2025年1月24日
本研究概述了一种新型兔用连续脑电图/心电图记录系统的设计、制造及植入方案。该有线系统可通过头胸部九个独立电极实现连续的脑电图/心电图记录,从而全面评估脑部与心脏的电活动。
通过连续的脑电图(EEG)和心电图(ECG)记录,本研究旨在同时监测大脑和心脏的电活动。这为我们提供了一个平台,用以研究围绕心律失常、癫痫发作以及最终导致猝死的多系统级联事件。该记录系统可在多种生理状态下及罕见发作性事件期间,对多只未束缚的家兔进行全天24小时的脑电图和心电图采集。
它支持无需直接监管的连续记录,成本低廉,可直接向研究人员提供即时数据,且无需更换第三方拥有的电池。该系统开发了一套定制的、有线连接的记录装置,以方便兔子在其自然饲养环境中自由活动。导线经过封装处理,以防止被咬损。
因此,通过将导线束和电极经皮下隧道化布设,可在多种生理状态下实现连续记录。利用本系统,我们获得了大量高质量数据,可用于研究脑和心脏异常电活动的发生率、发生基质及触发因素。同时,该系统还使我们能够评估脑电图(EEG)与心电图(ECG)异常之间的一致性,而这种一致性可能与猝死相关。
首先,取来与端口配套的插头,其旋转固定端两侧各有九根已预先连接的导线。使用剪线钳将插头较小旋转端的导线剪至五厘米长,并将导线末端的绝缘涂层剥去五毫米。将一段两厘米长的小型热缩管套在配套插头的每根导线上。
彻底焊好导线。每根导线均需将热缩管套在焊点连接处,然后使用热风枪加热热缩管,使其牢固地固定到位。
然后将一段较长的大号热缩管穿过插头,滑动使其覆盖整个线束的长度。在较大的旋转接头一侧,使用剥线钳从每根导线的末端剥去5毫米的绝缘层,并将一段长度超过45厘米的金属护套滑过线束。接下来,将旋转接头较大一侧的导线连接到已切断的电极导线上。
在每个连接处套上小段热缩管,并使用热风枪将热缩管固定到位。然后将金属护套滑过新连接的导线和旋转接头。拉伸金属护套后,在尼龙护套上标记相应位置作为参考。
然后将一段长1厘米、外径15毫米的橡胶管滑过尼龙护套和导线束。将一段长3厘米的大号热缩管套在橡胶管上并固定。在距插头20厘米和24厘米处的未拉伸金属护套上,各套入一段长1厘米的热缩管。
首先,准备好该操作所需的所有导线束。将麻醉后的兔子放置到位后,使用无菌标记笔在其预期的心电图(ECG)电极放置位置做四个小标记。在兔子的右侧 flank 区做一条 2.5 至 3.5 厘米长的纵向切口。
使用止血钳向腹侧进行分离,以创建一个皮下囊袋,确保该囊袋延伸至四个标记位置。使用3-0单股缝线的非针端,在心电图电极基部打三组外科结。将连接心电图电极的针穿过皮下囊袋,并从相应的标记位置穿出。
施加轻柔牵引力,将心电图电极置于标记位置。解除牵引后触诊该区域,确认电极保持在原位。为固定电极,使用3-0单股缝线和缝针穿过电极出口处附近的兔皮肤进行缝合固定。
将缝线部分穿过皮肤,并打一个标准的外科结。从兔子侧腹部的切口开始,钝性分离至肩胛骨下角,然后继续分离至头部基底。将兔子转为俯卧位后,使用无菌标记笔在其头部预定的脑电图(EEG)电极放置位置标记五个小点。
在双耳基部前侧之间做一长约1.5厘米的横向小切口。从切口处向头侧和尾侧钝性分离,直至形成一个皮下囊袋。在侧腹部切口处插入大型镊子,然后张开镊子,提起标记为造口位置的皮肤。
使用6毫米环钻活检工具在标记位置打一个圆形孔。用塑料或橡胶覆盖导线塞后,将端口的塞子一侧穿过环钻活检所形成的孔。接着,将皮肤向下按压至端口底部,使其绷紧。
将橡胶垫圈置于端口上方,向下按压直至其与皮肤表面平齐。将多余的导线塞入背部和侧腹的皮下囊袋中。然后轻柔地将皮肤对合,使用单纯间断缝合法关闭所有切口部位。
将丙烯酸混合物涂抹于端口外侧,形成一个小圆顶,使端口部位与皮肤密封。待丙烯酸固化后,在兔侧腹切口处覆盖无菌纱布,并用兽用包裹带 loosely 缠绕兔子。将导线束穿过兔笼顶部中央的孔洞。
将DIN连接器插入相应的监测设备,并在笼子内部顶部靠近线束穿孔的位置固定一根卷收电缆。拉出卷收电缆末端带塑料夹的导线,将该夹子夹在线束上两段热缩管之间的位置。最后,将线束上的插头与兔子背部的插头连接,并记录监测设备的信号。
使用长期植入的电极,从一只三个月大的兔子身上记录到了稳定的脑电图(EEG)和心电图(ECG)信号,电极位置保持良好,未出现排异或感染。心率变异性及心脏指标的高分辨率数据显示出每30分钟一个周期的节律变化。在兔子理毛行为期间采集到的EEG和ECG信号表现出良好的信号稳定性,尽管存在动物活动,仍保持了高质量的信号,可用于分析。
给予促惊厥药物后,在枕部脑电图导联中诱导出明显的θ节律爆发,同时记录到正常的窦性心律心电图信号。较高剂量的促惊厥药物引发癫痫发作,脑电图显示发作前θ节律爆发、慢性伪迹以及发作期强直相信号。心电图在发作期强直相期间表现出提示缺氧的T波异常,发作结束后恢复至发作前正常状态。
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本研究介绍了一种专为兔子设计的连续脑电图(EEG)/心电图(ECG)记录系统的方案,可实现脑部与心脏活动的同步监测。该系统能够在无需直接监管的情况下,对电生理活动进行全面评估。
在无束缚的临床前模型中进行持续、高保真的脑电图(EEG)/心电图(ECG)监测,能够全面评估多系统电生理事件,支持对癫痫发作、心律失常及猝死机制的转化研究。该可靠平台可提高与疾病相关模型的预测可信度,并在关键的发现阶段和临床前转折点提供机制性风险评估依据。该方法通过生成可扩展、可重复的数据集,支持企业研发部门对神经和心脏相关风险进行跨职能评估。
该连续监测方案通过在无束缚动物模型中实现不间断、高分辨率的数据采集,连接了早期发现、先导物识别和临床前验证。