference, version 3.9. Available at http://www.python.org	NA	NA
Rat	HsdBlu: LE, Envigo	140	NA
Statistical sotware	GraphPad Prism version 10.0.0 (GraphPad Software, Boston, Massachusetts USA)	NA	NA