Artículo de método

Sensor de película de grafeno-poliimida inducido por láser para electromiografía labal simultánea y monitorización de presión en rehabilitación personalizada

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DOI:

10.3791/70306

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30 de abril de 2026

 , 
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

En este artículo

Resumen

Este protocolo describe la fabricación, calibración y uso de un sensor PI/LIG flexible para medir síncronamente OOM-EMG, presión de cierre de labios y presión intraoral durante tareas estandarizadas de labios, enfatizando la reproducibilidad mediante criterios de aceptación, encapsulación de mitigación de humedad, calibración específica del dispositivo, colocación estandarizada, adquisición sincronizada y reglas predefinidas de procesamiento y control de calidad.

Resumen

La cuantificación simultánea de la activación del músculo perioral y las presiones relacionadas con los labios puede apoyar la evaluación objetiva de la función orofacial, aunque las mediciones convencionales suelen realizarse con sensores separados que son difíciles de sincronizar durante tareas dinámicas. Aquí presentamos un protocolo reproducible para el registro sincronizado de la electromiografía del orbicular oris (OOM-EMG), la presión de cierre del labio (PL) y la presión intraoral (IP) utilizando un sensor compuesto flexible basado en película de poliimida (PI) con electrodos de grafeno inducido por láser (LIG) y una almohadilla integrada de acoplamiento de presión. El protocolo especifica el patrón láser con criterios de aceptación eléctrica predefinidos, encapsulación selectiva destinada a mediciones de corta duración, calibración de banco para conversión de voltaje a presión específica del dispositivo, hitos anatómicos estandarizados para interfaces periorales e intraorales, una batería de tareas (cierre de labios, soplado y succión), requisitos de adquisición sincronizada y reglas básicas de procesamiento de señales y calidad de ensayo. Las grabaciones representativas en 120 adultos sanos demuestran captura multimodal sincronizada bajo condiciones estandarizadas, con EMG derivado de PI/LIG mostrando una asociación moderada con EMG superficial convencional (mujeres r = 0,65; hombres r = 0,68) y LP fuertemente acoplada con IP dentro de las mismas ventanas de tarea (r = 0,90). El artículo de este método ofrece un flujo de trabajo integral orientado a la replicación para la medición perioral multimodal en entornos de investigación supervisada; La validación en cohortes de pacientes y la durabilidad bajo exposición prolongada a humedad oral y deformación mecánica repetida deberían evaluarse en futuros estudios.

Introducción

Los músculos labiales son fundamentales para la articulación del habla, la deglución, la expresión facial y la competencia oral. Los trastornos neurológicos, el ictus y las intervenciones maxilofaciales pueden alterar estas funciones, lo que conduce a limitaciones clínicamente significativas en la comunicación y la alimentación, y reduce la calidadde vida 1. Por tanto, la cuantificación objetiva de la activación del músculo perioral junto con la generación de fuerza o presión es valiosa para la evaluación funcional y la planificación de la rehabilitación. En particular, la medición sincronizada de la electromiografía del orbicular oris (OOM-EMG), la presión de cierre de labios (PL) y la presión intraoral (IP) ofrece perspectivas complementarias sobre cómo la activación neuronal se traduce en la producción de presión relevante para la tarea durante comportamientos comúnmente utilizados en terapia y seguimientode resultados 2.

Sin embargo, la adquisición integrada de estas señales sigue siendo un desafío técnico y operativo. En muchos laboratorios y entornos de investigación clínica, las mediciones EMG y de presión se implementan como subsistemas separados, aumentando la carga de preparación y haciendo que la alineación temporal sea más propensa a errores durante tareas cortasy dinámicas 3. El EMG perioral es especialmente vulnerable a artefactos de movimiento e inestabilidad en la interfaz, y la humedad del ambiente perioral y oral puede elevar el ruido inicial, reduciendo la relación señal-ruido efectiva y complicando la comparabilidad entre sesiones4. Las mediciones de presión introducen sensibilidades adicionales, ya que la fijación y la mecánica de contacto local pueden alterar las amplitudes medidas, y los transductores rígidos pueden reducir la tolerabilidad durante ensayos repetidos o sesionesmás largas 5. En conjunto, estas restricciones limitan el uso rutinario de EMG perioral sincronizado y alineado con la tarea, así como de la monitorización de presión relacionada con labios fuera de flujos de trabajo especializados 6,7.

Las películas flexibles de poliimida (PI) proporcionan un sustrato práctico para la detección perioral porque son delgadas, conformables, químicamente estables y ampliamente utilizadas para interfaces biomédicas. El grafeno inducido por láser (LIG) desarrollado directamente sobre PI forma una red conductora porosa que puede funcionar como electrodo conforme sin alojamientosvoluminosos 8,9. La integración de electrodos LIG y una estructura de acoplamiento por presión sobre el mismo sustrato PI permite un registro OOM-EMG co-localizado y una detección de presión en la superficie del labio, minimizando la masa añadida en los labios. Cuando se combina con criterios explícitos de aceptación de la fabricación, encapsulación de mitigación de humedad, puntos de referencia estandarizados para la colocación y definiciones fijas de tiempos de tareas, dicha integración puede mejorar la reproducibilidad e interpretabilidad de los registros periorales multimodales entre operadores y sitios10,11.

Aquí, describimos un protocolo reproducible para fabricar, calibrar y desplegar un sensor compuesto PI/LIG para la grabación sincronizada de OOM-EMG, LP e IP durante tareas estandarizadas de labios. El protocolo enfatiza detalles orientados a la replicación que abarcan controles de fabricación y aceptación de calidad, calibración de banco específica para el dispositivo para conversión voltaje-presión, procedimientos estandarizados de colocación e higiene, requisitos de adquisición sincronizados y reglas predefinidas de procesamiento de señales y exclusión de pruebas. Se incluyen registros representativos en adultos sanos para demostrar la viabilidad de sesiones cortas bajo condiciones estandarizadas, mientras que la validación del paciente y la durabilidad a largo plazo bajo exposición sostenida a humedad oral y deformación mecánica repetida se posicionan como prioridades para trabajos futuros en lugar de inferirse a partir del conjunto de datosactual 12.

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Protocolo

Este estudio fue aprobado y realizado de acuerdo con las directrices del comité ético de la Universidad Jiao Tong de Shanghái. Se obtuvo el consentimiento informado por escrito de cada participante antes del estudio.

1. Ética y consentimiento

  1. Obtén la aprobación ética institucional antes de la inscripción y registra el ID del protocolo y la fecha de aprobación para la notificación.
  2. Obtén el consentimiento informado por escrito de cada participante. Documenta la versión y fecha del formulario de consentimiento.

2. Fabricación de los elementos sensores PI/LIG

  1. Corta la película de poliimida en la huella objetivo. Utiliza un grosor de película de 25 μm o 50 μm. Verifica el grosor con un micrómetro (tolerancia ±1 μm) y registra el número de lote.
    NOTA: Mantén el grosor constante dentro de cada lote. Si se utilizan ambos espesores, calibra cada dispositivo individualmente (paso 4.2) y no mezcles los coeficientes de calibración entre dispositivos.
  2. Patrón de grafeno inducido por láser sobre la película de poliimida para formar dos electrodos EMG orbicularis oris y una almohadilla central de acoplamiento de presión. Para un láser de CO2 (10,6 μm), se ajusta la potencia media en la superficie de trabajo a 4,0 W, la velocidad de barrido a 150 mm/s, el espaciado entre las escotillas a 50 μm (aproximadamente 508 dpi), aplica dos pasadas, aplica +1,0 mm de desenfoque y utiliza una trampillade sentido único 13.
    1. Aceptar solo dispositivos que cumplan todos los criterios: (i) LIG negro mate visualmente uniforme, (ii) resistencia de lámina de 20-60 Ω/□ por sonda de cuatro puntos, (iii) coeficiente de variación dentro de la almohadilla ≤15% a través de puntos de medición predefinidos, y (iv) ningún agujero de alfiler mayor que 100 μm bajo aproximadamente 10 × inspección14.
    2. Si se utiliza un sistema láser diferente, ajusta los ajustes de patrón hasta que se cumplan los criterios de aceptación del paso 2.2.1, y registra todos los ajustes láser usados15.
      NOTA: Resume los parámetros de patrón láser y los criterios de aceptación a nivel de lote en la Tabla 1.
  3. Enjuaga la película con patrón bajo agua desionizada durante 30 segundos sin frotar la superficie del LIG. Enjuaga bajo isopropanol durante 30 segundos. Seca al aire al menos 10 minutos en un terrario sin polvo.
  4. Encapsular todas las zonas sin contacto para mitigar la entrada de humedad y estabilizar el manejo mecánico. Aplicar una capa de poliuretano o polidimetilsiloxano (PDMS) de grado médico en todas las regiones que no entren en contacto directo con la piel ni sufran carga en la superficie del labio, apuntando a un grosor seco de 10-30 μm.
    1. Enmascarar las almohadillas de contacto EMG y la almohadilla de presión central antes de recubrir, de modo que estas interfaces de detección permanezcan completamente expuestas tras el curado. Tras el curado, confirma visualmente una película de encapsulación continua con límites limpios y nítidos alrededor de las almohadillas expuestas y sin orificios estenopeicios, acumulaciones ni levantamiento de bordes en las esquinas que concentran la tensión (véase la Figura 1E-F para dispositivos representativos fabricados y encapsulados selectivamente).
    2. Añadir alivio de deformación en la transición entre la placa y encaminar los cables de modo que el radio mínimo de flexión sea de ≥3 mm para reducir la concentración de esfuerzos durante la manipulación y colocaciónde 16.
    3. Si se utiliza PDMS, preparar y curar la encapsulación de forma consistente dentro de cada lote. Desgasifica el PDMS antes del recubrimiento para eliminar las burbujas atrapadas, aplica el recubrimiento de forma uniforme y cura a 70 °C durante 30 minutos. Tras el curado, reinspeccionar los límites de la plataforma expuesta para confirmar que no hay PDMS residual puente entre las áreas de detección.
      NOTA: Utiliza un solo material de encapsulación de forma consistente dentro de un lote siempre que sea posible. Si los materiales de encapsulación cambian entre lotes, repite las comprobaciones de aceptación en los pasos 2.6 y 4.2 para cada lote.
  5. (Opcional) Plastifica un diafragma flexible sobre la almohadilla de presión para mejorar la transferencia de fuerza. Lamina un diafragma de silicona (100-200 μm) centrado sobre la almohadilla de presión y fíjalo usando adhesivo aplicado solo al perímetro. Asegúrate de que ningún adhesivo ocluya el área de detección y que la superficie del diafragma permanezca plana sin arrugas. Inspeccionar con un aumento aproximado del 10× y rechazar dispositivos con oclusión o desalineación visible.
    NOTA: Si se utiliza un diafragma, aplícalo de forma constante entre los participantes dentro de un brazo resistente y documenta el grosor y el método de fijación del diafragma.
  6. Guarda los dispositivos terminados bajo humedad controlada y verifica la estabilidad eléctrica previa al uso. Guarda los dispositivos en un desecador a 20-25 °C y con ≤30% de humedad relativa durante hasta 7 días antes de su uso.
    1. Re-medir la resistencia de la lámina inmediatamente antes de su uso, en los mismos lugares predefinidos que se usan después de la fabricación. Aceptar dispositivos con ≤5% de deriva respecto al valor post-fabricación y excluir los dispositivos que superen este umbral de la pruebaparticipante 17.
  7. Desafío de humedad a corto plazo para la integridad de la encapsulación (realizado)
    1. Coloque cada dispositivo en una cámara de humedad sellada a 85 ± 5% de humedad relativa y 25 ± 2 °C durante 60 minutos, asegurando que las almohadillas EMG expuestas y la almohadilla de presión permanezcandescubiertas 18.
    2. Retira el dispositivo y mantente en condiciones ambientales (20-25 °C, 40-60% de humedad relativa) durante 10 minutos.
    3. Re-medir la resistencia de la lámina en las mismas ubicaciones predefinidas usadas en el paso 2.2.1.
    4. Defina los criterios de superación como deriva de resistencia de la lámina ≤10% respecto al valor post-fabricación y sin delaminación visible, ampollas ogrietas 19.
      NOTA: En este estudio, el desafío de humedad se realizó en n = 12 dispositivos distribuidos en 2 lotes, dando un desplazamiento medio de 3,9 ± 1,8% (rango 1,1 a 8,6%) con 12 de 12 dispositivos cumpliendo los criterios de aprobación (Tabla suplementaria 1).
  8. Prueba de durabilidad por flexión cíclica para fragilidad y deriva del LIG (realizada)
    1. Montar cada dispositivo sobre una plantilla de curvatura, aplicando flexiones repetidas a un radio fijo de 5 mm, con la región patronizada centrada en el eje de curvatura.
    2. Aplica 1.000 ciclos a 1 Hz (una liberación por flexión por segundo)20.
    3. Mide la resistencia de la lámina en la línea base (0 ciclos) y después de 100, 500 y 1.000 ciclos.
    4. Definan los criterios de aprobación como: (i) deriva ≤15% en el recuento final de ciclos, (ii) saltos bruscos de resistencia >30% entre puntos de control, y (iii) sin grietas o delaminaciones visibles bajo aproximadamente 10× inspección21.
      NOTA: En este estudio, la prueba de flexión se realizó en n = 12 dispositivos, y la deriva del ciclo final fue de 6,2 ± 3,4% (rango de 1,4 a 13,9%). No se observaron saltos bruscos de resistencia en 12/12 dispositivos, y 12/12 cumplieron todos los criterios de aprobación (Tabla Suplementaria 1).
    5. Si algún dispositivo no cumple los criterios, refabrica el patrón LIG, revisa la cobertura de encapsulación en los bordes que concentran la tensión y repite la prueba usando el mismo radio y frecuencia de la plantilla.
  9. Exposición simulada a la saliva y comprobación de fugas de aislamiento (realizada)
    1. Prepara una solución de saliva simulada a pH 6,8-7,2 y equilibra a 37 °C.
    2. Protege las almohadillas EMG expuestas y la almohadilla de presión con una mascarilla extraíble para que solo se desatienda las zonas encapsuladas. Sumerge el dispositivo a 37 °C durante 60 minutos con una agitación suave (por ejemplo, 60 rpm)22.
    3. Retira el dispositivo, enjuaga con agua desionizada durante 10 segundos y seca al aire durante 10 minutos en condiciones ambientales.
    4. Mide la resistencia del aislamiento entre plomo a 10 VDC y registra el valor.
    5. Definan los criterios de paso como: (i) resistencia de aislamiento >20 MΩ, (ii) deriva de resistencia de la lámina ≤10% respecto a la línea base, y (iii) ausencia de caída de señal ni contacto intermitente durante una grabación de banco de 30 s23.
      NOTA: En este estudio, se realizó exposición simulada a la saliva en n = 12 dispositivos. La resistencia mínima de aislamiento postexposición fue de 64 MΩ, y la deriva de resistencia de láminas fue de 4,6 ± 2,1% (rango 0,9 a 9,2%). Todos los criterios de aprobación se cumplieron con dispositivos 12/12 (Tabla Suplementaria 1). Si la resistencia al aislamiento disminuye por debajo del umbral, no uses el dispositivo en los participantes. Reencapsular las regiones de entrada sospechosas y repetir los pasos 2.9.1-2.9.6. Resume todos los puntos de ajuste de la cámara, parámetros de flexión, condiciones de exposición, tamaños de muestra y resultados de deriva como metadatos a nivel de lote en la Tabla Suplementaria 1. Si es necesario, proporciona curvas de deriva por dispositivo en la Tabla Suplementaria 2.

3. Ensamblaje del módulo y los canales de referencia

  1. Conecta cables flexibles a las almohadillas LIG usando soldadura o epoxi conductora. Si se utiliza epoxi conductor, curar a 80 °C durante 30 minutos.
    1. Verifica la resistencia de plomo de extremo a extremo <50 Ω. Conecta los cables a un conector blindado y asegura el cable para minimizar tirones en la interfaz de la almohadilla.
  2. Prepara los canales de referencia.
    1. Preparar electrodos EMG de superficie convencionales para la grabación de orbicularis oris.
    2. Preparar un canal de referencia de presión intraoral usando una línea de manometría (diámetro exterior 2-3 mm) y un transductor de presión (rango ±20 kPa; resolución ≤0,1 kPa).
  3. Confirma la continuidad eléctrica y el aislamiento. Mide la resistencia de aislamiento entre plomo >20 MΩ a 10 VDC. Mapeo de canales de documentos.

4. Calibración de banco y comprobaciones de seguridad

  1. Mide la impedancia del camino del electrodo a 100 Hz usando (i) una comprobación estandarizada del contacto cutáneo durante la configuración o (ii) un fantasma en gel usado de forma consistente entre dispositivos. Aceptar canales con impedancia <10 kΩ y registrar los valores de impedancia.
    1. (Chequeo recomendado) Vuelve a medir la impedancia electrodo-piel después de la batería de tarea y repite la colocación si la impedancia aumenta un >20% respecto a la línea base.
  2. Calibra la almohadilla de presión y la línea de presión intraoral usando presiones conocidas de 0 a 10 kPa.
    1. Aplica presiones a 0, 1, 2, 3, 4, 5, 7,5 y 10 kPa con un dwell de 3 s en cada paso. Repite la secuencia tres veces antes de la prueba participante y una vez después de la prueba.
    2. Si se utiliza una columna de agua, convierte la altura h (cmH₂O) a kPa usando: kPa = 0,0980665 × h.
    3. Ajusta un modelo lineal kPa = a· V + b. Aceptar calibraciones que cumplan todos los criterios: R² ≥0,995, residual absoluto máximo ≤0,2 kPa, y deriva de pendiente previa a la vez que después del experimento ≤1% de la escala total.
    4. Guarda los coeficientes de calibración específicos del dispositivo para la conversión offline de voltaje a kPa.
      NOTA: Si no se cumplen los criterios de calibración, no se proceda a pruebas de participantes. Reconstruye o vuelve a encapsular el dispositivo y repite la calibración. Presenta curvas de calibración representativas junto con la visión general del dispositivo en la Figura 1.
  3. Desinfecta todas las partes de contacto cutáneo usando alcohol isopropílico al 70%. Aplicar desinfección de un solo uso o de alto nivel para las partes intraorales según la política institucional. Registra el desinfectante y el tiempo de permanencia.
  4. Redondea y encapsula los bordes expuestos del LIG para evitar la abrasión. Confirma la ausencia de bordes afilados usando una prueba de enganche con la punta de los dedos.
    NOTA: Si ocurre enganche, reencapsula inmediatamente o reemplaza el dispositivo.

5. Preparar a los participantes y colocar sensores

  1. Examinar a adultos sanos y registrar datos demográficos según lo especificado en la Tabla 2. Excluir a las personas con lesiones orales activas o enfermedad respiratoria aguda.
  2. Coloca al participante erguido con soporte de espalda, ~90° de flexión de cadera y una posición neutral de la barbilla.
  3. Limpia el borde bermellón superior con toallitas al 70% de alcohol. Deja que la piel se seque al aire durante al menos 30 segundos.
  4. Coloca los electrodos EMG PI/LIG a lo largo del orbicular superior del or.
    1. Alinea el par de electrodos paralelo al borde superior del bermellón y centra la matriz en la línea media facial. Ajusta la distancia entre electrodos centro a centro en 11 ± 1 mm y asegúrate de que ambas almohadillas de contacto queden planas sin arrugas ni elevación de los bordes.
    2. Coloca el electrodo de referencia en la mejilla ipsilateral sobre una región de bajo movimiento y coloca el electrodo de tierra en el antebrazo.
    3. Verifica el contacto estable confirmando que la interfaz electrodo-piel permanece completamente adherida durante un breve ensayo de cierre de labios y que el alivio de la deformación del plomo evita que tirones en la interfaz de la almohadilla (véase la Figura 1G para la colocación representativa).
  5. Fija la almohadilla de presión en la línea media del labio superior.
    1. Coloca la almohadilla de acoplamiento de presión de modo que su centro se alinee con la línea media del filtro y la superficie de la almohadilla toque completamente el labio sin que se extienda sobre la piel cutánea. Asegura la almohadilla usando cinta quirúrgica hipoalergénica aplicada en los márgenes del dispositivo, evitando que la cinta se solape en la zona de detección.
    2. Aplica aproximadamente 1-2 N de presión en la punta de los dedos durante 5 segundos para colocar la almohadilla y eliminar microhuecos, luego confirma visualmente el contacto completo (sin blanqueado visible ni cinta que "puente" sobre la almohadilla). Si se utiliza un diafragma flexible, asegúrese de que permanezca centrado y no ocluido tras la fijación (Figura 1G).
  6. Inserta el catéter de presión intraoral y estabiliza la línea.
    1. Inserta el catéter centralmente entre los labios cerrados a una profundidad de 10-15 mm, asegurando que el tubo no toque los bordes de los dientes ni se pliegue bruscamente en el borde del labio. Confirma la comodidad del jugador y la respiración libre.
    2. Poner el transductor a cero a presión atmosférica inmediatamente antes de registrar y volver a comprobar la línea base tras la fijación.
    3. Asegura la línea del catéter a la mejilla con cinta adhesiva y pasa hacia atrás para minimizar la transferencia de movimiento durante las tareas; asegúrate de que la línea no esté bajo tensión y que no tire del labio durante el cue (Figura 1G).
  7. Deja 2-3 minutos para estabilizar. Registra al menos 30 segundos de línea base.
  8. Recopilar los resultados de usabilidad y tolerabilidad reportados por los participantes (realizados).
    1. Tras completar la batería completa de tareas (sección 6), pida al participante que valore la usabilidad usando una escala numérica de 0 a 10 (0 = peor/más difícil, 10 = mejor/más fácil) para los siguientes elementos: (i) comodidad general del sensor labial PI/LIG, (ii) comodidad de la interfaz/catéter de presión intraoral, (iii) facilidad para completar las tareas estandarizadas mientras se lleva el sistema, y (iv) disposición para repetir el procedimiento en una futura sesión.
    2. Registra las valoraciones en un formulario estandarizado de una página y documenta si alguna molestia requiere pausar o terminar la sesión (sí/no) y la razón principal (texto libre).
  9. Documentar el tiempo de instalación reportado por el operador (realizado).
    1. Empieza a usar un cronómetro cuando comience la preparación de la piel (paso 5.3). Detener el tiempo cuando se obtengan líneas base estables en todos los canales (fin del paso 5.7).
    2. Registra el tiempo de instalación (mínimo) para cada participante y operador. Si es necesario reemplazarlo, incluye el tiempo adicional y apunta el motivo.
  10. Informa sobre los elementos de usabilidad y resúmenes.
    1. Proporciona la redacción exacta de los ítems de usabilidad y los anclajes en la Tabla Suplementaria 3.
    2. Resume los resultados de usabilidad reportados por los participantes como mediana (IQR) para cada ítem en general y por grupo de sexo en la Tabla Suplementaria 4. Resume el tiempo de preparación usando las mismas estadísticas y definición de temporización en la Figura 6 o en una tabla equivalente.
      NOTA: Si alguna sesión se interrumpe por molestias, registra la tarea en el momento de la interrupción, la interfaz afectada (sensor labial frente a catéter intraoral) y si ha ocurrido algún evento adverso. Incluye estos eventos en el resumen de monitorización de seguridad en los resultados.

6. Estandarización de tareas y adquisición de datos

  1. Proporciona señales verbales estandarizadas con un metrónomo de 60 bpm. Demuestra cada tarea una vez.
  2. Instruye al participante para que complete tres tareas manteniendo una respiración constante y una postura mandibular.
    1. Instruye al participante a cerrar los labios firmemente sin apretar la mandíbula (cierre de labios).
    2. Instruye al participante a generar presión positiva a través de los labios apretados (soplado).
    3. Instruye al participante para que genere presión negativa a través de una interfaz similar a una pajita (succión).
  3. Registra cinco ensayos por tarea usando un paradigma de activación de 3 s y 10 s de reposo. Aleatoriza el orden de las tareas entre los participantes usando un horario de cuadrado latino.
  4. Adquiere todos los canales de forma sincrónica. Muestreo EMG a ≥1 kHz con resolución de ≥16 bits. Presión de muestra a ≥100 Hz. Aplicar el antialiasing adecuado. Si no hay filtros hardware disponibles, aplica filtros digitales pasa-bajos igualados por debajo de la frecuencia de Nyquist. Anota artefactos (habla, tragar, toser) durante la adquisición.
  5. Preespecificar los puntos finales de análisis para los resultados de correlación y acuerdo, y preparar trazas sincronizadas de tareas para verificar el momento y la alineación del canal.
    NOTA: Resume los resultados de correlación/acuerdo en la Figura 2 y proporcione trazas representativas sincronizadas de tareas en la Figura 3.

7. Procesamiento de señales y aplicación del control de calidad

  1. Filtra EMG usando un filtro pasa-banda Butterworth de 4º orden en fase cero (20-450 Hz). Aplica un filtro muesca a 50 o 60 Hz según la frecuencia local de la red. Rectifica la señal y calcula la envolvente lineal usando un filtro pasa-bajos de fase cero de 4º orden a 8-10 Hz. Documenta el corte elegido.
  2. Señales de presión de filtro pasa-bajos a 10-20 Hz usando un filtro de cuarto orden de fase cero. Convierte los voltajes a kPa usando coeficientes de calibración específicos del dispositivo del paso 4.2.
  3. Alinea los envolventes EMG con LP e IP usando marcadores de cue. Verifica que las diferencias en los horarios de pico estén dentro de ±200 ms. Si la desalineación supera la tolerancia, realinear mediante correlación cruzada y marcar el ensayo.
  4. Rechazar los ensayos que cumplan cualquiera de los siguientes criterios dentro de la ventana de activación de 3 s: (i) abandono o saturación que sume > 0,6 s, (ii) deriva basal superior a 3 DS de RMS basal durante 10 s, o (iii) ráfagas de artefactos de movimiento con picos de envolvente > 5 DS de la línea base durante el reposo. Conservar al menos tres ensayos válidos por tarea y participante.
  5. Resume los parámetros de procesamiento de señal y los umbrales de control de calidad en la Tabla 3.

8. Cuantificación de métricas y análisis de estadísticas

  1. Calcular las correlaciones de Pearson dentro del participante entre la EMG derivada de PI/LIG y la EMG convencional utilizando amplitudes de activación por ensayo definidas como RMS de EMG durante los 2 s centrales de la ventana de activación de 3 s. Informa r con intervalos de confianza del 95% usando la transformación z de Fisher.
  2. Calcular las correlaciones entre LP e IP por tarea usando las mismas ventanas de análisis.
  3. Evalúa la concordancia entre las amplitudes EMG derivadas de PI/LIG y las EMG convencionales utilizando análisis de Bland-Altman. Defina el sesgo como la diferencia media por parejas, y los límites de concordancia como sesgo ± 1,96 de diferencias diferenciales. Si se detecta sesgo proporcional (p < 0,05 para regresión de diferencias en medias), se repite el análisis sobre amplitudes transformadas logarítmicamente y límites de retrotransformación.
  4. Si hay bloques repetidos disponibles, estimar la fiabilidad de prueba-reprueba usando ICC(2,1) (efectos aleatorios bidireccionales, acuerdo absoluto, medida única) para la amplitud y la presión máxima de EMG. Informa ICC con intervalos de confianza del 95%.
    NOTA: Si no hay bloques repetidos disponibles, omita ICC y indica esto explícitamente en Resultados.
  5. Prepare gráficos de trayectoria temporal entre carga y fuerza para visualizar la dinámica de tareas y las comparaciones de grupos sexuales, y resuma estos perfiles en el dominio del tiempo en la Figura 4.
  6. Calcular la relación señal-ruido en decibelios: SNR_dB = 20·log10(RMS_active/RMS_baseline), donde RMS_active se calcula sobre los 2 s centrales de activación y RMS_baseline sobre el descanso previo a 1 s. Resume las distribuciones SNR e incluya un ejemplo ilustrativo de ruidos/fallidos para demostrar los criterios de exclusión en la Figura 5.
  7. Compara a mujeres y hombres en resúmenes por participante (por ejemplo, presión labal máxima, EMG RMS y SNR). Prueba la normalidad usando Shapiro-Wilk. Utiliza la prueba t de Welch para datos distribuidos normalmente o Mann-Whitney U en caso contrario. Coloca α de dos caras = 0,05. Informa de valores p exactos y aplica la corrección de Holm-Bonferroni a través de tres comparaciones tarea. Prepara comparaciones de tiempo de preparación usando las mismas definiciones de temporización entre operadores y resúmenlas en la Figura 6.

9. Resolución de problemas comunes

  1. Para tratar la baja EMG SNR, re-preparar y secar completamente la piel, volver a colocar los electrodos a 11 ± 1 mm, confirmar la impedancia <10 kΩ, optimizar el blindaje del cable y verificar los ajustes del filtro antes de repetir un solo intento.
  2. Para corregir la subrespuesta de presión, vuelve a presionar la almohadilla para asegurar un contacto completo (1-2 N durante 5 s), elimina las arrugas de la cinta que cruzan la almohadilla y repite la calibración para cumplir con los criterios de aceptación del paso 4.2.
  3. Para resolver la deriva de presión intraoral, purga las burbujas, vuelve a colocar el catéter a una profundidad de 10-15 mm y vuelve a poner a cero el transductor antes de cada bloqueo.
  4. Para reducir artefactos de movimiento, ensayar señales, aumentar el descanso entre juicios a 15 s cuando sea necesario y señalar épocas contaminadas para su exclusión.
  5. Utiliza la matriz estandarizada de resolución de problemas en la Tabla 4 para documentar los modos de fallo, las acciones correctivas y las comprobaciones de verificación.

10. Seguridad, higiene y eliminación

  1. Utiliza interfaces intraorales de un solo uso y deséchalas como residuos biológicos según la política institucional.
  2. Desinfecta los portacables y cables reutilizables entre los participantes. Documenta el desinfectante y el tiempo de permanencia.
  3. Controla si hay irritaciones o molestias en la piel. Terminar la sesión inmediatamente si ocurren eventos adversos y registrar el evento para la notificación del IRB.

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Resultados

Resumen y calibración del dispositivo
La arquitectura del dispositivo, la colocación y el flujo de trabajo de calibración del banco se resumen en la Figura 1. El módulo integra dos electrodos de grafeno inducido por láser (LIG) co-localizados sobre un sustrato flexible de poliimida (PI) para el EMG orbicularis oris (OOM-EMG) y una almohadilla central de acoplamiento de presión situada en la superficie del labio superior, junto con una lín...

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Discusión

Este artículo informa sobre un protocolo integral para la monitorización sincronizada de la electromiografía oricular (OOM-EMG), la presión de cierre del labio (LP) y la presión intraoral (IP) utilizando un sensor compuesto flexible de poliimida/grafeno inducido por láser (PI/LIG) acoplado a una tubería estandarizada de adquisición y procesamiento. La reproducibilidad en este flujo de trabajo depende de un pequeño número de pasos críticos que determinan si las grabaciones siguen siendo c...

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Compresas para preparar alcoholDynarex1113compresas de preparación isopropílica al 70%; Limpieza de la piel antes de colocar los electrodos
Bloque terminal BNCInstrumentos NacionalesBNC-2110 Úsalo con cable apantallado NI para conectividad DAQ; Breakout/conexión para entradas analógicas
Sistema de grabado/corte láser CO2Sistemas láser universalesVLS 3,50 (CO2)Cualquier sistema láser CO2 aceptable si se cumplen los criterios de aceptación de la Tabla 1; registrar el modelo/ajustes láser utilizados; Patrón LIG en PI (10.6 & mu; clase M)
Epoxi conductor (plata)MG Chemicals8331Las condiciones de curación deben ajustarse al flujo de trabajo implementado; Conector de cable a almohadillas LIG (alternativa opcional a la soldadura)
Dispositivo de adquisición de datosInstrumentos NacionalesUSB-6343Cualquier DAQ que cumpla con los requisitos de muestreo/resolución es aceptable; registrar el dispositivo exacto utilizado; Grabación síncrona multicanal (EMG & ge; 1 kHz; presión & ge; 100 Hz)
Agua desionizadaFisher ScientificAgua DI de calidad de laboratorioAgua DI de laboratorio equivalente aceptable; Enjuague posterior al patrón
DesecadorKartell554 (desecador de vacío, 250 mm)Cualquier desecador sellado + desecante es aceptado; almacenamiento de registros de la HR y duración; Almacenamiento en seco (RH & le; 30%) para dispositivos terminados
Electrodos superficiales desechables EMGAmbuBlueSensor N (N-00-S/25)Electrodos equivalentes de EMG Ag/AgCl pre-gelificados aceptables; EMG de referencia en orbicularis oris
Sistema de sonda de cuatro puntosOssilaSistema de sonda de cuatro puntos (T2001A5)Cualquier sistema de sonda de cuatro puntos aceptable; registrar el espaciado de las sondas/puntos de medición; Resistencia de la hoja (Ω/figure-materials-1) cribado
Cinta quirúrgica hipoalergénicaSolventumMicropore Surgical Tape 1530 (ID del producto 7100273771)Se acepta cinta quirúrgica hipoalergénica equivalente; Fija la almohadilla de presión en la línea media del labio superior
Alcohol isopropílico (IPA), ≥ 99%Merck (Sigma-Aldrich)190764-500MLRegistrar el proveedor y el número de lote en el registro de laboratorio; Enjuague post-patrón; Limpieza general
Manometría/línea de catéter de presiónKRUUSESonda de alimentación, 8 Fr (230811)Cualquier catéter/tubo que cumpla con los requisitos de OD y seguridad es aceptable; registrar el modelo exacto utilizado; Línea de presión intraoral (IP), OD ~2– 3 mm
MetrónomoKorgMA-2Metrónomo basado en aplicaciones es aceptable si está documentado (dispositivo + nombre/versión de la app); Ritmo de señal (60 bpm)
MicrometroMitutoyo293-340-30 (0– 25 mm)Cualquier micrómetro que cumpla con la resolución debe ser aceptable; Verifica el grosor del PI (± 1 & mu; Tolerancia a M)
Película de poliimida (25 & mu; m)Merck (Sigma-Aldrich)GF59627009Grosor de 0,025 mm; número de lote de registro; mantener un grosor constante dentro de cada lote; Sustrato para dispositivo PI/LIG
Película de poliimida (50 y mu; m)Goodfellow10001067860,05 mm de grosor; número de lote de registro; no mezclar coeficientes de calibración entre dispositivos; Sustrato para dispositivo PI/LIG
Transductor de presión (salida USB)Ingeniería OmegaSerie PX409-USBHSeleccione el rango para cubrir y plusmn; Requisito de 20 kPa; registrar el rango exacto/modelo utilizado; Medición de IP (resolución y le; Se recomienda 0,1 kPa)
Cable apantallado (68 pines)Instrumentos NacionalesSHC68-68-EPMÚsalo con NI BNC-2110 para conexiones blindadas; Conectividad DAQ (USB-6343 al bloque de terminales)
Película de elastómero de silicona (diafragma)GoodfellowPelícula de elastómero de silicona 0,125 mm (Ref 1000181130)Opcional; aplicar de forma consistente si se usa y registrar el grosor/método de fijación; Diafragma opcional conforme (100 y guion; 200 & mu; m)
Kit de elastómero de silicona (PDMS)DowEquipación SYLGARD 184Úsalos de forma constante dentro de un lote; la relación de mezcla de discos y las condiciones de curado; Encapsulación (espesor seco objetivo 10 y guion; 30 & mu; m)
Alambre de soldaduraKester24-6337-0027 (Sn63/Pb37, núcleo de colofonia, 0,031 pulgadas)Si se utiliza soldadura sin plomo, registrar aleaciones y tipos de fundente; Accesorio de plomo (si se usa soldadura)
Software (procesamiento de señales)Fundación de Software PythonPython 3.x + NumPy/SciPy/MatplotlibDocumentar versiones exactas de Python y paquetes en Métodos o Métodos Suplementarios; Filtrado, sincronización, estadística, gráficos

Referencias

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