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Nosso objetivo era fornecer um guia atualizado e fácil de seguir sobre a fabricação e teste de eletrodos de eletromiografia epimísia. Para esse fim, fornecemos instruções para o fornecimento de materiais e um passo a passo detalhado do processo de fabricação e teste.
A eletromiografia (EMG) é uma ferramenta diagnóstica valiosa para detectar anormalidades neuromusculares. Eletrodos epimísios implantáveis são comumente usados para medir sinais EMG em modelos pré-clínicos. Embora existam recursos clássicos que descrevem os princípios da fabricação de eletrodos epimísios, há uma escassez de informações ilustrativas que traduzem a teoria dos eletrodos para a prática. Para remediar isso, fornecemos um guia atualizado e fácil de seguir sobre como fabricar e testar um eletrodo epimísio de baixo custo.
Os eletrodos foram feitos dobrando e inserindo duas folhas de platina-irídio em uma base de silicone pré-cortada para formar as superfícies de contato. Em seguida, fios de aço inoxidável revestidos foram soldados a cada superfície de contato para formar os fios do eletrodo. Por fim, uma mistura de silicone foi usada para selar o eletrodo. Testes ex vivo foram conduzidos para comparar nosso eletrodo fabricado sob medida com um eletrodo padrão da indústria em um banho salino, onde altos níveis de concordância de sinal (seno [correlação intraclasse - ICC = 0,993], quadrado [ICC = 0,995], triângulo [ICC = 0,958]) e sincronia temporal (seno [r = 0,987], quadrado [r = 0,990], triângulo [r = 0,931]) foram encontrados em todas as formas de onda. Baixos níveis de impedância do eletrodo também foram quantificados por espectroscopia de impedância eletroquímica.
Uma avaliação de desempenho in vivo também foi realizada onde o músculo vasto lateral de um rato foi instrumentado cirurgicamente com o eletrodo fabricado sob medida e a sinalização foi adquirida durante a caminhada em subidas e descidas. Como esperado, o pico de atividade EMG foi significativamente menor durante a descida (0,008 ± 0,005 mV) do que em subidas (0,031 ± 0,180 mV, p = 0,005), apoiando a validade do dispositivo. A confiabilidade e a biocompatibilidade do dispositivo também foram apoiadas pela sinalização consistente durante a caminhada nivelada aos 14 dias e 56 dias após o implante (0,01 ± 0,007 mV, 0,012 ± 0,007 mV, respectivamente; p > 0,05) e a ausência de inflamação histológica. Coletivamente, fornecemos um fluxo de trabalho atualizado para a fabricação e teste de eletrodos epimísios de baixo custo.
A eletromiografia (EMG) é uma ferramenta poderosa para estudar a atividade elétrica do músculo. Os registros EMG podem ser especialmente úteis em modelos animais pré-clínicos para avaliar a eficácia das intervenções para tratar a disfunção neuromuscular. Nesses modelos, eletrodos biocompatíveis implantáveis são comumente usados para avaliar a interface neurofisiológica entre neurônios motores e fibras musculares. Esses eletrodos implantáveis podem fornecer medições localizadas de excitação muscular e podem ser diversos em termos de configuração, forma e material, com o design ideal ditado pela localização e uso pretendido.
O procedimento in vivo foi conduzido sob a aprovação do Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Universidade de Michigan (#PRO00010765 de aprovação da IACUC) e de acordo com as diretrizes do National Institutes of Health sobre o cuidado e uso de animais de laboratório.
1. Fornecimento e fabricação de eletrodos
NOTA: A Figura 1 fornece um resumo de alto nível de todas.......
Desempenho ex vivo
Os ICCs revelaram altos níveis de concordância entre os eletrodos fabricados sob medida e os padrões da indústria em todas as formas de onda (seno [ICC = 0,993], quadrado [ICC = 0,995], triângulo [ICC = 0,958]; p < 0,001). Os gráficos de Bland-Altman também revelaram um alto grau de concordância de sinal entre os eletrodos. Os gráficos de Bland Altman e as correlações de Pearson estão resumidos na Figura 3
Nosso objetivo era agilizar o processo de fabricação de EMG, permitindo uma adoção e implementação mais amplas de projetos de eletrodos epimísios, promovendo assim a acessibilidade e avançando na pesquisa neuromuscular. Para isso, apresentamos um guia fácil de usar para fornecimento, fabricação e teste de eletrodos epimísios de baixo custo internamente. Na esperança de apoiar outros grupos de pesquisa, também fornecemos modelos suplementares de impressão 3D para facilitar .......
Este trabalho foi apoiado pelo Instituto Nacional de Artrite e Doenças Musculoesqueléticas e de Pele Grant R01AR081235 (para LK Lepley). Os autores agradecem aos seguintes indivíduos por sua contribuição para a fabricação e teste de nosso eletrodo biocompatível: Joel Pingel, Grant Gueller, Akhil Ramesh, Joe Letner, Jacky Tian e Ross Brancati.
....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 |
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