Разработка недорогого электрода для эпимизиальной электромиографии: упрощенный рабочий процесс изготовления и тестирования

Резюме

Наша цель состояла в том, чтобы предоставить обновленное, простое в использовании руководство по изготовлению и тестированию электродов эпимизиальной электромиографии. С этой целью мы предоставляем инструкции по поиску материалов и подробный пошаговый обзор процесса изготовления и тестирования.

Аннотация

Электромиография (ЭМГ) является ценным диагностическим инструментом для выявления нервно-мышечных аномалий. Имплантируемые эпимизиальные электроды обычно используются для измерения сигналов ЭМГ в доклинических моделях. Несмотря на то, что существуют классические источники, описывающие принципы изготовления эпимизионных электродов, существует скудная иллюстративная информация, переводящая теорию электродов на практике. Чтобы исправить эту проблему, мы предоставляем обновленное, простое в использовании руководство по изготовлению и тестированию недорогих эпимизиальных электродов.

Электроды были изготовлены путем складывания и вставки двух платино-иридиевых фольг в предварительно вырезанную силиконовую основу для формирования контактных поверхностей. Затем к каждой контактной поверхности были приварены проволоки из нержавеющей стали с покрытием для формирования выводов электродов. Наконец, для герметизации электрода использовалась силиконовая смесь. Тестирование ex vivo было проведено для сравнения нашего изготовленного по индивидуальному заказу электрода со стандартным электродом в солевой ванне, где были обнаружены высокие уровни согласования сигналов (синусоида [внутриклассовая корреляция - ICC= 0,993], квадрат [ICC = 0,995], треугольник [ICC = 0,958]) и временная синхронность (синус [r = 0,987], квадрат [r = 0,990], треугольник [r = 0,931]) во всех формах сигнала. Низкие уровни импеданса электродов также были количественно определены с помощью спектроскопии электрохимического импеданса.

Также была проведена оценка производительности in vivo , в ходе которой широкая латеральная мышца крысы была хирургически обработана с помощью специально изготовленного электрода, а сигнализация была получена во время ходьбы в гору и вниз по склону. Как и ожидалось, пиковая активность ЭМГ была значительно ниже при ходьбе вниз по склону (0,008 ± 0,005 мВ), чем при подъеме в гору (0,031 ± 0,180 мВ, p = 0,005), что подтверждает валидность устройства. Надежность и биосовместимость устройства также поддерживались последовательной сигнализацией во время ровной ходьбы через 14 и 56 дней после имплантации (0,01 ± 0,007 мВ, 0,012 ± 0,007 мВ соответственно; p > 0,05) и отсутствием гистологического воспаления. В совокупности мы обеспечиваем обновленный рабочий процесс для изготовления и тестирования недорогих эпимизионных электродов.

Введение

Электромиография (ЭМГ) является мощным инструментом для изучения электрической активности мышц. Записи ЭМГ могут быть особенно полезны на доклинических моделях животных для оценки эффективности вмешательств по лечению нервно-мышечной дисфункции. В этих моделях имплантируемые биосовместимые электроды обычно используются для оценки нейрофизиологического интерфейса между моторными нейронами и мышечными волокнами. Эти имплантируемые электроды могут обеспечивать локализованные измерения мышечного возбуждения и могут быть разнообразными с точки зрения конфигурации, формы и материала, при этом оптимальная конструкция в конечном итоге диктует....

протокол

Процедура in vivo была проведена с одобрения Комитета по институциональному уходу за животными и их использованию при Мичиганском университете (#PRO00010765 одобрения IACUC) и в соответствии с рекомендациями Национальных институтов здравоохранения по уходу и использованию лабораторных животных.

1. Поиск и изготовление электродов

ПРИМЕЧАНИЕ: На рисунке 1 представлена общая сводка всех ключевых этапов изготовления с QR-ссылкой, которая содержит дополнительные визуальные инструкции.

1. Закупайте биосовместимые электродные материа....

Результаты

Производительность ex vivo
ICC выявили высокий уровень согласованности между изготовленными по индивидуальному заказу и стандартными отраслевыми электродами по всем формам волн (синус [ICC = 0,993], квадрат [ICC = 0,995], треугольник [ICC = 0,958]; p < 0,001). Графики Бланда-Ал.......

Обсуждение

Наша цель состояла в том, чтобы оптимизировать процесс изготовления ЭМГ, обеспечив более широкое внедрение и внедрение конструкций эпимизиальных электродов, тем самым способствуя доступности и продвижению нервно-мышечных исследований. С этой целью мы представляем ?.......

Материалы

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