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In This Article

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

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.......

Representative Results

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

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 .......

Disclosures

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes conhecidos ou relacionamentos pessoais que possam ter influenciado o trabalho relatado neste artigo.

Acknowledgements

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.

....

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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