저비용 Epimysial Electromysial Electromyography Electroode 개발: 제조 및 테스트를 위한 간소화된 워크플로우

요약

우리의 목적은 epimysial electromysial electromyography 전극의 제조 및 테스트에 대한 업데이트되고 따라하기 쉬운 가이드를 제공하는 것이었습니다. 이를 위해 재료 소싱에 대한 지침과 제조 및 테스트 프로세스에 대한 자세한 안내를 제공합니다.

초록

근전도(EMG)는 신경근 이상을 감지하는 데 유용한 진단 도구입니다. 이식 가능한 epimysial 전극은 일반적으로 전임상 모델에서 EMG 신호를 측정하는 데 사용됩니다. epimysial electrode fabrication의 원리를 설명하는 고전적 자료가 존재하지만, 전극 이론을 실제 사례로 번역하는 예시 정보는 드뭅니다. 이 문제를 해결하기 위해 저비용 epimysial 전극 제조 및 테스트에 대한 업데이트되고 따라하기 쉬운 가이드를 제공합니다.

전극은 두 개의 백금-이리듐 호일을 접고 미리 절단된 실리콘 베이스에 삽입하여 접촉면을 형성하여 만들었습니다. 다음으로, 코팅된 스테인리스강 와이어를 각 접촉면에 용접하여 전극 리드를 형성했습니다. 마지막으로 실리콘 혼합물을 사용하여 전극을 밀봉했습니다. 식 염수에서 맞춤형 제작 전극을 산업 표준 전극과 비교하기 위해 생체 외 테스트를 수행했으며, 모든 파형에서 높은 수준의 신호 일치(사인파[클래스 내 상관 - ICC= 0.993], 정사각형[ICC = 0.995], 삼각형[ICC = 0.958]) 및 시간 동시성(사인 [r = 0.987], 정사각형[r = 0.990], 삼각형 [r= 0.931])이 발견되었습니다. 낮은 수준의 전극 임피던스는 또한 전기화학적 임피던스 분광법을 통해 정량화되었습니다.

생체 내 성능 평가도 수행되어 쥐의 광대 외측 근육을 맞춤형 전극으로 외과적으로 계측하고 오르막 및 내리막 보행 중에 신호를 획득했습니다. 예상대로 최대 EMG 활성도는 오르막길(0.031 ± 0.180mV, p = 0.005)보다 내리막 걷기(0.008 ± 0.005mV)에서 현저히 낮았으며, 이는 장치의 유효성을 뒷받침합니다. 장치의 신뢰성과 생체 적합성은 이식 후 14일 및 56일째(각각 0.01 ± 0.007mV, 0.012 ± 0.007mV, p > 0.05)에 수평 보행 중 일관된 신호 전달과 조직학적 염증의 부재에 의해 뒷받침되었습니다. 총체적으로, 우리는 저비용 epimysial 전극의 제조 및 테스트를 위한 업데이트된 워크플로우를 제공합니다.

서문

근전도(EMG)는 근육의 전기적 활동을 연구하기 위한 강력한 도구입니다. EMG 기록은 신경근 기능 장애를 치료하기 위한 중재의 효과를 평가하기 위해 전임상 동물 모델에서 특히 유용할 수 있습니다. 이러한 모델에서는 이식 가능한 생체 적합성 전극을 사용하여 운동 뉴런과 근육 섬유 사이의 신경 생리학적 인터페이스를 평가합니다. 이러한 이식형 전극은 근육 흥분에 대한 국부적인 측정을 제공할 수 있으며 구성, 모양 및 재료 측면에서 다양할 수 있으며 궁극적으로 위치와 의도된 용도에 따라 최적의 설계가 결정됩니다.

전임상 모델에서 근육 흥분을 평가하기 위한 적합성에도 불구하고 상피 전극의 사용은 비용에 의해 제한될 수 있습니다. 그 결과, 많은 연구자들이 사내에서 생산된 맞춤형 상피 전극을 사용합니다. 전극 제조, 테스트 및 사용에 대한 기본 고려 사항을 자세히 설명하는 리소스가 존재하지만(^1,2), 현대적인 방법을 사용하여 상부 전극의 소싱, 제조 및 검증을 자세히 설명하는 업데이트된 교육 가이드가 필요합니다. Loeb 및 Gans³ 및 기타....

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프로토콜

in vivo 절차는 University of Michigan의 Institutional Animal Care & Use Committee(IACUC 승인 #PRO00010765)의 승인 하에 수행되었으며 실험실 동물의 관리 및 사용에 대한 National Institutes of Health 지침에 따라 수행되었습니다.

1. 전극 소싱 및 제작

참고: 그림 1 은 추가 시각적 지침을 제공하는 QR 링크와 함께 모든 주요 제조 단계에 대한 개략적인 요약을 제공합니다.

1. 제조를 위해 제조업체에서 직접 생체 적합성 전극 재료를 대량으로 공급합니다. 모든 전극 구성 요소와 소싱에 대한 세부 정보가 포함된 재료 표를 참조하십시오.
   알림: 실리콘 베이스, 실리콘 실란트 및 백금-이리듐 접촉 호일이 생체 적합성이 있어 부작용 면역 반응을 피하고 만성 이식을 허용하는지 확인하십시오. 자체 제작의 경제적 이점을 지원하기 위해 산업 표준과 비교하여 맞춤형 가공 epimysial 전극에 대한 자세한 비용 분석을 제시합....

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결과

Ex vivo 성능
ICC는 모든 파형(사인 [ICC = 0.993], 정사각형 [ICC = 0.995], 삼각형 [ICC = 0.958], p < .001)에서 맞춤 제작 전극과 산업 표준 전극 간에 높은 수준의 일치를 보여주었습니다. Bland-Altman 플롯은 또한 전극 간의 높은 수준의 신호 일치를 보여주었습니다. Bland Altman 플롯과 Pearson 상관 관계는 맞춤 제작 전극과 산업 표준 전극 간의 강한 양의 상관 관계로

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토론

우리의 목표는 EMG 제조 프로세스를 간소화하여 상피 전극 설계의 광범위한 채택 및 구현을 가능하게 하여 접근성을 높이고 신경근 연구를 발전시키는 것이었습니다. 이를 위해 저비용 epimysial electrodes를 사내에서 소싱, 제조 및 테스트할 수 있는 사용자 친화적인 가이드를 제시합니다. 다른 연구 그룹을 지원하기 위해 당사는 연구 노력을 위한 사내 epimysial 전극 생산을 용.......

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자료

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