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In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • Representative Results
  • Discussion
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

Il nostro scopo era quello di fornire una guida aggiornata e facile da seguire sulla fabbricazione e il collaudo degli elettrodi per elettromiografia epimisiaca. A tal fine, forniamo istruzioni per l'approvvigionamento dei materiali e una panoramica dettagliata del processo di fabbricazione e test.

Abstract

L'elettromiografia (EMG) è un prezioso strumento diagnostico per rilevare le anomalie neuromuscolari. Gli elettrodi epimisiali impiantabili sono comunemente usati per misurare i segnali EMG nei modelli preclinici. Sebbene esistano risorse classiche che descrivono i principi della fabbricazione di elettrodi epimisiali, c'è una scarsità di informazioni illustrative che traducono la teoria degli elettrodi in pratica. Per rimediare a questo problema, forniamo una guida aggiornata e facile da seguire sulla fabbricazione e il test di un elettrodo epimisiale a basso costo.

Gli elettrodi sono stati realizzati piegando e inserendo due lamine di platino-iridio in una base di silicone pretagliata per formare le superfici di contatto. Successivamente, i fili di acciaio inossidabile rivestiti sono stati saldati su ciascuna superficie di contatto per formare i cavi degli elettrodi. Infine, è stata utilizzata una miscela di silicone per sigillare l'elettrodo. Sono stati condotti test ex vivo per confrontare il nostro elettrodo fabbricato su misura con un elettrodo standard del settore in un bagno salino, dove sono stati riscontrati alti livelli di concordanza del segnale (seno [correlazione intraclasse - ICC= 0,993], quadrato [ICC = 0,995], triangolo [ICC = 0,958]) e sincronia temporale (seno [r = 0,987], quadrato [r = 0,990], triangolo [r = 0,931]) in tutte le forme d'onda. Bassi livelli di impedenza degli elettrodi sono stati quantificati anche tramite spettroscopia di impedenza elettrochimica.

È stata inoltre condotta una valutazione delle prestazioni in vivo in cui il muscolo vasto laterale di un ratto è stato strumentato chirurgicamente con l'elettrodo fabbricato su misura e la segnalazione è stata acquisita durante la camminata in salita e in discesa. Come previsto, il picco di attività EMG è stato significativamente inferiore durante la camminata in discesa (0,008 ± 0,005 mV) rispetto alla salita (0,031 ± 0,180 mV, p = 0,005), supportando la validità del dispositivo. L'affidabilità e la biocompatibilità del dispositivo sono state supportate anche da una segnalazione costante durante la camminata a livello a 14 giorni e 56 giorni dopo l'impianto (0,01 ± 0,007 mV, 0,012 ± 0,007 mV rispettivamente; p > 0,05) e dall'assenza di infiammazione istologica. Collettivamente, forniamo un flusso di lavoro aggiornato per la fabbricazione e il collaudo di elettrodi epimisici a basso costo.

Introduction

L'elettromiografia (EMG) è un potente strumento per studiare l'attività elettrica del muscolo. Le registrazioni EMG possono essere particolarmente utili nei modelli animali preclinici per valutare l'efficacia degli interventi per il trattamento della disfunzione neuromuscolare. In questi modelli, gli elettrodi biocompatibili impiantabili sono comunemente usati per valutare l'interfaccia neurofisiologica tra motoneuroni e fibre muscolari. Questi elettrodi impiantabili possono fornire misurazioni localizzate dell'eccitazione muscolare e possono essere diversi in termini di configurazione, forma e materiale, con il design ottimale dettat....

Protocol

La procedura in vivo è stata condotta sotto l'approvazione dell'Institutional Animal Care & Use Committee dell'Università del Michigan (IACUC approval #PRO00010765) e in conformità con le linee guida del National Institutes of Health sulla cura e l'uso degli animali da laboratorio.

1. Approvvigionamento e fabbricazione di elettrodi

NOTA: La Figura 1 fornisce un riepilogo di alto livell.......

Representative Results

Prestazioni ex vivo
Gli ICC hanno rivelato alti livelli di accordo tra gli elettrodi fabbricati su misura e quelli standard del settore in tutte le forme d'onda (seno [ICC = 0,993], quadrato [ICC = 0,995], triangolo [ICC = 0,958]; p < 0,001). I grafici di Bland-Altman hanno anche rivelato un alto grado di accordo del segnale tra gli elettrodi. I grafici di Bland Altman e le correlazioni di Pearson sono riassunte nella Figura 3 co.......

Discussion

Il nostro obiettivo era quello di semplificare il processo di fabbricazione EMG, consentendo una più ampia adozione e implementazione di design di elettrodi epimisiali, promuovendo così l'accessibilità e facendo progredire la ricerca neuromuscolare. A tal fine, presentiamo una guida di facile utilizzo per l'approvvigionamento, la fabbricazione e il test di elettrodi epimisici a basso costo in-house. Nella speranza di supportare altri gruppi di ricerca, forniamo anche modelli di stampa.......

Acknowledgements

Questo lavoro è stato sostenuto dal National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases Grant R01AR081235 (a L. K. Lepley). Gli autori ringraziano le seguenti persone per il loro contributo alla fabbricazione e al collaudo del nostro elettrodo biocompatibile: Joel Pingel, Grant Gueller, Akhil Ramesh, Joe Letner, Jacky Tian e Ross Brancati.

....

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Electrode Materials
         Quantity & price per electrode
Contact surfacePrince and Izant PT90/IR10 1.25 mm x 5 mm foilCatalog #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 #793500Dependent 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)
NANA
Sealant for electrode bodyNusil Med-1137 liquid siliconeCatalog #MED-11371 gram
$344.66 per 2 oz. (59.15 mL)
$5.83 per electrode
Silicone baseImplantech Alliedsil Silicone Sheeting-Reinforced, Long Term Implantable (8” x 6”) .007 thickCatalog #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 mixtureToluene 99.5% ACS Reagent 500mL or Xylene ACS 99.5%Catalog #179418-500 ML0.75 mL
$25.53 per 500 mL
$0.38 per electrode
Template for perforating silicone baseCutting jig – 3D printed
(see CAD file)
NANA
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 bathUltrasonic bath (CPX Series Ultrasonic Bath, Fisherbrand). 15-337-403NA
Ex Vivo Testing Materials 
         Quantity & price per electrode
Data acquisition platform and softwareDigitalLynx 4sX Base Cheetah version 6.0 (Neuralynx Inc.) NAEMG acquisition hardware and software
Electrode interface board (EIB)EIB, EIB16-QC, Neuralynx Inc.31-0603-0007NA
Signal generator5 MHz Function Generator, B&K Precision  4005DDS220V$387.46
PotentiostatPGSTAT1 potentiostat (EcoChemie, Utrecht, Netherlands)NANA
Stainless steel screwFine Science Tools19010-00$98
Ex Vivo Testing Materials 
         Quantity & price per electrode
Rodent treadmill Exer 3/6 Open Treadmill, Columbus InstrumentsNANA
Dental cementExcel Formula® Pourable Dental Material, St. George Technology Inc.#24211$125.60
Light microscopeKeyence BZ-X800, Keyence Corporation, Osaka, Japan NANA
Motion capture systemOptitrack Color Camera, Optitrack, NaturalPoint Inc.NANA
Peak detection algorithm“SciPy.signal.find_peaks - SciPy v1.8.1 Manual”, 2022NANA
Python softwarePython Software Foundation. Python Language Reference, version 3.9. Available at http://www.python.orgNANA
RatHsdBlu: LE, Envigo140NA
Statistical sotwareGraphPad Prism version 10.0.0 (GraphPad Software, Boston, Massachusetts USA)NANA

References

  1. Grandjean, P. A., Mortimer, J. T. Recruitment properties of monopolar and bipolar epimysial electrodes. Ann. Biomed. Eng. 14 (1), 53-66 (1986).
  2. Memberg, W. D., Stage, T. G., Kirsch, R. F. A fully implanted....

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Parole chiave A basso costoEpimisialeElettromiografiaElettrodoFabbricazioneTestEMGImpiantabilePlatino iridioSiliconeAcciaio inossidabileEx vivoIn vivoImpedenzaBiocompatibilitVasto lateraleRatto

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