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Article de méthode

Capteur de film graphène-polyimide induit par laser pour l’électromyographie labiale simultanée et la surveillance de la pression en rééducation personnalisée

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DOI :

10.3791/70306

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30 avril 2026

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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

Dans cet article

Résumé

Ce protocole décrit la fabrication, l’étalonnage et l’utilisation d’un capteur PI/LIG flexible pour mesurer de manière synchrone l’OOM-EMG, la pression de fermeture des lèvres et la pression intraorale lors de tâches standardisées de lèvres, en mettant l’accent sur la reproductibilité via les critères d’acceptation, l’encapsulation par atténuation de l’humidité, l’étalonnage spécifique à chaque dispositif, le placement standardisé, l’acquisition synchronisée, ainsi que des règles prédéfinies de traitement et de contrôle qualité.

Résumé

La quantification simultanée de l’activation du muscle périoral et des pressions liées aux lèvres peut soutenir une évaluation objective de la fonction orofaciale, pourtant les mesures conventionnelles sont généralement effectuées avec des capteurs séparés difficiles à synchroniser lors des tâches dynamiques. Ici, nous présentons un protocole reproductible pour l’enregistrement synchronisé de l’électromyographie de l’orbiculaire oris (OOM-EMG), de la pression de fermeture des lèvres (LP) et de la pression intraorale (IP) utilisant un capteur composite polyimide flexible (PI) à base de film avec électrodes en graphène induit par laser (LIG) et un coussinet de couplage de pression intégré. Le protocole spécifie un modelage laser avec des critères d’acceptation électriques prédéfinis, une encapsulation sélective destinée aux mesures de courte durée, l’étalonnage de laboratoire pour la conversion tension-pression spécifique à l’appareil, des repères anatomiques standardisés pour les interfaces périorales et intraorales, une batterie de tâches (fermeture des lèvres, soufflage et succion), des exigences d’acquisition synchronisée, ainsi que des règles de traitement du signal et de qualité des essais. Les enregistrements représentatifs chez 120 adultes en bonne santé démontrent une capture multimodale synchronisée dans des conditions standardisées, avec des EMG dérivés de PI/LIG montrant une association modérée avec les EMG de surface conventionnels (femmes r = 0,65 ; hommes r = 0,68) et LP fortement couplée à IP dans les mêmes fenêtres de tâche (r = 0,90). L’article de cette méthode propose un flux de travail de bout en bout orienté réplication pour la mesure périorale multimodale dans des milieux de recherche supervisée ; La validation chez les cohortes de patients et la durabilité sous une exposition prolongée à l’humidité orale et une déformation mécanique répétée devraient être évaluées dans de futures études.

Introduction

Les muscles des lèvres sont fondamentaux pour l’articulation de la parole, la détente, l’expression faciale et la compétence orale. Les troubles neurologiques, les AVC et les interventions maxillofaciales peuvent perturber ces fonctions, entraînant des limitations cliniquement significatives dans la communication et l’alimentation, et réduisant la qualité de vie1. La quantification objective de l’activation des muscles périoraux, combinée à la génération de force ou de pression, est donc précieuse pour l’évaluation fonctionnelle et la planification de la rééducation. En particulier, la mesure synchronisée de l’électromyographie de l’orbiculaire oris (OOM-EMG), de la pression de fermeture des lèvres (LP) et de la pression intraorale (IP) offre des perspectives complémentaires sur la manière dont l’activation neuronale se traduit par la production de pression pertinente pour la tâche lors de comportements couramment utilisés en thérapie et en suivides résultats 2.

Cependant, l’acquisition intégrée de ces signaux reste un défi tant sur le plan technique qu’opérationnel. Dans de nombreux laboratoires et milieux de recherche clinique, les mesures EMG et de pression sont mises en œuvre comme des sous-systèmes distincts, augmentant la charge de préparation et rendant l’alignement temporel plus sujet aux erreurs lors de tâches courteset dynamiques 3. L’EMG périoral est particulièrement vulnérable aux artefacts de mouvement et à l’instabilité de l’interface, et l’humidité provenant de l’environnement périoral et oral peut augmenter le bruit de base, réduisant le rapport signal efficace/bruit et compliquant la comparabilitéinter-sessions 4. Les mesures de pression introduisent des sensibilités supplémentaires, car la fixation et la mécanique locale du contact peuvent modifier les amplitudes mesurées, et des transducteurs rigides peuvent réduire la tolérabilité lors d’essais répétés ou de sessionsplus longues 5. Ensemble, ces contraintes limitent l’utilisation systématique de l’EMG périorale synchronisé et aligné sur la tâche, ainsi que de la surveillance de la pression liée aux lèvres, en dehors des flux de travailspécialisés 6,7.

Les films polyimide flexibles (PI) offrent un substrat pratique pour la détection périorale car ils sont fins, conformes, chimiquement stables et largement utilisés pour les interfaces biomédicales. Le graphène induit par laser (LIG) directement sur PI forme un réseau conducteur poreux pouvant fonctionner comme électrode conforme sans boîtiers volumineux 8,9. L’intégration d’électrodes LIG et d’une structure de couplage de pression sur le même substrat PI permet un enregistrement OOM-EMG co-localisé et une détection de pression à la surface des lèvres tout en minimisant la masse supplémentaire aux lèvres. Combinée à des critères explicites d’acceptation de fabrication, à une encapsulation mitigant l’humidité, des repères de placement standardisés et des définitions de timing fixe des tâches, une telle intégration peut améliorer la reproductibilité et l’interprétabilité des enregistrements périvocaux multimodaux entre les opérateurs etles sites 10,11.

Ici, nous décrivons un protocole reproductible pour fabriquer, calibrer et déployer un capteur composite PI/LIG pour l’enregistrement synchronisé de l’OOM-EMG, LP et IP lors de tâches labiales standardisées. Le protocole met l’accent sur des détails orientés réplication couvrant les contrôles de fabrication et d’acceptation de la qualité, l’étalonnage spécifique à chaque dispositif pour la conversion tension-pression, les procédures standardisées de placement et d’hygiène, les exigences d’acquisition synchronisées, ainsi que les règles prédéfinies de traitement du signal et d’exclusion des essais. Des enregistrements représentatifs chez des adultes sains sont inclus pour démontrer la faisabilité en courte session dans des conditions standardisées, tandis que la validation par le patient et la durabilité à long terme sous une exposition orale prolongée à l’humidité et une déformation mécanique répétée sont positionnés comme priorités pour les travaux futurs plutôt que déduits du jeu de donnéesactuel 12.

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Protocole

Cette étude a été approuvée et menée conformément aux directives du comité éthique de l’Université Jiao Tong de Shanghai. Un consentement éclairé écrit a été obtenu de chaque participant avant l’étude.

1. Éthique et consentement

  1. Obtenez l’approbation éthique institutionnelle avant l’inscription, et notez l’identifiant du protocole ainsi que la date d’approbation pour le rapport.
  2. Obtenez le consentement écrit éclairé de chaque participant. Documentez la version et la date du formulaire de consentement.

2. Fabrication des éléments de détection PI/LIG

  1. Découpez du film polyimide sur l’empreinte ciblée. Utilisez une épaisseur de film de 25 μm ou 50 μm. Vérifiez l’épaisseur avec un micromètre (tolérance ±1 μm) et notez le numéro de lot.
    REMARQUE : Gardez une épaisseur constante à chaque lot. Si les deux épaisseurs sont utilisées, calibrez chaque dispositif individuellement (étape 4.2) et ne mélangez pas les coefficients d’étalonnage entre les appareils.
  2. Le motif induit par laser du graphène sur le film polyimide pour former deux électrodes EMG orbiculaires et un coussin central de couplage de pression. Pour un laserCO2 (10,6 μm), réglez la puissance moyenne à la surface de travail à 4,0 W, réglez la vitesse de balayage à 150 mm/s, réglez l’espacement des trappes à 50 μm (environ 508 dpi), appliquez deux passages, appliquez un défocalisation de +1,0 mm, et utilisez une trappemonodirection 13.
    1. N’accepter que les dispositifs répondant à tous les critères : (i) LIG noir mat visuellement uniforme, (ii) résistance de la feuille de 20 à 60 Ω/□ par sonde à quatre points, (iii) coefficient de variation dans la plaquette ≤15 % sur les points de mesure prédéfinis, et (iv) aucun trou de goupille supérieur à 100 μm sous environ 10 × inspection14.
    2. Si un autre système laser est utilisé, ajustez les réglages de pattern jusqu’à ce que les critères d’acceptation de l’étape 2.2.1 soient satisfaits, et enregistrez tous les réglages laserutilisés à 15.
      REMARQUE : Résumez les paramètres de patronage laser et les critères d’acceptation au niveau des lots dans le tableau 1.
  3. Rincez le film à motifs sous de l’eau déionisée pendant 30 secondes sans frotter la surface du LIG. Rincez sous isopropanol pendant 30 secondes. Laissez sécher à l’air libre pendant au moins 10 minutes dans un terrarium sans poussière.
  4. Encapsuler toutes les zones non contactées pour atténuer l’entrée d’humidité et stabiliser la manipulation mécanique. Appliquez une couche de polyuréthane ou de polydiméthylsiloxane (PDMS) de qualité médicale sur toutes les régions qui ne toucheront pas directement la peau ni ne subiront pas de charge à la surface des lèvres, en visant une épaisseur sèche de 10 à 30 μm.
    1. Masquez les tampons de contact EMG et le tampon de pression central avant de revêtir afin que ces interfaces de détection restent complètement exposées après le durcissement des données. Après le durcissement du durciment, confirmez visuellement un film d’encapsulation continu avec des limites nettes et nettement définies autour des tampons exposés, sans trous d’épingle, ni soulèvement des bords aux coins concentrant la contrainte (voir la Figure 1E-F pour des dispositifs représentatifs fabriqués et encapsulés sélectivement).
    2. Ajoutez un soulagement de déformation à la transition entre la plaque et acheminez les fils de sorte que le rayon de flexion minimal soit de ≥3 mm afin de réduire la concentration de contrainte lors de la manipulation et de la pose16.
    3. Si le PDMS est utilisé, préparez et durcez l’encapsulation de manière cohérente au sein de chaque lot. Dégazez le PDMS avant le revêtement pour éliminer les bulles piégées, appliquez le revêtement uniformément, puis durcez à 70 °C pendant 30 minutes. Après le durciment, réinspectez les limites de la rampe exposée pour confirmer qu’aucun PDMS résiduel ne traverse les zones de détection.
      REMARQUE : Utilisez un seul matériau d’encapsulation de façon constante dans un lot chaque fois que possible. Si les matériaux d’encapsulation changent entre les lots, répétez les vérifications d’acceptation aux étapes 2.6 et 4.2 pour chaque lot.
  5. (Optionnel) Plastifiez une membrane souple sur le tampon de pression pour améliorer le transfert de force. Laminez une membrane en silicone (100-200 μm) centrée sur la plaque de pression et fixez-la avec de l’adhésif appliqué uniquement sur le périmètre. Assurez-vous qu’aucun adhésif ne bloque la zone de détection et que la surface du diaphragme reste plate sans plis. Inspecter sous environ 10 × de grossissement et rejeter les dispositifs présentant une occlusion ou un désalignement visible.
    REMARQUE : Si un diaphragme est utilisé, appliquez-le de manière cohérente entre les participants dans un bras solide et documentez l’épaisseur et la méthode de fixation du diaphragme.
  6. Stockez les appareils finis sous humidité contrôlée et vérifiez la stabilité électrique avant utilisation. Conservez les appareils dans un dessiccateur à 20-25 °C et avec une humidité relative de ≤ 30 % pendant jusqu’à 7 jours avant utilisation.
    1. Remesurez la résistance de la feuille immédiatement avant utilisation, aux mêmes emplacements prédéfinis utilisés après la fabrication. Accepter les dispositifs avec ≤5 % de dérive par rapport à la valeur post-fabrication, et exclure les dispositifs dépassant ce seuil du testparticipant 17.
  7. Défi d’humidité à court terme pour l’intégrité de l’encapsulation (réalisé)
    1. Placez chaque dispositif dans une chambre d’humidité étanche à 85 ± 5 % d’humidité relative et 25 ± 2 °C pendant 60 minutes, en veillant à ce que les tampons EMG exposés et la pastille de pression restentdécouverts à 18 minutes.
    2. Retirez l’appareil et équilibrez dans les conditions ambiantes (20-25 °C, 40-60 % d’humidité relative) pendant 10 minutes.
    3. Remesurez la résistance de la feuille aux mêmes emplacements prédéfinis que l’étape 2.2.1.
    4. Définissez les critères de passage comme une dérive de résistance de la feuille ≤10 % par rapport à la valeur post-fabrication et sans délamination visible, ampoule oufissuration 19.
      REMARQUE : Dans cette étude, le défi d’humidité a été réalisé sur n = 12 dispositifs répartis en 2 lots, obtenant une dérive moyenne de 3,9 ± 1,8 % (plage de 1,1 à 8,6 %) avec 12 appareils répondant aux critères de passage (Tableau supplémentaire 1).
  8. Test de durabilité de la flexion cyclique pour la fragilité et la dérive du LIG (réalisé)
    1. Montez chaque dispositif sur un gabarit de courbe, en appliquant des flexions répétées sur un rayon fixe de 5 mm, avec la région en motif centrée sur l’axe de courbe.
    2. Appliquez 1 000 cycles à 1 Hz (un déchargement par seconde)20.
    3. Mesurez la résistance de la feuille à la base (0 cycle) et après 100, 500 et 1 000 cycles.
    4. Définissez les critères de réussite comme suit : (i) dérive ≤15 % au décompte final du cycle, (ii) absence de sauts soudains de résistance >30 % entre les points de contrôle, et (iii) absence de fissures ou de délaminations visibles sous environ 10 × inspection21.
      REMARQUE : Dans cette étude, le test de flexion a été réalisé sur n = 12 dispositifs, et la dérive du dernier cycle était de 6,2 ± 3,4 % (plage de 1,4 à 13,9 %). Aucun saut de résistance brutal n’a été observé dans 12/12 dispositifs, et 12/12 répondaient à tous les critères de réussite (Tableau supplémentaire 1).
    5. Si un dispositif ne remplit pas les critères, refabriquez le motif LIG, révisez la couverture d’encapsulation aux bords concentrant la contrainte, et répétez le test en utilisant le même rayon et fréquence de gabarit.
  9. Simulation d’exposition à la salive et de contrôle de fuite d’isolation (réalisée)
    1. Préparez une solution salive simulée au pH 6,8-7,2 et équilibrez-la à 37 °C.
    2. Protégez les tampons EMG et la pression exposés avec un masque amovible afin que seules les zones encapsulées soient mises en danger. Immergez l’appareil à 37 °C pendant 60 minutes avec une légère agitation (par exemple, 60 tr/min).
    3. Retirez l’appareil, rincez à l’eau déionisée pendant 10 secondes, puis laissez sécher à l’air libre pendant 10 minutes dans des conditions ambiantes.
    4. Mesurez la résistance d’isolation entre plombs à 10 VDC et notez la valeur.
    5. Définissez les critères de passage comme suit : (i) résistance d’isolation >20 MΩ, (ii) dérive de résistance de la feuille ≤10 % par rapport à la ligne de base, et (iii) absence de coupure de signal ni contact intermittent lors d’un enregistrement de bench de 30 s23.
      REMARQUE : Dans cette étude, une exposition simulée à la salive a été réalisée sur n = 12 dispositifs. La résistance minimale d’isolation post-exposition était de 64 MΩ, et la dérive de résistance de la feuille était de 4,6 ± 2,1 % (plage de 0,9 à 9,2 %). Tous les critères de réussite ont été remplis par 12/12 dispositifs (Tableau supplémentaire 1). Si la résistance d’isolation descend en dessous du seuil, ne pas utiliser l’appareil sur les participants. Réencapsulez les régions d’entrée suspectées et répétez les étapes 2.9.1-2.9.6. Résumez tous les points de consigne de la chambre, paramètres de courbure, conditions d’exposition, tailles d’échantillons et résultats de dérive sous forme de métadonnées au niveau des lots dans le Tableau Supplémentaire 1. Si nécessaire, fournir les courbes de dérive par appareil dans le Tableau Supplémentaire 2.

3. Assemblage du module et des canaux de référence

  1. Fixez des câbles flexibles aux coussinets LIG avec de la soudure ou de l’époxy conducteur. Si de l’époxy conducteur est utilisé, durcez à 80 °C pendant 30 minutes.
    1. Vérifiez la résistance de fil de bout en bout <50 Ω. Passez les câbles vers un connecteur blindé et fixez le câble pour minimiser les tensions à l’interface du pad.
  2. Préparez les canaux de référence.
    1. Préparez les électrodes EMG de surface conventionnelles pour l’enregistrement de l’orbiculaire oris.
    2. Préparez un canal de référence de pression intra-orale à l’aide d’une ligne de manométrie (diamètre extérieur 2-3 mm) et d’un transducteur de pression (plage ±20 kPa ; résolution ≤0,1 kPa).
  3. Vérifiez la continuité électrique et l’isolation. Mesurez la résistance d’isolation entre plombs >20 MΩ à 10 VDC. Cartographie des canaux de documents.

4. Étalonnage de l’établi et contrôles de sécurité

  1. Mesurez l’impédance du chemin de l’électrode à 100 Hz en utilisant soit (i) un contrôle standardisé du contact cutané lors de la configuration, soit (ii) un fantôme en gel utilisé de manière cohérente entre les appareils. Accepter les canaux avec une impédance <10 kΩ et enregistrer les valeurs d’impédance.
    1. (Vérification recommandée) Mesurez à nouveau l’impédance électrode-peau après la batterie de tâche et répétez le placement si l’impédance augmente de >20 % par rapport à la ligne de base.
  2. Calibrez la plaque de pression et la ligne de pression intraorale en utilisant des pressions connues de 0 à 10 kPa.
    1. Appliquez des pressions à 0, 1, 2, 3, 4, 5, 7,5 et 10 kPa avec un maintien de 3 s à chaque étape. Répétez la séquence trois fois avant le test participant et une fois après le test.
    2. Si vous utilisez une colonne d’eau, convertir la hauteur h (cmH₂O) en kPa en utilisant : kPa = 0,0980665 × h.
    3. Ajuster un modèle linéaire kPa = a· V + b. Accepter les calibrations répondant à tous les critères : R² ≥0,995, résidu absolu maximal ≤0,2 kPa, et dérive de la pente avant vs après l’expérience ≤1 % de l’échelle réelle.
    4. Sauvegardez les coefficients d’étalonnage spécifiques à chaque appareil pour la conversion tension-kPa hors ligne.
      REMARQUE : Si les critères d’étalonnage ne sont pas remplis, ne procédez pas aux tests des participants. Reconstruisez ou réencapsulez l’appareil et répétez l’étalonnage. Présentez des courbes d’étalonnage représentatives ainsi que l’aperçu de l’appareil dans la Figure 1.
  3. Désinfectez toutes les parties en contact cutané avec de l’alcool isopropylique à 70 %. Appliquer une désinfection à usage unique ou de haut niveau pour les parties intra-orales conformément à la politique de l’institution. Enregistrez le désinfectant et le temps de séjour.
  4. Arrondi et encapsulez les bords exposés du LIG pour éviter l’abrasion. Confirmez l’absence de bords tranchants à l’aide d’un test d’accrochement du bout des doigts.
    REMARQUE : Si un accrochage survient, réencapsulez immédiatement ou remplacez l’appareil.

5. Préparation des participants et installation de capteurs

  1. Examinez les adultes en bonne santé et enregistrez les données démographiques comme spécifié dans le tableau 2. Excluez les personnes présentant des lésions buccales actives ou une maladie respiratoire aiguë.
  2. Asseoir le participant droit avec un soutien dorsal, une flexion de la hanche à ~90° et une position neutre du menton.
  3. Nettoie la bordure supérieure de vermillon avec des lingettes alcoolisées à 70 %. Laissez la peau sécher à l’air libre pendant au moins 30 secondes.
  4. Placez les électrodes PI/LIG EMG le long de l’orbiculaire supérieur.
    1. Alignez la paire d’électrodes parallèlement à la bordure vermillon supérieure et centrez l’array sur la ligne médiane faciale. Réglez la distance centre-centre inter-électrodes à 11 ± 1 mm et assurez-vous que les deux coussinets de contact sont à plat sans plis ni soulèvement des bords.
    2. Placez l’électrode de référence sur la joue ipsilatérale au-dessus d’une région à faible mouvement et placez l’électrode de terre sur l’avant-bras.
    3. Vérifiez le contact stable en confirmant que l’interface électrode-peau reste parfaitement collée lors d’une brève répétition de fermeture des lèvres et que le soulagement de la tension en plomb empêche la traction sur l’interface du pad (voir Figure 1G pour un placement représentatif).
  5. Fixez le coussin de pression à la ligne médiane de la lèvre supérieure.
    1. Placez le coussinet de couplage de pression de façon à ce que son centre s’aligne avec la ligne médiane du philtrum et que la surface du coussinet touche complètement la lèvre sans toucher la peau cutanée. Fixez le tampon à l’aide d’un ruban chirurgical hypoallergénique appliqué sur les marges de l’appareil, évitant ainsi le chevauchement du ruban sur la zone de détection.
    2. Appliquez environ 1 à 2 N de pression du bout des doigts pendant 5 secondes pour faire encaisser le coussinet et éliminer les micro-espaces, puis confirmez visuellement le contact complet (pas de blanchiment visible et pas de « pont » sur le coussinet). Si un diaphragme flexible est utilisé, assurez-vous qu’il reste centré et non occulté après fixation (Figure 1G).
  6. Insérez le cathéter de pression intra-orale et stabilisez la ligne.
    1. Insérez le cathéter au centre entre les lèvres fermées à une profondeur de 10 à 15 mm, en veillant à ce que le tube ne contacte pas les bords des dents ni ne se plie brusquement au bord de la lèvre. Vérifiez le confort du participant et une respiration libre.
    2. Zéro le transducteur à pression atmosphérique immédiatement avant l’enregistrement et vérifie à nouveau la ligne de base après fixation.
    3. Fixez la ligne du cathéter à la joue avec du ruban adhésif et acheminez-la vers l’arrière pour minimiser le transfert de mouvement pendant les tâches ; assurez-vous que la ligne n’est pas sous tension et ne tire pas sur la lèvre lors de l’indication (Figure 1G).
  7. Prévoyez 2-3 minutes pour la stabilisation. Enregistrez au moins 30 secondes de référence.
  8. Collecter les résultats d’utilisabilité et de tolérabilité rapportés par les participants (réalisés).
    1. Après avoir complété la batterie complète de tâches (section 6), demandez au participant d’évaluer l’utilisabilité à l’aide d’une échelle numérique de 0 à 10 (0 = pire/plus difficile, 10 = meilleur/plus facile) pour les éléments suivants : (i) confort global du capteur labial PI/LIG, (ii) confort de l’interface/cathéter de pression intraorale, (iii) facilité d’accomplissement des tâches standardisées tout en portant le système, et (iv) la volonté de répéter la procédure lors d’une session future.
    2. Notez les notes sur un formulaire standardisé d’une page et notez si un inconfort nécessitait une pause ou une fin de la séance (oui/non) et la raison principale (texte libre).
  9. Documenter le temps de configuration rapporté par l’opérateur (réalisé).
    1. Commencez un chronomètre lorsque la préparation de la peau commence (étape 5.3). Arrêtez le timing lorsque des bases de référence stables sont obtenues sur tous les canaux (fin de l’étape 5.7).
    2. Enregistrez le temps de mise en place (minimum) pour chaque participant et opérateur. Si un remplacement est nécessaire, incluez le temps supplémentaire et notez la raison.
  10. Rapportez les éléments d’utilisabilité et les résumés.
    1. Indiquez la formulation exacte de l’élément d’utilisabilité et les points d’ancrage dans le Tableau Supplémentaire 3.
    2. Résumez les résultats d’utilisabilité rapportés par les participants en médiane (IQR) pour chaque item dans l’ensemble et par groupe sexuel dans le tableau complémentaire 4. Résumez le temps de mise en place en utilisant les mêmes statistiques et définitions de timing dans la Figure 6 ou un tableau équivalent.
      REMARQUE : Si une séance est interrompue en raison de l’inconfort, notez la tâche à l’arrêt, l’interface affectée (capteur labial vs cathéter intraoral), et si un événement indésirable s’est produit. Incluez ces événements dans le résumé de la surveillance de la sécurité dans les résultats.

6. Standardisation des tâches et acquisition de données

  1. Fournir des indices verbaux standardisés rythmés par un métronome à 60 bpm. Démontre chaque tâche une fois.
  2. Instruisez le participant à accomplir trois tâches tout en maintenant une respiration régulière et une posture de mâchoire.
    1. Demandez au participant de fermer fermement les lèvres sans serrer la mâchoire (fermeture des lèvres).
    2. Demandez au participant de générer une pression positive à travers les lèvres pincées (souffle).
    3. Demandez au participant de générer une pression négative via une interface en forme de paille (aspiration).
  3. Enregistrez cinq essais par tâche en utilisant un paradigme d’activation de 3 s et de repos de 10 s. Randomisez l’ordre des tâches entre les participants en utilisant un planning à carrés latins.
  4. Acquérez tous les canaux de manière synchrone. Échantillon EMG à ≥1 kHz avec une résolution ≥16 bits. Pression d’échantillon à ≥100 Hz. Appliquez l’anticrénelage approprié. Si les filtres matériels ne sont pas disponibles, appliquez des filtres passe-bas numériques assortis en dessous de la fréquence de Nyquist. Annoter les artefacts (parole, déglutir, tousser) lors de l’acquisition.
  5. Pré-spécifiez les points d’analyse pour les résultats de corrélation et d’accord, et préparez des traces de tâches synchronisées pour vérifier le timing et l’alignement des canaux.
    REMARQUE : Résumez les résultats de corrélation/accord dans la Figure 2 et fournissez des traces de tâches synchronisées représentatives dans la Figure 3.

7. Traitement des signaux et application du contrôle qualité

  1. Filtrez EMG en utilisant un filtre Butterworth passe-bande de 4e ordre à phase nulle (20-450 Hz). Appliquez un filtre à encoche à 50 ou 60 Hz selon la fréquence du secteur local. Redressez le signal et calculez l’enveloppe linéaire à l’aide d’un filtre passe-bas de 4e ordre à phase zéro à 8-10 Hz. Documentez la coupure choisie.
  2. Signaux de pression de filtre passe-bas à 10-20 Hz en utilisant un filtre de 4e ordre à phase zéro. Convertir les tensions en kPa en utilisant les coefficients d’étalonnage spécifiques à l’appareil de l’étape 4.2.
  3. Alignez les enveloppes EMG avec LP et IP à l’aide de marqueurs de repérage. Vérifiez que les différences de horaire de pointe sont dans ±200 ms. Si un désalignement dépasse la tolérance, réalignez en utilisant la corrélation croisée et signalez l’essai.
  4. Rejeter les essais qui remplissent l’un des critères suivants dans la fenêtre d’activation de 3 s : (i) abandon ou saturation totalisant > 0,6 s, (ii) dérive de base dépassant 3 écarts de RMS de base sur 10 s, ou (iii) rafales d’artefact de mouvement avec pics d’enveloppe > 5 écarts de base pendant le repos. Conservez au moins trois essais valides par tâche et par participant.
  5. Résumez les paramètres de traitement du signal et les seuils de contrôle qualité dans le tableau 3.

8. Quantification des métriques et analyse des statistiques

  1. Calculer les corrélations Pearson au sein des participants entre l’EMG dérivé de PI/LIG et l’EMG conventionnel en utilisant les amplitudes d’activation par essai définies comme EMG RMS sur les 2 s centraux de la fenêtre d’activation des 3 s. Rapporter r avec des intervalles de confiance à 95 % en utilisant la transformation z de Fisher.
  2. Calculez les corrélations entre LP et IP par tâche en utilisant les mêmes fenêtres d’analyse.
  3. Évaluer l’accord entre les amplitudes EMG dérivées de PI/LIG et les amplitudes EMG conventionnelles à l’aide d’une analyse de Bland-Altman. Définissez le biais comme la différence moyenne par paires, et les limites d’accord comme biais ± 1,96 écartement de différences. Si un biais proportionnel est détecté (p < 0,05 pour la régression des différences sur les moyennes), répétez l’analyse des amplitudes transformées logarithmique et des limites de rétro-transformée.
  4. Si des blocs répétés sont disponibles, estimez la fiabilité test-retest en utilisant ICC(2,1) (effets aléatoires bidirectionnels, accord absolu, mesure unique) pour l’amplitude EMG et la pression de pic. Rapportez ICC avec des intervalles de confiance à 95 %.
    REMARQUE : Si les blocs répétés ne sont pas disponibles, omettez ICC et précisez-le explicitement dans les résultats.
  5. Préparez des graphiques charge-force time-course pour visualiser la dynamique des tâches et les comparaisons de groupes sexuels, et résumez ces profils dans le domaine temporel dans la Figure 4.
  6. Calculer le rapport signal/bruit en décibels : SNR_dB = 20·log10(RMS_active/RMS_baseline), où RMS_active est calculé sur les 2 s centraux d’activation et RMS_baseline sur le repos pré-cue de 1 s. Résumez les distributions SNR et incluez un exemple illustratif de bruit/échec pour démontrer les critères d’exclusion à la Figure 5.
  7. Comparez les femmes et les hommes sur des résumés par participant (par exemple, pression labiale maximale, EMG RMS et SNR). Testez la normalité avec Shapiro-Wilk. Utilisez le test t de Welch pour les données distribuées normalement ou Mann-Whitney U sinon. Posez α face = 0,05. Rapporter des valeurs p exactes et appliquer la correction de Holm-Bonferroni sur trois comparaisons par tâches. Préparez des comparaisons de temps de mise en place en utilisant les mêmes définitions de timing entre opérateurs et résumez-les dans la Figure 6.

9. Dépannage des problèmes courants

  1. Pour traiter un faible SNR EMG, repréparer et sécher complètement la peau, réinstaller les électrodes à un espacement de 11 ± 1 mm, confirmer l’impédance <10 kΩ, optimiser le blindage des câbles et vérifier les réglages du filtre avant de répéter un seul essai.
  2. Pour corriger la sous-réponse de pression, pressez à nouveau le tampon pour assurer un contact complet (1-2 N pendant 5 s), retirez les plis du ruban qui relie le tampon, puis répétez l’étalonnage pour répondre aux critères d’acceptation de l’étape 4.2.
  3. Pour résoudre la dérive de pression intraorale, purgez les bulles, réinstallez le cathéter à une profondeur de 10-15 mm, puis remettez le transducteur à zéro avant chaque bloc.
  4. Pour réduire les artefacts de mouvement, répéter les indices, augmenter le repos inter-procès à 15 secondes si nécessaire, et signaler les époques contaminées pour exclusion.
  5. Utilisez la matrice standardisée de dépannage du tableau 4 pour documenter les modes de défaillance, les actions correctives et les vérifications.

10. Sécurité, hygiène et élimination

  1. Utilisez des interfaces intraorales à usage unique et éliminez-les comme déchets biologiques selon la politique institutionnelle.
  2. Désinfectez les porte-plaques et les électrons réutilisables entre les participants. Documentez le désinfectant et le temps de séjour.
  3. Surveillez toute irritation ou inconfort cutané. Mettez fin immédiatement à la séance en cas d’événements indésirables et consignez l’événement pour le rapport IRB.

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Résultats

Aperçu et calibration du dispositif
L’architecture des dispositifs, le placement et le flux de travail d’étalonnage du banc sont résumés à la Figure 1. Le module intègre deux électrodes en graphène induit par laser (LIG) co-localisées sur un substrat polyimide flexible (PI) pour l’EMG ORBICULARIS ORIS (OOM-EMG) et un coussinet central de couplage de pression positionné à la surface de la lèvre supérieure, ainsi qu’une ligne intraorale dis...

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Discussion

Cet article présente un protocole de bout en bout pour la surveillance synchronisée de l’électromyographie de l’orbiculaire oris (OOM-EMG), de la pression de fermeture des lèvres (LP) et de la pression intraorale (IP) utilisant un capteur composite polyimide/graphène induit par laser (PI/LIG) flexible couplé à une chaîne d’acquisition et de traitement standardisée. La reproductibilité dans ce flux de travail dépend d’un petit nombre d’étapes critiques qui déterminent si les enregistremen...

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Serviettes de préparation à l’alcoolDynarex1113Des serviettes de préparation isopropylique à 70 % ; Nettoyage de la peau avant la pose de l’électrode
Bloc terminal BNCInstruments nationauxBNC-2110  ;À utiliser avec un câble blindé NI pour la connectivité DAQ ; Breakout/connexion pour entrées analogiques
Système de gravure/découpe laser CO2Systèmes laser universelsVLS 3,50 (CO2)Tout système laser CO2 accepté si les critères d’acceptation du Tableau 1 sont remplis ; enregistrer le modèle/réglages laser utilisés ; Schéma LIG sur PI (10,6 & mu ; classe M)
Époxy conductrice (argent)MG Chemicals8331Les conditions de guérison doivent correspondre au flux de travail mis en œuvre ; Attache en mine aux coussinets LIG (alternative optionnelle à la soudure)
Dispositif d’acquisition de donnéesInstruments nationauxUSB-6343Tout DAQ répondant aux exigences d’échantillonnage/résolution est acceptable ; enregistrer l’appareil exact utilisé ; Enregistrement multicanal synchrone (EMG & ge ; 1 kHz ; pression &ge ; 100 Hz)
Eau déioniséeFisher ScientificEau DI de qualité laboratoireEau DI de laboratoire équivalente acceptée ; Rinçage post-patron
DessiccateurKartell554 (dessicateur à vide, 250 mm)Tout dessiccateur scellé + dessiccant est accepté ; l’humidité relative et la durée du stockage des enregistrements ; Stockage à sec (RH & LE ; 30 %) pour les dispositifs finis
Électrodes de surface jetables EMGAmbuBlueSensor N (N-00-S/25)Électrodes EMG Ag/AgCl pré-gelisées équivalentes acceptées ; EMG de référence sur l’orbiculaire oris
Système de sonde à quatre pointsOssilaSystème de sonde à quatre points (T2001A5)Tout système de sonde à quatre points acceptable ; enregistrer l’espacement des sondes/points de mesure ; Résistance de la feuille (&Omega ;/figure-materials-1Ruban chirurgical hypoallergéniqueSolventumMicropore Surgical Tape 1530 (ID produit 7100273771)Ruban chirurgical hypoallergénique équivalent accepté ; Fixez un coussin de pression au niveau de la lèvre supérieure au milieu
Alcool isopropylique (IPA), &ge ; 99%Merck (Sigma-Aldrich)190764-500MLConsignez le fournisseur et le numéro de lot dans le journal de laboratoire ; Rinçage après le motif ; Nettoyage général
Manométrie/ligne de cathéter de pressionKRUUSESonde d’alimentation, 8 Fr (230811)Tout cathéter/tube répondant aux exigences de diatrophie et de sécurité est acceptable ; enregistrer le modèle exact utilisé ; Ligne de pression intraorale (IP), OD ~2&ndash ; 3 mm
MétronomeKorgMA-2Le métronome basé sur une application est acceptable si documenté (appareil + nom/version de l’application) ; Rythme (60 bpm)
MicromètreMitutoyo293-340-30 (0&ndash ; 25 mm)Tout micromètre atteignant la résolution doit être acceptable ; Vérifier l’épaisseur du PI (± ; 1 & mu ; tolérance à M)
Film polyimide (25 & mu ; m)Merck (Sigma-Aldrich)GF596270090,025 mm d’épaisseur ; enregistrer le numéro de lot ; Maintenir une épaisseur constante à chaque lot ; Substrat pour dispositif PI/LIG
Film polyimide (50 & mu ; m)Goodfellow10001067860,05 mm d’épaisseur ; enregistrer le numéro de lot ; ne mélangez pas les coefficients d’étalonnage entre les appareils ; Substrat pour dispositif PI/LIG
Transducteur de pression (sortie USB)Omega EngineeringSérie PX409-USBHSélectionnez la gamme à couvrir ± ; exigence de 20 kPa ; enregistrer la plage exacte/le modèle utilisé ; Mesure IP (résolution & le ; 0,1 kPa recommandé)
Câble blindé (68 broches)Instruments nationauxSHC68-68-EPMUtilisation avec NI BNC-2110 pour des connexions blindées ; Connectivité DAQ (USB-6343 vers le bloc terminaux)
Film élastomère en silicone (diaphragme)GoodfellowFilm élastomère en silicone 0,125 mm (Réf. 1000181130)Optionnel ; appliquer de façon constante si utilisée et enregistrer l’épaisseur/la méthode de fixation ; Diaphragme compatible en option (100 & ndash ; 200 & mu ; m)
Kit d’élastomère en silicone (PDMS)DowÉquipement SYLGARD 184Utilisez régulièrement au sein d’un lot ; le taux de mélange et les conditions de durcissement de l’enregistrement ; Encapsulation (objectif d’épaisseur sèche 10 & ndash ; 30 & mu ; m)
Fil de soudureKester24-6337-0027 (Sn63/Pb37, cœur de colophane, 0,031 in)Si une soudure sans plomb est utilisée, enregistrer les types d’alliage et de flux ; Attache en plomb (si on utilise de la soudure)
Logiciels (traitement du signal)Fondation Python SoftwarePython 3.x + NumPy/SciPy/MatplotlibDocumenter les versions exactes de Python et les packages dans Méthodes ou Méthodes Complémentaires ; Filtrage, synchronisation, statistiques, tracé

Références

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