מוצג פרוטוקול להתקנה והכנה של אלקטרודות תוך שריריות, יחד עם מכשיר מדידה ממוזער הניתן להרכבה על בעלי חיים לניתוח אלקטרומיוגרפיה (EMG) במחקרי תנועה. מערכת זו מאפשרת שידור אלחוטי של נתוני EMG בזמן אמת לחקירת התאוששות תנועה בחולדות מודל שבץ.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מוצג פרוטוקול להתקנה והכנה של אלקטרודות תוך שריריות, יחד עם מכשיר מדידה ממוזער הניתן להרכבה על בעלי חיים לניתוח אלקטרומיוגרפיה (EMG) במחקרי תנועה. מערכת זו מאפשרת שידור אלחוטי של נתוני EMG בזמן אמת לחקירת התאוששות תנועה בחולדות מודל שבץ.
שיטת מדידת האלקטרומיוגרפיה התוך-שרירית (EMG) עבור חיות ניסוי יושמה בדרכים שונות. בין שיטות אלה, קשירת כבלים למכשירי מדידה חיצוניים יכולה להגביל את תנועתם של חיות ניסוי, בעוד שמכשירים מושתלים עלולים לגרום לתופעות לוואי לא רצויות עקב נוכחות מתמדת של מכשיר בעל גודל ומשקל ניכרים. כדי לטפל בבעיות אלה, אנו מציעים מערכת מדידת EMG בעלות נמוכה, אלחוטית וניתנת להסרה והליך ניסיוני. מאמר זה מתמקד בהתקנה כירורגית של אלקטרודות חוט תוך-שריריות עם מחברים קטנים ובפיתוח המערכת האלחוטית. יש לציין כי במערכת זו, רק אלקטרודות החוט מוחדרות לגוף החיה. באמצעות מערכת זו, ניתן לבצע מדידות EMG בקלות על ידי חיבור מערכת המעגלים למחבר המותקן על גב החיה, עם ניטור בזמן אמת שניתן להשיג במחשב נייד. השיטה המוצעת מוסברת בצורה מפורטת, שלב אחר שלב, ואחריה הדגמה הכוללת החדרת אלקטרודות תוך שריריות לגפיים האחוריות של חולדה. ניסוי הליכון נערך למחקר תנועה, והאותות האלקטרופיזיולוגיים המתקבלים מתקבלים ומנותחים לאחר מכן.
אלקטרומיוגרפיה כוללת רישום פוטנציאלים חשמליים הנוצרים על ידי סיבי שריר במהלך ההתכווצות. תכונות אלה נקבעות על ידי אותות הפעלה עצביים הנשלחים מנוירונים מוטוריים לשרירים בודדים. EMG נמצא בשימוש נרחב במחקרים הקשורים לשיקום, מוטוריקה, מוח ועצבים, וניתן לסווג את שיטות המדידה באופן נרחב ל-EMG פני השטח (sEMG) ו-EMG תוך שרירי (iEMG)1. אלקטרודות פני השטח מציעות מספר יתרונות, במיוחד ביישומים לבישים, מכיוון שהן אינן פולשניות ודורשות תהליך הכנה פשוט2. ב-sEMG מושתל, התהליך הניתוחי פשוט יותר בהשוואה ל-iEMG, שבו האלקטרודה אינה צריכה לחדור לשריר. למרות יתרונות אלה, sEMG נוטה לזיהום אותות, כגון הפרעות בממשק השריר-אלקטרודה, חפצי תנועה, איכות מגע האלקטרודה ודיבור צולב של אותות משרירים סמוכים1. אתגרים אלה בעייתיים במיוחד כאשר האלקטרודות ממוקמות בסמיכות, כפי שקורה לעתים קרובות במחקרים הכוללים בעלי חיים קטנים. מצד שני, iEMG דורש הליך כירורגי נוסף לחדירת אלקטרודות. למרות השלבים הפרוצדורליים הנוספים, שיטה זו מספקת הקלטות EMG ספציפיות לשריר בדיוק רב יותר ופחות הצלבה, מכיוון שהאלקטרודות מוטמעות באופן קבוע ברקמת השריר3. במחקרים מוטוריים של בעלי חיים קטנים, iEMG מועדף מכיוון שמידע EMG ספציפי לשריר עם התקנת אלקטרודה אמינה הוא קריטי4.
דווח על מספר גישות לרכישת רישומי EMG מאלקטרודות בבעלי חיים קטנים. כבלי קשירה משמשים בדרך כלל לחיבור אלקטרודות לציוד מדידה חיצוני5,6,7,8,9,10,11, ניתן להשתיל מכשירים בתוך הגוף12, או להציב פלטפורמה לבישה אלחוטית על החיה13. כבלי קשירה הם השיטה המדווחת ביותר בשל זמינותו של ציוד מסחרי תואם למטרה זו; עם זאת, חוטי הקשירה גורמים לאי נוחות לבעלי החיים, ותנועתם מוגבלת לעתים קרובות על ידי הכבלים, מה שעלול להשפיע על המחקר. מכשירים מושתלים מציעים פתרונות אלחוטיים, אך חיי הסוללה המוגבלים שלהם עשויים להגביל את משך הניסויים. בנוסף, הגודל והמשקל של מכשירים המותקנים באופן קבוע עלולים לגרום ללחץ ואי נוחות לבעלי החיים, מה שעלול להשפיע על המחקר. טכניקות העברת כוח אלחוטיות הוצעו כדי לטפל בבעיות במכשירים מושתלים, אך שמירה על קישור אנרגיה אמין למכשיר קטן היא בדרך כלל קשה מאוד14. יתר על כן, חשיפה לשדות אלקטרומגנטיים גבוהים עלולה להוביל לתוצאות בלתי צפויות, כגון תפקוד חיסוני מופחת ושינויים ניווניים פוטנציאליים במוח15,16.
מערכת הרכישה יכולה להיות מיושמת גם כפלטפורמה אלחוטית לבישה המטפלת בעיבוד אותות ומעבירה באופן אלחוטי את הקלטות ה-EMG לתחנת בסיס. למרות שזו השיטה המועדפת, היא מהווה אתגר טכני עבור המשתמשים, ופרטי הניסוי לרוב אינם מטופלים במלואם בספרות.
בעבודה זו אנו מציגים שיטת רכישת EMG פשוטה, זולה ואמינה למחקרי תנועה בבעלי חיים קטנים. זוג אלקטרודות iEMG מושתלות בשרירי הגפיים האחוריות של חולדה, בעוד ששאר מערכת קליטת האותות, כולל הגברה, ממיר אנלוגי לדיגיטלי וטלמטריה אלחוטית, מותקנת על גב החיה. נתוני ה-EMG מועברים למחשב אישי לניטור בזמן אמת, כאשר הנתונים נרשמים באופן מקומי. ניסוי תנועה בהליכון נערך כדי להדגים את המערכת במחקר התאוששות משבץ מוחי.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
אישור כל הנהלים והפרוטוקולים האתיים והניסויים ניתן על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים תחת בקשה מס'. CGU1-2021-IA0041. במחקר זה נעשה שימוש בחולדת Sprague-Dawley זכר בן 7 שבועות. פרטי הריאגנטים והציוד מפורטים בטבלת החומרים.
1. הכנת בעלי חיים
2. הכנת אלקטרודות
3. ניתוח
4. תכנון וייצור מעגלים מודפסים (PCB)
5. תצורת תוכנה
6. מבחן הליכון
7. ניתוח נתונים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
במחקר זה, מוצגת שיטה אלחוטית פשוטה לרכישת EMG. למרות שנדרש הליך כירורגי, רק האזור הספציפי להחדרת האלקטרודות וקיבוע המחבר נחתך חלקית, מה שמפחית משמעותית את העומס על בעל החיים. בהדגמה זו, אלקטרודות הוכנסו לגפיים התחתונות, אך ניתן לבצע מחקרים אלקטרופיזיולוגיים דומים באזורים שונים אחרים באמצעות אותה שיטה. גישה זו מציעה את היתרון של מדידה רציפה של אות אלקטרופיזיולוגי ללא צורך בכבלי חיבור וללא הטלת הגבלות התנהגותיות. ל-PCB של המעגל יש קוטר של 9 mm, גובה של 3 mm, ומשקל כולל של 3 g. החלפת הסוללה ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
עבודה זו מציגה מערכת רכישה אלקטרומיוגרפיה (EMG) שהיא קטנה, קלה למימוש, בעלות נמוכה ואלחוטית. המערכת מונעת ביעילות ירידה באותות הנגרמת על ידי כבלים, מכיוון שהיא אינה מסתמכת על ציוד מדידה חיצוני קווי כלשהו. על ידי הרכבת המחבר מאחור במקום הראש, התהליך הכירורגי הופך לקל יותר באופן משמעותי, ומפחית את הסיכון לסיבוכים. הגדרה זו גם ממזערת את הסיכוי שהפלטפורמה תתנגש בקירות צדדיים, מה שעלול להוביל לחפצי אות. בנוסף, זה מקל על עייפות הצוואר, מכיוון שהמשקל המרוכז אינו מונח על הראש.
הפרוטוקול כולל מספר שלבי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
לכל המחברים אין ניגוד אינטרסים.
מחקר זה מומן על ידי קרן המחקר הלאומית של קוריאה (NRF-2020M3A9E4104385) ופרויקט פיתוח מכשירים ננו-רפואיים של המרכז הלאומי לננו פאב (מספר מענק: 1711160154).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| צלחת ניקל בעובי 0.2 מ"מ | כל ספק | ||
| להדפסת תלת מימד | קוביקון | A-100 | |
| בן 7 שבועות RAT | JABIO | SD (DBL) [7W M] | |
| דבק | Okong | 1028453 | לאבטחת מגן |
| ANT1 | Johanson Technology Inc. | 2450AT07A0100001T | |
| C1, C15, C16, C20 | Vishay | 1n | 0201(0603)מטרי |
| C10, C13 | Vishay | 100p | 0201(0603)מטרי |
| C11, C12 | Vishay | 4p | 0201(0603)מטרי |
| C14, C19 | Vishay | 0.39n | 0201(0603)מטרי |
| C2, C17 | Vishay | 22n | 0201(0603)מטרי |
| C3, C5, C6 | Vishay | 0.1u | 0201(0603)מטרי |
| C4, C18 | Vishay | 2.2u | 0201(0603)מטרי |
| C7 | Vishay | 4.7u | 0402(1005)מטרי |
| C8, C21 | Vishay | 1u | 0201(0603)מטרי |
| C9 | Vishay | 1p | 0201(0603) |
| כלוב | JEUNG DO B& P | JD-C-02 | |
| מטלית נקייה | קימברלי | 41112 | |
| אביזר מחבר | Harwin | M20-1060400 | פלסטיק דיור |
| אביזר מחבר | Harwin | M20-1180042 | חלק מתכת |
| קוצץ שיער חשמלי | Buzz | RFC-928 | |
| אקדח חום | QUICK | 861DW | |
| IC1, IC3 | מכשיר אנלוגי | AD8232 | למדידת EMG AFE |
| IC2 | מוליכים למחצה נורדיים | nRF52832-CIAA | |
| Isoflurane | Hana Pharm | 657801261 | |
| L1 | Vishay | 3.3n | 0201(0603) |
| סוללת Li-po | TheHan | TW402025 13 מ"מ * 10 מ"מ * 4 מ"מ, 30mAh | |
| ראש פינים | Harwin | M22-2530505 | |
| R1, R2, R9, R10, R13, R14, R21, R22 | Vishay | 10M | 0201(0603)מטרי |
| R11, R23 | Vishay | 100k | 0201(0603)מטרי |
| R12, R24 | Vishay | 1M | 0201(0603)מטרי |
| R3, R4, R5, R7, R15, R16, R17, R19 | Vishay | 180k | 0201(0603)מטרי |
| R6, R18 | Vishay | 160k | 0201(0603)מטרי |
| R8, R20 | Vishay | 768k | 0201(0603) |
| חוט הלחמה | מטרי אלפא מתכת | SACX0307 | |
| ברזל הלחמה | Hakko | FX-951 | |
| חוטי נירוסטה מצופים טפלון | A-M Systems | 793200 | |
| מחט תפרים | AILEE | 301289 | |
| חוט תפר | Ethicon | 604G | |
| הליכון | Daejong Bio | DJ2-243 | |
| U1 | טורקס מוליכים למחצה | XC6204B332DR-G | |
| Y1 | Murata אלקטרוניקה | XRCTD32M000N1P1AR0 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.