Desarrollo de un electrodo de electromiografía epimisial de bajo costo: un flujo de trabajo simplificado para la fabricación y las pruebas

Resumen

Nuestro propósito era proporcionar una guía actualizada y fácil de seguir sobre la fabricación y las pruebas de electrodos de electromiografía epimisial. Con ese fin, proporcionamos instrucciones para el abastecimiento de materiales y un recorrido detallado del proceso de fabricación y prueba.

Resumen

La electromiografía (EMG) es una valiosa herramienta diagnóstica para detectar anomalías neuromusculares. Los electrodos epimisiales implantables se utilizan habitualmente para medir las señales de EMG en modelos preclínicos. Aunque existen recursos clásicos que describen los principios de la fabricación de electrodos epimisiales, existe una escasez de información ilustrativa que traslada la teoría de los electrodos a la práctica. Para remediar esto, proporcionamos una guía actualizada y fácil de seguir sobre cómo fabricar y probar un electrodo epimisial de bajo costo.

Los electrodos se fabricaron doblando e insertando dos láminas de platino-iridio en una base de silicona precortada para formar las superficies de contacto. A continuación, se soldaron alambres de acero inoxidable recubiertos a cada superficie de contacto para formar los cables de los electrodos. Por último, se utilizó una mezcla de silicona para sellar el electrodo. Se realizaron pruebas ex vivo para comparar nuestro electrodo fabricado a medida con un electrodo estándar de la industria en un baño salino, donde se encontraron altos niveles de concordancia de señal (seno [correlación intraclase - ICC= 0,993], cuadrado [ICC = 0,995], triángulo [ICC = 0,958]) y sincronía temporal (seno [r = 0,987], cuadrado [r = 0,990], triángulo [r = 0,931]) en todas las formas de onda. También se cuantificaron niveles bajos de impedancia del electrodo mediante espectroscopia de impedancia electroquímica.

También se llevó a cabo una evaluación del rendimiento in vivo en la que el músculo vasto lateral de una rata se instrumentó quirúrgicamente con el electrodo fabricado a medida y se adquirió la señalización durante la marcha cuesta arriba y cuesta abajo. Como se esperaba, la actividad máxima de EMG fue significativamente menor durante la caminata cuesta abajo (0,008 ± 0,005 mV) que cuesta arriba (0,031 ± 0,180 mV, p = 0,005), lo que respalda la validez del dispositivo. La fiabilidad y biocompatibilidad del dispositivo también fueron respaldadas por la señalización consistente durante la marcha nivelada a los 14 días y 56 días después de la implantación (0,01 ± 0,007 mV, 0,012 ± 0,007 mV respectivamente; p > 0,05) y la ausencia de inflamación histológica. En conjunto, proporcionamos un flujo de trabajo actualizado para la fabricación y prueba de electrodos epimisiales de bajo costo.

Introducción

La electromiografía (EMG) es una herramienta poderosa para estudiar la actividad eléctrica del músculo. Los registros EMG pueden ser especialmente útiles en modelos animales preclínicos para evaluar la efectividad de las intervenciones para tratar la disfunción neuromuscular. En estos modelos, los electrodos biocompatibles implantables se utilizan comúnmente para evaluar la interfaz neurofisiológica entre las neuronas motoras y las fibras musculares. Estos electrodos implantables pueden proporcionar mediciones localizadas de la excitación muscular y pueden ser diversos en términos de su configuración, forma y material, con el diseño ó

Protocolo

El procedimiento in vivo se llevó a cabo bajo la aprobación del Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Michigan (#PRO00010765 de aprobación de IACUC) y de acuerdo con las directrices de los Institutos Nacionales de Salud sobre el cuidado y uso de animales de laboratorio.

1. Abastecimiento y fabricación de electrodos

NOTA: La Figura 1 proporciona un resumen de alto nivel de todos los pasos clave de fabricación con un enlace QR que proporciona instrucciones visuales adicionales.

1. Obtenga materia

Resultados

Rendimiento ex vivo
Los ICC revelaron altos niveles de concordancia entre los electrodos fabricados a medida y los estándar de la industria en todas las formas de onda (seno [ICC = 0,993], cuadrado [ICC = 0,995], triángulo [ICC = 0,958]; p < 0,001). Los diagramas de Bland-Altman también revelaron un alto grado de concordancia de señal entre los electrodos. Los diagramas de Altman insípidos y las correlaciones de Pearson se resumen en la

Discusión

Nuestro objetivo era agilizar el proceso de fabricación de EMG, permitiendo una adopción e implementación más amplias de los diseños de electrodos epimisiales, promoviendo así la accesibilidad y avanzando en la investigación neuromuscular. Con este fin, presentamos una guía fácil de usar para obtener, fabricar y probar electrodos epimisiales de bajo costo internamente. Con la esperanza de apoyar a otros grupos de investigación, también proporcionamos plantillas de impresión 3...

Materiales

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