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方法文章

用于个性化康复中唇部肌电图与压力同步监测的激光诱导石墨烯-聚酰亚胺薄膜传感器

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DOI：

10.3791/70306

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2026年4月30日

 , 
1Department of Prosthodontics and Orthodontics, Shanghai Jiading District Dental Disease Prevention and Control Institute, 2Department of Orthodontics, Shanghai Ninth People's Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, 3College of Stomatology, Shanghai Jiao Tong University, 4National Center for Stomatology, National Clinical Research Center for Oral Diseases, Shanghai Key Laboratory of Stomatology

本文内容

摘要

本方案描述了一种柔性PI/LIG传感器的制备、校准及使用方法，用于在标准化唇部任务期间同步测量口周肌电图（OOM-EMG）、唇闭合压力和口腔内压力，重点通过接受标准、防潮封装、设备特异性校准、标准化放置、同步采集以及预定义的数据处理和质量控制规则来确保实验的可重复性。

摘要

同步量化口周肌肉激活与唇部相关压力可为口面部功能的客观评估提供支持，然而传统测量通常使用独立的传感器，在动态任务中难以实现同步。本文介绍了一种可重复的实验方案，用于同步记录口轮匝肌肌电图（OOM-EMG）、唇闭合压力（LP）和口腔内压力（IP），所用传感器基于柔性聚酰亚胺（PI）薄膜，集成激光诱导石墨烯（LIG）电极及一体化压力耦合垫。该方案明确了激光图形化加工的预设电学性能验收标准、适用于短时测量的选择性封装方法、针对具体设备的电压-压力转换标定流程、口周与口腔内接口的标准解剖定位标志、标准化任务组合（唇闭合、吹气和吸气）、同步采集要求，以及核心信号处理与试验质量控制规则。在120名健康成人中的代表性记录显示，在标准化条件下可实现多模态信号的同步采集；由PI/LIG获得的肌电信号与传统表面肌电信号呈中等程度相关性（女性 r = 0.65；男性 r = 0.68），且在同一任务时间段内，LP与IP高度相关（r = 0.90）。本文所提供的方法为在受控研究环境中开展多模态口周测量提供了端到端、面向可重复性的操作流程；未来研究应进一步评估该方法在患者群体中的有效性，以及在长期口腔湿润环境暴露和反复机械形变下的耐久性。

引言

口轮匝肌在言语构音、吞咽、面部表情和口腔功能中起着基础性作用。神经系统疾病、脑卒中以及颌面部手术干预可能破坏这些功能，导致临床上显著的交流与进食障碍，并降低生活质量1。因此，对口周肌肉激活及其产生的力或压力进行客观量化，对于功能评估和康复方案制定具有重要价值。特别是同步测量口轮匝肌肌电图（OOM-EMG）、闭唇压（LP）和口腔内压力（IP），可从多个互补的角度揭示神经激活如何转化为治疗及疗效监测中常用行为任务相关的压力输出2。

然而，这些信号的同步采集在技术和操作上仍然具有挑战性。在许多实验室和临床研究环境中，肌电图（EMG）和压力测量被实施为相互独立的子系统，这增加了准备工作的负担，并在短暂且动态的任务中使时间对齐更容易出错3。口周肌电图尤其容易受到运动伪影和界面不稳定性的影响，而口周及口腔环境中的湿气可能抬高基线噪声，降低有效的信噪比，从而影响跨会话数据的可比性4。压力测量引入了额外的敏感性问题，因为固定方式和局部接触力学特性可能改变测量到的信号幅度，而刚性传感器可能在重复试验或较长时间的记录过程中降低受试者的耐受性5。这些限制因素共同导致同步化、与任务对齐的口周肌电图与唇部相关压力监测在专门化工作流程之外难以常规应用6,7。

柔性聚酰亚胺（PI）薄膜因其厚度薄、可贴合、化学稳定性好，并且在生物医学接口中广泛应用，为口周传感提供了实用的基底。通过激光诱导在PI上直接生成石墨烯（LIG），可形成多孔导电网络，作为无需笨重外壳的共形电极使用8,9。在同一个PI基底上集成LIG电极与压力耦合结构，能够在最小化唇部附加质量的同时，实现口周肌电（OOM-EMG）信号记录与唇表面压力传感的共定位检测。当结合明确的制备验收标准、防潮封装、标准化放置标记以及固定的实验任务时序定义时，此类集成可提高多模态口周信号记录在不同操作者和实验场所之间结果的可重复性与可解释性10,11。

本文介绍了一种可重复的实验方案，用于制备、校准和使用PI/LIG复合传感器，以在标准化唇部任务期间同步记录口周肌电图（OOM-EMG）、唇压（LP）和口内压（IP）。该方案强调了面向重复性的各项细节，涵盖器件制备与质量验收检查、针对电压-压力转换的设备特异性台面校准、标准化的传感器放置与卫生操作流程、同步采集要求，以及预定义的信号处理和试验剔除规则。文中提供了健康成人的代表性记录数据，以展示在标准化条件下短时间实验的可行性；而针对患者的验证，以及在持续口腔湿润环境和反复机械形变条件下的长期耐久性，仍需未来进一步研究，不宜从当前数据集中推断得出12。

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方案

本研究经上海交通大学伦理委员会批准，并遵循其伦理指南进行。在研究开始前，已从每位参与者处获得书面知情同意书。

1. 伦理与知情同意

  1. 在入组前获得机构伦理批准，并记录方案编号和批准日期以供报告。
  2. 从每位参与者处获得书面知情同意书。记录同意书的版本号和日期。

2. PI/LIG 传感元件的制备

  1. 将聚酰亚胺薄膜裁剪至目标尺寸。使用厚度为 25 µm 或 50 µm 的薄膜。使用千分尺验证厚度（公差 ±1 µm），并记录批次编号。
    注意：确保同一批次内厚度一致。若使用两种不同厚度，需对每个器件单独校准（步骤 4.2），且不得跨器件混用校准系数。
  2. 在聚酰亚胺薄膜上通过激光诱导生成石墨烯（LIG），形成两个口轮匝肌 EMG 电极和一个中央压力耦合垫。对于 CO2 激光器（10.6 µm），设置工作表面平均功率为 4.0 W，扫描速度为 150 mm/s，填充间距为 50 µm（约 508 dpi），进行两次扫描，采用 +1.0 mm 离焦，并使用单向填充模式13。
    1. 仅接受满足以下所有标准的器件：(i) 肉眼观察呈均匀哑光黑色 LIG；(ii) 使用四探针法测得方阻为 20–60 Ω/□；(iii) 预设测量点之间的垫内变异系数 ≤15%；(iv) 在约 10× 放大下检查无大于 100 µm 的针孔14。
    2. 若使用不同的激光系统，需调整图案化参数直至满足步骤 2.2.1 的验收标准，并记录所用全部激光参数15。
      注意：在 表 1 中汇总激光图案化参数及批次级验收标准。
  3. 在去离子水中冲洗已图案化的薄膜 30 秒，避免摩擦 LIG 表面。再用异丙醇冲洗 30 秒。在无尘环境中至少风干 10 分钟。
  4. 对所有非接触区域进行封装，以防止湿气侵入并提高机械操作稳定性。在不直接接触皮肤或承受唇部表面载荷的区域涂覆医用级聚氨酯或聚二甲基硅氧烷（PDMS）层，目标干膜厚度为 10–30 µm。
    1. 在涂覆前对 EMG 接触垫和中央压力垫进行遮蔽，确保固化后这些传感界面完全暴露。固化后，目视确认封装膜连续完整，暴露垫周围边界清晰锐利，且在应力集中角落处无针孔、积液或边缘翘起（参见 图 1E-F 中代表性制造完成并选择性封装的器件）。
    2. 在引线与焊盘过渡处增加应变缓解结构，并布设引线路径，使最小弯曲半径 ≥3 mm，以降低操作和贴附过程中的应力集中16。
    3. 若使用 PDMS，应在同一批次内保持其配制和固化条件一致。涂覆前对 PDMS 脱气以去除夹带气泡，均匀涂覆后于 70 °C 下固化 30 分钟。固化后重新检查暴露垫的边界，确认传感区域无残留 PDMS 桥接。
      注意：同一批次内应尽可能始终使用同一种封装材料。若不同批次间更换了封装材料，则需对每批器件重复步骤 2.6 和 4.2 的验收检查。
  5. （可选）在压力垫上层压柔性膜以改善力传递。将硅胶膜（100–200 µm）居中覆盖于压力垫上，并仅在边缘处施加粘合剂固定。确保粘合剂不堵塞传感区域，且膜表面平整无褶皱。在约 10× 放大下检查，剔除存在明显堵塞或错位的器件。
    注意：若使用膜结构，应在同一坚固臂内的受试者中保持一致，并记录膜厚度及固定方法。
  6. 将成品器件储存在受控湿度环境中，并在使用前验证其电学稳定性。使用前将器件存放于干燥器中，温度 20–25 °C，相对湿度 ≤30%，最长可存放 7 天。
    1. 使用前立即在制造完成后所用的相同预设位置重新测量方阻。接受相对于制造后数值漂移 ≤5% 的器件；超出此阈值的器件不得用于受试者测试17。
  7. 短期湿度挑战测试以评估封装完整性（已执行）
    1. 将每个器件置于密封的湿度 chamber 中，在 85 ± 5% 相对湿度和 25 ± 2 °C 条件下放置 60 分钟，确保暴露的 EMG 垫和压力垫保持未覆盖状态18。
    2. 取出器件，在环境条件（20–25 °C，40–60% RH）下平衡 10 分钟。
    3. 在步骤 2.2.1 中使用的相同预设位置重新测量方阻。
    4. 通过标准定义为：相对于制造后数值，方阻漂移 ≤10%，且无可见的脱层、起泡或开裂现象19。
      注意：本研究中，共对 2 个批次的 n = 12 个器件进行了湿度挑战测试，平均漂移为 3.9 ± 1.8%（范围 1.1 至 8.6%），12/12 个器件均满足通过标准（补充表 1）。
  8. 循环弯曲耐久性测试以评估 LIG 脆性和漂移（已执行）
    1. 将每个器件安装在弯曲夹具上，反复弯曲至固定半径 5 mm，使图案化区域中心位于弯曲轴线上。
    2. 以 1 Hz 频率施加 1,000 次循环（每秒一次弯折-释放）20。
    3. 在基线（0 次循环）以及 100、500 和 1,000 次循环后测量方阻。
    4. 通过标准定义为：(i) 最终循环次数下方阻漂移 ≤15%；(ii) 各检查点之间无突发电阻跳跃 >30%；(iii) 在约 10× 放大下检查无可见裂纹或脱层21。
      注意：本研究中，共对 n = 12 个器件进行了弯曲测试，最终循环漂移为 6.2 ± 3.4%（范围 1.4 至 13.9%）。12/12 器件均未观察到突发电阻跳跃，且全部满足通过标准（补充表 1）。
    5. 若任一器件未通过标准，需重新制备 LIG 图案，修改应力集中边缘处的封装覆盖范围，并使用相同夹具半径和频率重复测试。
  9. 模拟唾液暴露及绝缘泄漏检查（已执行）
    1. 配制 pH 6.8–7.2 的模拟唾液溶液，并平衡至 37 °C。
    2. 使用可移除遮蔽物保护暴露的 EMG 垫和压力垫，仅使封装区域暴露于挑战环境。将器件在 37 °C 下浸没 60 分钟，同时轻柔搅拌（例如 60 rpm）22。
    3. 取出器件，用去离子水冲洗 10 秒，并在环境条件下风干 10 分钟。
    4. 在 10 VDC 下测量引线间绝缘电阻，并记录数值。
    5. 通过标准定义为：(i) 绝缘电阻 >20 MΩ；(ii) 相对于基线，方阻漂移 ≤10%；(iii) 在 30 秒台面记录期间无信号丢失或间歇性接触23。
      注意：本研究中，共对 n = 12 个器件进行了模拟唾液暴露测试。暴露后最低绝缘电阻为 64 MΩ，方阻漂移为 4.6 ± 2.1%（范围 0.9 至 9.2%）。所有器件均满足通过标准（12/12，补充表 1）。若绝缘电阻低于阈值，则不得用于受试者。应对疑似渗入区域重新封装，并重复步骤 2.9.1–2.9.6。在 补充表 1 中汇总所有 chamber 设定值、弯曲参数、暴露条件、样本量及漂移结果作为批次级元数据。如有需要，可在 补充表 2 中提供单个器件的漂移曲线。

3. 组装模块通道和参考通道

  1. 使用焊料或导电环氧树脂将柔性导线连接至LIG电极垫。若使用导电环氧树脂，需在80 °C下固化30分钟。
    1. 验证导线端到端电阻<50 Ω。将导线引至屏蔽连接器，并固定电缆以尽量减少对电极垫接口的拉扯。
  2. 准备参考通道。
    1. 准备用于记录口轮匝肌的常规表面肌电图电极。
    2. 使用测压管（外径2-3 mm）和压力传感器（量程±20 kPa；分辨率≤0.1 kPa）准备口腔内压力参考通道。
  3. 确认电路连通性与绝缘性。在10 VDC条件下测量导线间绝缘电阻，应>20 MΩ。记录通道映射信息。

4. 台式校准与安全检查

  1. 使用以下两种方法之一，在 100 Hz 下测量电极通路阻抗：(i) 在设置期间进行标准化的皮肤接触检查，或 (ii) 在所有设备上一致使用凝胶模体。接受阻抗 <10 kΩ 的通道，并记录阻抗值。
    1. （推荐检查）在完成任务测试后重新测量电极-皮肤阻抗，若阻抗相对于基线增加超过 >20%，则需重复电极放置。
  2. 使用 0 至 10 kPa 范围内的已知压力对压力垫和口内压力管路进行校准。
    1. 在 0、1、2、3、4、5、7.5 和 10 kPa 下施加压力，每步保持 3 秒。在受试者测试前重复该序列三次，测试后重复一次。
    2. 若使用水柱，通过以下公式将高度 h（cmH₂O）转换为 kPa：kPa = 0.0980665 × h。
    3. 拟合线性模型 kPa = a·V + b。校准需满足以下所有标准方可接受：R² ≥ 0.995，最大绝对残差 ≤ 0.2 kPa，实验前后斜率漂移 ≤ 满量程的 1%。
    4. 保存设备特异性的校准系数，用于离线电压到 kPa 的转换。
      注意：若未满足校准标准，则不得进行受试者测试。应重新制作或重新封装设备，并重复校准。在校准结果中，将代表性校准曲线与设备概述一并呈现在 图 1 中。
  3. 使用 70% 异丙醇对所有与皮肤接触的部件进行消毒。根据机构规定，对口内部件采用一次性使用或高水平消毒。记录所用消毒剂及其作用时间。
  4. 对暴露的 LIG 边缘进行修圆并封装，以避免擦伤。通过指尖 snag 测试确认无锐利边缘。
    注意：若发生 snag 现象，应立即重新封装或更换设备。

5. 准备受试者并放置传感器

  1. 筛选健康成年人并记录人口统计学信息，具体要求见表2。排除存在活动性口腔病灶或急性呼吸道疾病者。
  2. 让受试者直坐，背部有支撑，髋关节屈曲约90°，下颌处于中立位置。
  3. 用70%酒精棉片清洁上唇红缘区域。让皮肤自然风干至少30秒。
  4. 沿上唇轮匝肌放置PI/LIG肌电图（EMG）电极。
    1. 将电极对平行于上唇红缘排列，并将电极阵列中心对准面部正中线。电极中心间距设为11 ± 1 mm，并确保两个接触垫平整贴合，无皱褶或边缘翘起。
    2. 将参考电极置于同侧脸颊的低运动区域，接地电极置于前臂。
    3. 通过短暂的闭唇练习确认接触稳定：电极-皮肤界面在整个过程中保持完全粘附，导线应力释放装置不会牵拉电极接触面（参见图1G中的典型放置示意图）。
  5. 将压力传感器垫片固定于上唇正中。
    1. 定位压力耦合垫片，使其中心与人中正中线对齐，且垫片表面完全接触嘴唇，不延伸至皮肤表面。使用低致敏性外科胶带将垫片固定在设备边缘，避免胶带覆盖传感区域。
    2. 用手指施加约1–2 N的压力持续5秒，使垫片就位并消除微小间隙，然后目视确认完全接触（无可见苍白区域，胶带未"跨越"垫片表面）。若使用顺应性膜片，固定后应确保其居中且未被遮挡（图1G）。
  6. 插入口腔内压力导管并固定导管线路。
    1. 将导管从闭合的嘴唇中央插入，深度为10–15 mm，确保导管不接触牙齿边缘，且在唇缘处无锐角弯曲。确认受试者舒适且呼吸通畅。
    2. 在记录前立即于大气压下对压力换能器调零，并在固定后重新检查基线。
    3. 用胶带将导管线路固定于脸颊，并向后走线以尽量减少任务过程中的运动传递；确保导管无张力，在提示时不会牵拉嘴唇（图1G）。
  7. 给予2–3分钟稳定时间。记录至少30秒的基线数据。
  8. 收集受试者报告的可用性和耐受性结果（已执行）。
    1. 完成全部任务测试（第6节）后，要求受试者使用0–10数字评分量表（0 = 最差/最困难，10 = 最佳/最容易）对以下项目进行评分：(i) PI/LIG唇部传感器的整体舒适度，(ii) 口腔内压力接口/导管的舒适度，(iii) 佩戴系统时完成标准化任务的难易程度，以及(iv) 是否愿意在未来再次接受该操作。
    2. 在标准化的单页表格中记录评分，并注明是否有任何不适导致实验暂停或终止（是/否）及主要原因（自由文本）。
  9. 记录操作者报告的准备时间（已执行）。
    1. 从皮肤准备开始时（步骤5.3）启动秒表，至所有通道获得稳定基线时停止计时（步骤5.7结束）。
    2. 记录每位受试者和操作者的准备时间（分钟）。如需重新放置设备，应包含额外时间并注明原因。
  10. 报告可用性项目及汇总结果。
    1. 在补充表3中提供可用性项目的准确措辞及评分锚点。
    2. 在补充表4中，按总体及性别分组，以中位数（四分位距，IQR）形式汇总受试者报告的可用性结果。使用相同统计方法和时间定义在图6或等效表格中汇总准备时间。
      注：若因不适导致任何实验终止，应记录终止时所处任务、受影响的接口（唇部传感器 vs 口腔内导管）以及是否发生不良事件。将这些事件纳入结果部分的安全性监测总结中。

6. 标准化任务并获取数据

  1. 使用 60 bpm 节拍器控制标准化的口头提示。每项任务先示范一次。
  2. 指导受试者在保持呼吸和下颌姿势一致的同时完成三项任务。
    1. 指导受试者紧闭双唇但不咬紧下颌（唇闭合）。
    2. 指导受试者通过缩唇产生正压（吹气）。
    3. 指导受试者通过类似吸管的接口产生负压（吸吮）。
  3. 每项任务记录五次试验，采用 3 秒激活和 10 秒休息的范式。使用拉丁方设计随机化不同受试者之间的任务顺序。
  4. 同步采集所有通道信号。肌电图采样率不低于 1 kHz，分辨率不低于 16 位；压力信号采样率不低于 100 Hz。应用适当的抗混叠滤波。若无硬件滤波器，则在奈奎斯特频率以下应用匹配的数字低通滤波器。在数据采集过程中标注伪迹（如言语、吞咽、咳嗽）。
  5. 预先规定用于相关性和一致性分析的终点指标，并准备同步的任务轨迹以验证时间同步性和通道对齐情况。
    注：在 图 2 中总结相关性/一致性分析结果，并在 图 3 中提供具有代表性的同步任务轨迹。

7. 信号处理与质量控制实施

  1. 使用零相位4阶巴特沃斯带通滤波器（20–450 Hz）对肌电信号进行滤波。根据当地市电频率，在50 Hz或60 Hz处应用陷波滤波器。对信号进行整流，并使用零相位4阶低通滤波器（8–10 Hz）计算线性包络。记录所选择的截止频率。
  2. 使用零相位四阶滤波器将压力信号以10-20 Hz进行低通滤波。利用步骤4.2中设备特定的校准系数将电压转换为kPa。
  3. 使用提示标记将肌电图包络与LP和IP对齐。验证峰值时间差异是否在±200 ms范围内。若错位超出容差范围，则使用互相关法重新对齐，并标记该次试验。
  4. 拒绝符合以下任一标准的试验：在3秒激活时间窗内，(i) 丢失或饱和信号累计达到 > 0.6 秒，(ii) 基线漂移超过 10 秒内基线 RMS 的 3 倍标准差，或 (iii) 出现包络尖峰的运动伪迹突发 > 休息期间基线的5个标准差。每个任务和每位参与者至少保留三个有效试验。
  5. 总结信号处理设置和质量控制阈值 表3.

8. 量化指标与统计分析

  1. 使用定义为3秒激活窗口中央2秒内EMG均方根（RMS）的试次级激活幅度，计算基于PI/LIG推导的EMG与传统EMG在参与者内部的皮尔逊相关系数。采用Fisher z变换报告r值及其95%置信区间。
  2. 使用相同的分析时间窗，按任务分别计算LP与IP之间的相关性。
  3. 采用Bland-Altman分析评估PI/LIG推导EMG与传统EMG幅度之间的一致性。将偏差定义为配对差值的均值，一致性界限定义为偏差±差值标准差的1.96倍。若检测到比例偏差（差值对均值回归的p < 0.05），则对对数转换后的幅度重复分析，并将界限反向转换。
  4. 若有重复测量区块，使用ICC(2,1)（双因素随机效应模型，绝对一致性，单次测量）估算EMG幅度和峰值压力的重测信度。报告ICC及其95%置信区间。
    注意：若无重复测量区块，应省略ICC分析，并在结果部分明确说明。
  5. 绘制负荷-力时程图以展示任务动态特征及性别组间比较，并在图4中总结这些时域特征曲线。
  6. 计算以分贝为单位的信噪比：SNR_dB = 20·log10(RMS_active/RMS_baseline)，其中RMS_active取自激活期中央2秒，RMS_baseline取自提示前1秒静息期。汇总SNR分布情况，并在图5中包含一个典型的噪声过大或失败示例，以说明排除标准。
  7. 在每位参与者的汇总指标上比较女性与男性（例如峰值唇压、EMG RMS和SNR）。使用Shapiro-Wilk检验正态性。对于符合正态分布的数据采用Welch t检验，否则使用Mann-Whitney U检验。设定双侧α = 0.05。报告精确p值，并对三项按任务进行的比较应用Holm-Bonferroni校正。使用跨操作者一致的时间定义进行设置时间比较，并在图6中进行总结。

9. 常见问题的故障排除

  1. 为解决肌电图信噪比低的问题，需重新准备并彻底干燥皮肤，重新安放电极，确保间距为11 ± 1 mm，确认阻抗<10 kΩ，优化电缆屏蔽，并在重复单次试验前验证滤波器设置。
  2. 为纠正压力响应不足的问题，需重新按压传感器垫片以确保充分接触（1–2 N，持续5秒），去除跨越垫片的胶带褶皱，并重复校准以满足步骤4.2的验收标准。
  3. 为解决口腔内压力漂移问题，需排除气泡，重新插入导管至10–15 mm深度，并在每次实验区块前重新调零传感器。
  4. 为减少运动伪影，需预先练习提示信号，必要时将试验间休息时间延长至15秒，并标记受污染的时间段以供排除。
  5. 使用表4中的标准化故障排查矩阵，记录故障模式、纠正措施及验证检查结果。

10. 安全、卫生与废弃物处理

  1. 使用一次性口内接口，并根据机构规定将其作为生物危害废物处理。
  2. 在不同受试者之间对可重复使用的持握装置和导联进行消毒。记录所用消毒剂及作用时间。
  3. 监测皮肤刺激或不适情况。若发生不良事件，应立即终止实验，并记录事件详情以供伦理审查委员会（IRB）报告。

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结果

设备概述与校准
设备结构、放置方式及台面校准流程详见图1。该模块在柔性聚酰亚胺（PI）基底上集成了两个共定位的激光诱导石墨烯（LIG）电极，用于口轮匝肌肌电图（OOM-EMG）检测，并在上唇表面设置一个中央压力耦合垫，另配有独立的口腔内导管用于测量口腔内压力（IP）。文中展示了激光图案化后所制设备的代表性图像、选择性封装后暴露接触区域的设备图像，以及标准化的唇部放置配置图像，以记录本研究中所采用的物理实现方式（图1E-G）。根据方案中预先指定的程序，在0–10 kPa范围内进行了台面校准。在全部12个设备中，电压-压力线性拟合均满足验收标准（R² ≥ 0.995；最大绝对残差 ≤ 0.2 kPa；会话前后斜率漂移 ≤ 满量程的1%），实测R²范围为0.9964–0.9998，最大绝对残差为0.050–0.164 kPa，斜率漂移为0.00–0.87%。后续分析中采用各设备特异性的校准系数，将压力通道电压转换为k...

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讨论

本文报道了一种端到端的实验方案，用于同步监测眼轮匝肌肌电图（OOM-EMG）、唇闭合压力（LP）和口腔内压力（IP），该方案采用一种柔性的聚酰亚胺/激光诱导石墨烯（PI/LIG）复合传感器，并结合标准化的数据采集与处理流程。该工作流程的可重复性依赖于若干关键步骤，这些步骤决定了不同操作者和不同实验会话之间的记录数据是否具有可比性。首先，传感器制备必须满足预先规定的LIG图形化电学验收标准（例如方块电阻范围及焊盘内变异性），因为电极不均匀性可能传导至电极-皮肤阻抗、基线噪声以及后续的包络线/均方根特征中24。其次，选择性封装必须在保护非接触区域的同时，维持稳定的电极-皮肤界面和压力耦合界面：封装不完全可能增加由湿气引起的漂移，而过度涂层或刚性过高则可能削弱压力传感垫处的力传递25。第三，必须采用标准化的放置定位标志和时间窗口，以确保肌电图和压力特征是从一致的激活时段中提取，而非混杂了基线、过渡期和伪迹的片段26。最后，在0–10 kPa范围内的台式校准程序是定义本协议的关键步骤，因为它生成设备特异...

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
酒精消毒片Dynarex111370% 异丙醇消毒垫；电极放置前的皮肤清洁
BNC终端接线块国家仪器公司BNC-2110 使用NI屏蔽电缆连接DAQ；用于模拟输入的接线端或连接
CO2 激光雕刻/切割系统通用激光系统VLS 3.50（CO2)任何 CO2 如果满足表1中的验收标准，则激光系统可接受；记录所使用的激光器型号/设置；在PI上进行LIG图案化（10.6 μm 类
导电环氧树脂（银）MG Chemicals8331固化条件应与所采用的工作流程相匹配；引线连接至LIG焊盘（可选，作为焊料的替代方法）
数据采集设备国家仪器公司USB-6343任何满足采样率/分辨率要求的数据采集设备均可使用；需记录所用设备的具体型号；同步多通道记录（肌电图，EMG） ≥1 kHz；压力 ≥100 Hz
去离子水Fisher Scientific实验室级去离子水可接受等效的实验室去离子水；图案化后冲洗
干燥器卡特尔554（真空干燥器，250 mm）任何密封的干燥器加干燥剂均可接受；记录储存的相对湿度及持续时间；干燥储存（相对湿度 ≤30%）用于成品器件
EMG一次性表面电极AmbuBlueSensor N (N-00-S/25)可接受等效的预凝胶Ag/AgCl肌电图电极；参考电极置于口轮匝肌
四探针系统Ossila四探针系统（T2001A5）任何四探针系统均可接受；记录探针间距/测量点；方块电阻（Ω/<图像替代文本"公式 1" src="/files/ftp_upload/70306/70306eq1.jpg" 样式="margin: auto;"/>筛选
低致敏性手术胶带SolventumMicropore 外科手术胶带 1530（产品编号 7100273771）可接受等效的低致敏性外科胶带；将压力垫固定于上唇正中位置
异丙醇（IPA） ≥99%默克（Sigma-Aldrich）190764-500ML记录供应商和批号至实验记录本；图案化后冲洗；常规清洗
测压/压力导管线KRUUSE饲管，8 Fr（230811）任何符合外径和安全要求的导管/管路均可使用；需记录所用具体型号；口内压（IP）管路，外径约2–3 mm
节拍器KorgMA-2若记录在案（设备及应用程序名称/版本），可使用基于应用程序的节拍器；提示节律（60 bpm）
微米器Mitutoyo293-340-30 (0–25 mm任何满足分辨率要求的千分尺均可使用；验证PI厚度（±1 μm 耐受性
聚酰亚胺薄膜（25 μm)默克（Sigma-Aldrich）GF596270090.025 mm 厚度；记录批号；每批内保持厚度一致；PI/LIG 器件基底
聚酰亚胺薄膜（50 μm)Goodfellow10001067860.05 mm 厚度；记录批号；不同设备间的校准系数不得混用；PI/LIG 设备用基底
压力传感器（USB输出）欧米茄工程公司PX409-USBH 系列选择覆盖范围 ±20 kPa 要求；记录所用设备的精确范围/型号；IP 测量（分辨率 ≤建议使用 0.1 kPa
屏蔽电缆（68针）国家仪器公司SHC68-68-EPM与NI BNC-2110配合使用以实现屏蔽连接；DAQ连接（USB-6343至接线端子块）
硅胶弹性体薄膜（隔膜）Goodfellow硅胶弹性体薄膜 0.125 mm（货号 1000181130）可选；若使用，需保持一致，并记录厚度/固定方法；可选合规隔膜（100–200 μm)
硅弹性体试剂盒（PDMS）道SYLGARD 184 试剂盒同一批次内需保持一致；记录混合比例和固化条件；封装（目标干膜厚度10）–30 μm)
焊锡丝Kester24-6337-0027（Sn63/Pb37，松香芯，0.031 英寸）若使用无铅焊料，需记录合金和助焊剂类型；若采用焊接方式，则记录铅附着情况
软件（信号处理）Python 软件基金会Python 3.x + NumPy/SciPy/Matplotlib在方法或补充方法中记录 Python 及相关软件包的精确版本；过滤、同步、统计分析、绘图

参考文献

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