Entwicklung einer kostengünstigen epimysialen Elektromyographie-Elektrode: Ein vereinfachter Arbeitsablauf für Herstellung und Prüfung

Zusammenfassung

Unser Ziel war es, einen aktualisierten, leicht verständlichen Leitfaden für die Herstellung und Prüfung von epimysialen Elektromyographie-Elektroden bereitzustellen. Zu diesem Zweck bieten wir Anweisungen für die Materialbeschaffung und eine detaillierte Anleitung zum Herstellungs- und Prüfprozess.

Zusammenfassung

Die Elektromyographie (EMG) ist ein wertvolles diagnostisches Instrument zur Erkennung neuromuskulärer Anomalien. Implantierbare epimysiale Elektroden werden häufig zur Messung von EMG-Signalen in präklinischen Modellen verwendet. Obwohl es klassische Ressourcen gibt, die die Prinzipien der epimysialen Elektrodenherstellung beschreiben, gibt es nur wenige anschauliche Informationen, die die Elektrodentheorie in die Praxis umsetzen. Um hier Abhilfe zu schaffen, stellen wir einen aktualisierten, leicht verständlichen Leitfaden zur Herstellung und Prüfung einer kostengünstigen Epimysialelektrode zur Verfügung.

Die Elektroden wurden hergestellt, indem zwei Platin-Iridium-Folien gefaltet und in eine vorgeschnittene Silikonbasis eingelegt wurden, um die Kontaktflächen zu bilden. Anschließend wurden an jede Kontaktfläche beschichtete Edelstahldrähte geschweißt, um die Elektrodenleitungen zu bilden. Zuletzt wurde eine Silikonmischung verwendet, um die Elektrode abzudichten. Ex-vivo-Tests wurden durchgeführt, um unsere kundenspezifische Elektrode mit einer Industriestandard-Elektrode in einem Salzbad zu vergleichen, wobei über alle Wellenformen hinweg ein hohes Maß an Signalübereinstimmung (Sinus [Intraklassenkorrelation - ICC= 0,993], Quadrat [ICC = 0,995], Dreieck [ICC = 0,958]) und zeitliche Synchronie (Sinus [r = 0,987], Quadrat [r = 0,990], Dreieck [r= 0,931]) festgestellt wurde. Niedrige Elektrodenimpedanzen wurden auch mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie quantifiziert.

Es wurde auch eine In-vivo-Leistungsbewertung durchgeführt, bei der der Musculus vastus lateralis einer Ratte chirurgisch mit der speziell angefertigten Elektrode instrumentiert und die Signalübertragung beim Auf- und Absteigen erfasst wurde. Wie erwartet war die maximale EMG-Aktivität beim Gehen bergab (0,008 ± 0,005 mV) signifikant niedriger als bergauf (0,031 ± 0,180 mV, p = 0,005), was die Validität des Geräts unterstützt. Die Zuverlässigkeit und Biokompatibilität des Geräts wurde auch durch eine konsistente Signalübertragung während des Gehens 14 Tage und 56 Tage nach der Implantation (0,01 ± 0,007 mV, 0,012 ± 0,007 mV; p > 0,05) und das Fehlen histologischer Entzündungen unterstützt. Gemeinsam bieten wir einen aktualisierten Workflow für die Herstellung und Prüfung kostengünstiger epimysieller Elektroden.

Einleitung

Die Elektromyographie (EMG) ist ein leistungsfähiges Instrument zur Untersuchung der elektrischen Aktivität von Muskeln. EMG-Aufzeichnungen können besonders in präklinischen Tiermodellen nützlich sein, um die Wirksamkeit von Interventionen zur Behandlung neuromuskulärer Dysfunktion zu beurteilen. In diesen Modellen werden häufig implantierbare biokompatible Elektroden verwendet, um die neurophysiologische Schnittstelle zwischen Motoneuronen und Muskelfasern zu beurteilen. Diese implantierbaren Elektroden können lokalisierte Messungen der Muskelerregung liefern und können in Bezug auf ihre Konfiguration, Form und ihr Material unterschi....

Protokoll

Das In-vivo-Verfahren wurde unter der Genehmigung des Institutional Animal Care & Use Committee an der University of Michigan (IACUC-Zulassung #PRO00010765) und in Übereinstimmung mit den Richtlinien der National Institutes of Health zur Pflege und Verwendung von Labortieren durchgeführt.

1. Beschaffung und Herstellung von Elektroden

HINWEIS: Abbildung 1 bietet eine allgemeine Zusammenfassung aller wichtigen Fertigungsschritte mit einem QR-Link, der zusätzliche visuelle Anweisungen enthält.

1. Beschaffung biokompatibler Elektr....

Diskussion

Unser Ziel war es, den EMG-Herstellungsprozess zu rationalisieren, eine breitere Akzeptanz und Implementierung von epimysialen Elektrodendesigns zu ermöglichen, um so die Zugänglichkeit zu fördern und die neuromuskuläre Forschung voranzutreiben. Zu diesem Zweck stellen wir einen benutzerfreundlichen Leitfaden für die Beschaffung, Herstellung und Prüfung kostengünstiger Epimysialelektroden im eigenen Haus vor. In der Hoffnung, andere Forschungsgruppen unterstützen zu können, stel.......

Materialien

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