Desenvolvimento de um eletrodo de eletromiografia epimísia de baixo custo: um fluxo de trabalho simplificado para fabricação e teste

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Protocol

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.......

Discussion

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 .......

Materials

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