Artigo de método

Sensor de filme de grafeno-poliimida induzido a laser para eletromiografia labial simultânea e monitoramento de pressão em reabilitação 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

Neste artigo

Resumo

Este protocolo descreve a fabricação, calibração e uso de um sensor PI/LIG flexível para medir sincronizadamente o OOM-EMG, pressão de fechamento do lábio e pressão intraoral durante tarefas padronizadas de lábio, enfatizando a reprodutibilidade por meio de critérios de aceitação, encapsulamento de mitigação de umidade, calibração específica do dispositivo, posicionamento padronizado, aquisição sincronizada e regras pré-definidas de processamento e controle de qualidade.

Resumo

A quantificação simultânea da ativação do músculo perioral e das pressões relacionadas aos lábios pode apoiar a avaliação objetiva da função orofacial, porém medições convencionais são comumente realizadas com sensores separados que são difíceis de sincronizar durante tarefas dinâmicas. Aqui, apresentamos um protocolo reprodutível para registro sincronizado da eletromiografia oricular do oris (OOM-EMG), pressão de fechamento do lábio (LP) e pressão intraoral (IP), utilizando um sensor compósito flexível à base de filme poliimida (PI) com eletrodos de grafeno induzido a laser (LIG) e uma almofada integrada de acoplamento de pressão. O protocolo especifica padronização a laser com critérios de aceitação elétrica pré-especificados, encapsulamento seletivo destinado a medições de curta duração, calibração em bancada para conversão específica de tensão para pressão do dispositivo, marcos anatômicos padronizados para interfaces periorais e intraorais, uma bateria de tarefas (fechamento do lábio, sopramento e sucção), requisitos de aquisição sincronizada e regras centrais de processamento de sinal e qualidade de ensaios. Registros representativos em 120 adultos saudáveis demonstram captura multimodal sincronizada sob condições padronizadas, com EMG derivado de PI/LIG mostrando associação moderada com EMG de superfície convencional (mulheres r = 0,65; homens r = 0,68) e LP fortemente acoplada ao IP dentro das mesmas janelas de tarefa (r = 0,90). O artigo deste método oferece um fluxo de trabalho completo e orientado à replicação para medição perioral multimodal em ambientes de pesquisa supervisionada; Validação em coortes de pacientes e durabilidade sob exposição prolongada à umidade oral e deformação mecânica repetida devem ser avaliadas em estudos futuros.

Introdução

Os músculos dos lábios são fundamentais para a articulação da fala, deglutição, expressão facial e competência oral. Transtornos neurológicos, AVC e intervenções maxilofaciais podem prejudicar essas funções, levando a limitações clinicamente significativas na comunicação e alimentação e reduzindo a qualidade devida 1. A quantificação objetiva da ativação do músculo perioral, juntamente com a geração de força ou pressão, é, portanto, valiosa para avaliação funcional e planejamento de reabilitação. Em particular, a medição sincronizada da eletromiografia orbicular oris (OOM-EMG), pressão de fechamento labial (PL) e pressão intraoral (IP) oferece perspectivas complementares sobre como a ativação neural se traduz na produção de pressão relevante para a tarefa durante comportamentos comumente usados em terapia e acompanhamentode resultados 2.

No entanto, a aquisição integrada desses sinais continua técnica e operacionalmente desafiadora. Em muitos laboratórios e ambientes de pesquisa clínica, medições de EMG e pressão são implementadas como subsistemas separados, aumentando a carga de preparação e tornando o alinhamento do tempo mais propenso a erros durante tarefas curtase dinâmicas 3. O EMG perioral é particularmente vulnerável a artefatos de movimento e instabilidade de interface, e a umidade do ambiente perioral e oral pode aumentar o ruído de base, reduzindo a relação sinal-ruído eficaz e complicando a comparabilidade entre sessões4. Medições de pressão introduzem sensibilidades adicionais, pois a fixação e a mecânica local do contato podem alterar amplitudes medidas, e transdutores rígidos podem reduzir a tolerabilidade durante testes repetidos ou sessõesmais longas 5. Juntas, essas restrições limitam o uso rotineiro de EMG perioral sincronizado e alinhado à tarefa, além do monitoramento de pressão relacionado aos lábios fora de fluxos de trabalho especializados 6,7.

Filmes de poliimida flexível (PI) fornecem um substrato prático para a detecção perioral porque são finos, conformáveis, quimicamente estáveis e amplamente utilizados para interfaces biomédicas. Grafeno induzido por laser (LIG) padronizado diretamente sobre PI forma uma rede condutora porosa que pode funcionar como eletrodo conforme sem carcaçasvolumosas 8,9. A integração de eletrodos LIG e uma estrutura de acoplamento por pressão no mesmo substrato PI permite o registro OOM-EMG co-localizado e a detecção de pressão na superfície dos lábios, minimizando a massa adicional nos lábios. Quando combinada com critérios explícitos de aceitação de fabricação, encapsulamento de mitigação de umidade, marcos padronizados de colocação e definições fixas de tempo de tarefas, tal integração pode melhorar a reprodutibilidade e a interpretabilidade de registros periorais multimodais entre operadores e locais10,11.

Aqui, descrevemos um protocolo reproduzível para fabricar, calibrar e implantar um sensor composto PI/LIG para gravação sincronizada de OOM-EMG, LP e IP durante tarefas padronizadas de lábios. O protocolo enfatiza detalhes orientados à replicação, abrangendo verificações de fabricação e aceitação de qualidade, calibração específica de bancada para conversão voltagem-pressão, procedimentos padronizados de colocação e higiene, requisitos de aquisição sincronizados e regras pré-definidas de processamento de sinal e exclusão de testes. Registros representativos em adultos saudáveis são incluídos para demonstrar viabilidade em sessões curtas sob condições padronizadas, enquanto a validação do paciente e a durabilidade a longo prazo sob exposição contínua à umidade oral e deformação mecânica repetida são posicionados como prioridades para trabalhos futuros, em vez de serem inferidos a partir do atual conjuntode dados 12.

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Protocolo

Este estudo foi aprovado e conduzido de acordo com as diretrizes do comitê ético da Universidade Jiao Tong de Xangai. O consentimento informado por escrito foi obtido de cada participante antes do estudo.

1. Ética e consentimento

  1. Obtenha aprovação ética institucional antes da inscrição e registre o ID do protocolo e a data de aprovação para o relatório.
  2. Obtenha consentimento informado por escrito de cada participante. Documente a versão e data do formulário de consentimento.

2. Fabricação dos elementos sensorivos PI/LIG

  1. Corte filme de poliimida na área de impacto. Use uma espessura de filme de 25 μm ou 50 μm. Verifique a espessura com um micrômetro (tolerância ±1 μm) e registre o número do lote.
    NOTA: Mantenha a espessura consistente dentro de cada lote. Se ambas as espessuras forem usadas, calibre cada dispositivo individualmente (passo 4.2) e não misture os coeficientes de calibração entre dispositivos.
  2. Padrão de grafeno induzido por laser no filme de poliimida para formar dois eletrodos EMG orbicularis oris e uma almofada central de acoplamento de pressão. Para um laser de CO2 (10,6 μm), ajuste a potência média na superfície de trabalho para 4,0 W, ajuste a velocidade de varredura para 150 mm/s, ajuste o espaçamento das escotilhas para 50 μm (aproximadamente 508 dpi), aplique duas passagens, aplique desfocamento de +1,0 mm e use uma escotilhade direção única 13.
    1. Aceite apenas dispositivos que atendam a todos os critérios: (i) LIG preto fosco visualmente uniforme, (ii) resistência da folha de 20-60 Ω/□ por sonda de quatro pontos, (iii) coeficiente de variação dentro da base ≤15% em pontos de medição pré-definidos, e (iv) nenhum furo maior que 100 μm sob aproximadamente 10×inspeção 14.
    2. Se um sistema de laser diferente for utilizado, ajuste as configurações de padronização até que os critérios de aceitação do passo 2.2.1 sejam atendidos e registre todas as configurações de laserusadas 15.
      NOTA: Resuma os parâmetros de padronização a laser e os critérios de aceitação em nível de lote na Tabela 1.
  3. Enxágue o filme padronizado sob água desionizada por 30 segundos sem esfregar a superfície do LIG. Enxágue sob isopropanol por 30 segundos. Sece ao ar por pelo menos 10 minutos em um terrário sem poeira.
  4. Encapsule todas as regiões sem contato para mitigar a entrada de umidade e estabilizar o manuseio mecânico. Aplique uma camada de poliuretano ou polidimetilsiloxano (PDMS) de grau médico em todas as regiões que não entrem diretamente em contato com a pele ou não suportem carga na superfície dos lábios, visando uma espessura seca de 10-30 μm.
    1. Mascare as almofadas de contato EMG e a almofada de pressão central antes de aplicar o revestimento para que essas interfaces de detecção permaneçam totalmente expostas após a cura. Após a cura, confirme visualmente um filme de encapsulamento contínuo com limites limpos e nítidos ao redor das almofadas expostas, sem furos de ponta, acúmulo ou elevação das bordas nos cantos concentradores de tensão (veja a Figura 1E-F para dispositivos representativos fabricados e encapsulados seletivamente).
    2. Adicione alívio de deformação na transição entre a base e conduta de forma que o raio mínimo de flexão seja ≥3 mm para reduzir a concentração de tensão durante o manuseio eposicionamento 16.
    3. Se o PDMS for utilizado, prepare e cure a encapsulação de forma consistente dentro de cada lote. Desgasifice o PDMS antes do revestimento para remover as bolhas aprisionadas, aplique o revestimento de forma uniforme e cure a 70 °C por 30 minutos. Após a cura, reinspecione os limites expostos da base para confirmar que nenhum PDMS residual atravessa as áreas de detecção.
      NOTA: Use um material de encapsulamento consistentemente dentro de um lote sempre que possível. Se os materiais de encapsulamento mudarem entre os lotes, repita as verificações de aceitação nos passos 2.6 e 4.2 para cada lote.
  5. (Opcional) Lamine um diafragma flexível sobre a almofada de pressão para melhorar a transferência de força. Lamine um diafragma de silicone (100-200 μm) centralizado sobre a almofada de pressão e fixe-o usando adesivo aplicado apenas no perímetro. Certifique-se de que nenhum adesivo obstrua a área de detecção e que a superfície do diafragma permaneça plana, sem rugas. Inspecionar sob aproximadamente 10× de ampliação e rejeitar dispositivos com oclusão ou desalinhamento visível.
    NOTA: Se um diafragma for usado, aplique-o consistentemente entre os participantes dentro de um braço resistente e documente a espessura e o método de fixação do diafragma.
  6. Armazene os dispositivos finalizados sob umidade controlada e verifique a estabilidade elétrica antes do uso. Armazene os dispositivos em um dessecador a 20-25 °C e ≤30% de umidade relativa por até 7 dias antes do uso.
    1. Remeça a resistência da folha imediatamente antes do uso, nos mesmos locais pré-definidos usados após a fabricação. Aceite dispositivos com ≤5% de deriva em relação ao valor pós-fabricação e exclua dispositivos que excedam esse limite do testeparticipante 17.
  7. Desafio de umidade de curto prazo para integridade de encapsulamento (realizado)
    1. Coloque cada dispositivo em uma câmara de umidade selada a 85 ± 5% de umidade relativa e 25 ± 2 °C por 60 minutos, garantindo que as pastilhas EMG expostas e a base de pressão permaneçamdestapadas 18.
    2. Remova o dispositivo e mantenha o equilíbrio em condições ambientes (20-25 °C, 40-60% de HR) por 10 minutos.
    3. Remeça a resistência da folha nos mesmos locais pré-definidos usados no passo 2.2.1.
    4. Defina critérios de passagem como deriva de resistência da chapa ≤10% em relação ao valor pós-fabricação e sem delaminação visível, bolhas ourachaduras 19.
      NOTA: Neste estudo, o desafio de umidade foi realizado em n = 12 dispositivos distribuídos em 2 lotes, resultando em uma média de deriva de 3,9 ± 1,8% (faixa de 1,1 a 8,6%) com 12/12 dispositivos atendendo aos critérios de aprovação (Tabela Suplementar 1).
  8. Teste de durabilidade da flexão cíclica para fragilidade e deriva do LIG (realizado)
    1. Monte cada dispositivo em um gabarito de flexão, aplicando flexão repetida a um raio fixo de 5 mm, com a região padronizada centralizada no eixo de flexão.
    2. Aplique 1.000 ciclos a 1 Hz (uma liberação por flexão por segundo)20.
    3. Meça a resistência da folha no ponto de partida (0 ciclos) e após 100, 500 e 1.000 ciclos.
    4. Defina critérios de aprovação como: (i) deriva ≤15% na contagem final do ciclo, (ii) ausência de saltos súbitos de resistência >30% entre os pontos de verificação, e (iii) ausência de rachaduras ou delaminação visíveis sob aproximadamente 10× inspeção21.
      NOTA: Neste estudo, o teste de flexão foi realizado em n = 12 dispositivos, e a deriva do ciclo final foi de 6,2 ± 3,4% (intervalo de 1,4 a 13,9%). Não foram observados saltos abruptos de resistência em 12/12 dispositivos, e 12/12 atenderam a todos os critérios de aprovação (Tabela Suplementar 1).
    5. Se algum dispositivo não cumprir os critérios, refabrice o padrão LIG, revise a cobertura de encapsulamento nas bordas concentradoras de tensão e repita o teste usando o mesmo raio e frequência do gabarito.
  9. Exposição simulada à saliva e verificação de vazamento de isolamento (realizada)
    1. Prepare uma solução simulada de saliva em pH 6,8-7,2 e equilibre a 37 °C.
    2. Proteja as almofadas EMG expostas e a almofada de pressão com uma máscara removível para que apenas as regiões encapsuladas sejam desafiadas. Imerga o aparelho a 37 °C por 60 minutos com agitação suave (por exemplo, 60 rpm)22.
    3. Remova o dispositivo, enxágue com água desionizada por 10 segundos e sece ao ar por 10 minutos em condições ambientes.
    4. Meça a resistência de isolamento entre chumbo a 10 VDC e registre o valor.
    5. Defina critérios de aprovação como: (i) resistência de isolamento >20 MΩ, (ii) desvio de resistência da folha ≤10% em relação à linha de base, e (iii) ausência de queda de sinal ou contato intermitente durante um registro de banco de 30 s23.
      NOTA: Neste estudo, a exposição simulada à saliva foi realizada em n = 12 dispositivos. A resistência mínima de isolamento pós-exposição foi de 64 MΩ, e a deriva da resistência da folha foi de 4,6 ± 2,1% (faixa de 0,9 a 9,2%). Todos os critérios de aprovação foram atendidos por dispositivos 12/12 (Tabela Suplementar 1). Se a resistência do isolamento diminuir abaixo do limite, não use o dispositivo nos participantes. Reencapsule as regiões de entrada suspeitas e repita os passos 2.9.1-2.9.6. Resuma todos os pontos de ajuste da câmara, parâmetros de flexão, condições de exposição, tamanhos de amostra e resultados de deriva como metadados em nível de lote na Tabela Suplementar 1. Se necessário, forneça curvas de deriva por dispositivo na Tabela Suplementar 2.

3. Montar o módulo e os canais de referência

  1. Conecte cabos flexíveis às pastilhas LIG usando solda ou epóxi condutor. Se for usado epóxi condutor, cure a 80 °C por 30 minutos.
    1. Verifique a resistência de cabo ponta a ponta <50 Ω. Encaminhe os cabos para um conector blindado e prenda o cabo para minimizar puxões na interface do pad.
  2. Prepare canais de referência.
    1. Prepare eletrodos EMG de superfície convencionais para gravação da orbicular oris.
    2. Prepare um canal de referência de pressão intraoral usando uma linha de manometria (diâmetro externo 2-3 mm) e um transdutor de pressão (faixa ±20 kPa; resolução ≤0,1 kPa).
  3. Confirme a continuidade elétrica e o isolamento. Meça a resistência de isolamento entre chumbos >20 MΩ a 10 VDC. Mapeamento de canal de documentos.

4. Calibração de bancada e verificações de segurança

  1. Meça a impedância do caminho do eletrodo a 100 Hz usando (i) uma verificação padronizada do contato da pele durante a configuração ou (ii) um fantasma em gel usado consistentemente entre dispositivos. Aceite canais com impedância <10 kΩ e registre os valores de impedância.
    1. (Cheque recomendado) Remeça a impedância eletrodo-pele após a bateria de tarefa e repita a colocação se a impedância aumentar em >20% em relação à linha de base.
  2. Calibre a almofada de pressão e a linha de pressão intraoral usando pressões conhecidas de 0 a 10 kPa.
    1. Aplique pressões a 0, 1, 2, 3, 4, 5, 7,5 e 10 kPa, com um contínuo de 3 s em cada etapa. Repita a sequência três vezes antes do teste participante e uma vez após o teste.
    2. Se usar uma coluna d'água, converta a altura h (cmH₂O) para kPa usando: kPa = 0,0980665 × h.
    3. Ajuste um modelo linear kPa = a· V + b. Aceitar calibrações que atendam a todos os critérios: R² ≥0,995, residual absoluto máximo ≤0,2 kPa, e deriva de inclinação pré vs pós-experimento ≤1% da escala total.
    4. Salve os coeficientes de calibração específicos do dispositivo para conversão offline de tensão para kPa.
      NOTA: Se os critérios de calibração não forem atendidos, não prossiga com os testes dos participantes. Reconstrua ou reencapsule o dispositivo e repita a calibração. Apresente curvas de calibração representativas junto com a visão geral do dispositivo na Figura 1.
  3. Desinfete todas as partes em contato com a pele usando álcool isopropílico 70%. Aplicar desinfecção de uso único ou de alto nível para partes intraorais de acordo com a política institucional. Registre o desinfetante e o tempo de permanência.
  4. Arredondar e encapsular as bordas expostas do LIG para evitar abrasão. Confirme a ausência de bordas afiadas usando um teste de encaixe na ponta dos dedos.
    NOTA: Se ocorrer engasgo, reencapsule imediatamente ou substitua o dispositivo.

5. Preparar os participantes e posicionar sensores

  1. Faça triagem de adultos saudáveis e registre dados demográficos conforme especificado na Tabela 2. Exclua indivíduos com lesões orais ativas ou doença respiratória aguda.
  2. Sente-se o participante ereto com suporte para as costas, flexão do quadril ~90° e posição neutra do queixo.
  3. Limpe a borda superior do vermelho vermelho com lenços alcoólicos 70%. Deixe a pele secar ao ar por pelo menos 30 segundos.
  4. Coloque os eletrodos PI/LIG EMG ao longo do orbicular superior do or.
    1. Alinhe o par de eletrodos paralelo à borda superior do vermelho e centre o arranjo na linha média facial. Ajuste a distância entre o centro e o centro entre eletrodos para 11 ± 1 mm e certifique-se de que ambas as almofadas de contato fiquem planas, sem amassar ou levantar as bordas.
    2. Coloque o eletrodo de referência na bochecha ipsilateral sobre uma região de baixo movimento e coloque o eletrodo de terra no antebraço.
    3. Verifique contato estável confirmando que a interface eletrodo-pele permanece totalmente aderida durante um breve ensaio de fechamento dos lábios e que o alívio da tensão do chumbo impede puxões na interface da almofada ( veja a Figura 1G para a posição representativa).
  5. Fixe a almofada de pressão na linha média do lábio superior.
    1. Posicione a almofada de acoplamento de pressão de modo que seu centro fique alinhado com a linha média do filtrum e a superfície da almofada toque totalmente na borda sem se estender para a pele cutânea. Fixe o pad usando fita cirúrgica hipoalergênica aplicada nas margens do dispositivo, evitando sobreposição da fita na área de detecção.
    2. Aplique aproximadamente 1-2 N de pressão na ponta dos dedos por 5 segundos para encaixar a almofada e eliminar microespaços, depois confirme visualmente contato total (sem clareamento visível e sem fita "ponteando" sobre a almofada). Se for usado um diafragma complacente, certifique-se de que ele permaneça centralizado e não ocluído após a fixação (Figura 1G).
  6. Insira o cateter de pressão intraoral e estabilize a linha.
    1. Insira o cateter centralmente entre os lábios fechados a uma profundidade de 10-15 mm, garantindo que o tubo não toque as bordas dos dentes ou dobre bruscamente na margem do lábio. Confirme o conforto do participante e a respiração desobstruída.
    2. Zere o transdutor de pressão na pressão atmosférica imediatamente antes de registrar e verifique novamente a linha de base após a fixação.
    3. Fixe a linha do cateter na bochecha com fita adesiva e a encaminhe para trás para minimizar a transferência de movimento durante as tarefas; certifique-se de que a linha não esteja sob tensão e não puxe a borda durante o sinalização (Figura 1G).
  7. Deixe 2-3 minutos para estabilização. Registre pelo menos 30 segundos de linha de base.
  8. Colete os resultados de usabilidade e tolerabilidade relatados pelos participantes (realizados).
    1. Após completar a bateria completa de tarefas (seção 6), peça ao participante que avalie a usabilidade usando uma escala numérica de avaliação de 0 a 10 (0 = pior/mais difícil, 10 = melhor/mais fácil) para os seguintes itens: (i) conforto geral do sensor labial PI/LIG, (ii) conforto da interface/cateter de pressão intraoral, (iii) facilidade para realizar as tarefas padronizadas enquanto uso o sistema, e (iv) disposição para repetir o procedimento em uma sessão futura.
    2. Registre as avaliações em um formulário padronizado de uma página e documente se algum desconforto exigiu pausa ou encerramento da sessão (sim/não) e o motivo principal (texto livre).
  9. Documente o tempo de configuração reportado pelo operador (realizado).
    1. Comece um cronômetro quando a preparação da pele começar (passo 5.3). Pare o tempo quando as linhas de base estáveis forem obtidas em todos os canais (fim do passo 5.7).
    2. Registre o tempo de configuração (mínimo) para cada participante e operador. Se for necessário substituir, inclua o tempo extra e registre o motivo.
  10. Relate itens de usabilidade e resumos.
    1. Forneça a redação exata dos itens de usabilidade e os âncoras na Tabela Suplementar 3.
    2. Resuma os resultados de usabilidade relatados pelos participantes como mediana (IQR) para cada item no geral e por grupo de sexo na Tabela Suplementar 4. Resuma o tempo de preparação usando as mesmas estatísticas e definição de tempo na Figura 6 ou em uma tabela equivalente.
      NOTA: Se alguma sessão for interrompida devido a desconforto, registre a tarefa no momento da interrupção, a interface afetada (sensor labial vs cateter intraoral) e se algum evento adverso ocorreu. Inclua esses eventos no resumo de monitoramento de segurança nos resultados.

6. Padronizar tarefas e adquirir dados

  1. Forneça sinais verbais padronizados acompanhados por um metrônomo de 60 bpm. Demonstre cada tarefa uma vez.
  2. Instrua o participante a completar três tarefas mantendo a respiração e a postura da mandíbula consistentes.
    1. Instrua o participante a fechar os lábios firmemente sem apertar a mandíbula (fechar os lábios).
    2. Instrua o participante a gerar pressão positiva através dos lábios franzidos (soprando).
    3. Instrua o participante a gerar pressão negativa através de uma interface semelhante a um canudo (sucção).
  3. Registre cinco tentativas por tarefa usando um paradigma de ativação de 3 s e 10 s de repouso. Randomize a ordem das tarefas entre os participantes usando um cronograma de quadrado latino.
  4. Adquira todos os canais de forma síncrona. Amostre EMG em ≥1 kHz com resolução de ≥16 bits. Pressione de amostra em ≥100 Hz. Aplique anti-aliasing apropriado. Se filtros de hardware não estiverem disponíveis, aplique filtros digitais passa-baixa correspondentes abaixo da frequência de Nyquist. Anote artefatos (fala, engolir, tosse) durante a aquisição.
  5. Pré-especificar endpoints de análise para resultados de correlação e concordância e preparar rastreamentos sincronizados de tarefas para verificar o tempo e o alinhamento do canal.
    NOTA: Resuma os resultados de correlação/concordância na Figura 2 e forneça traços representativos sincronizados de tarefas na Figura 3.

7. Processamento de sinais e aplicação do controle de qualidade

  1. Filtre EMG usando um filtro passa-banda Butterworth de 4ª ordem de fase zero (20-450 Hz). Aplique um filtro de entalhe a 50 ou 60 Hz de acordo com a frequência local da rede. Corriga o sinal e calcule o envelope linear usando um filtro passa-baixa de 4ª ordem de fase zero em 8-10 Hz. Documente o corte escolhido.
  2. Sinais de pressão de filtro passa-baixa em 10-20 Hz usando um filtro de 4ª ordem em fase zero. Converta tensões para kPa usando os coeficientes de calibração específicos do dispositivo a partir do passo 4.2.
  3. Alinhe envelopes EMG com LP e IP usando marcadores de cue. Verifique se as diferenças de horários de pico estão dentro de ±200 ms. Se o desalinhamento exceder a tolerância, realinhe usando correlação cruzada e sinalize o ensaio.
  4. Rejeitem ensaios que atendam a qualquer um dos seguintes critérios dentro da janela de ativação de 3 s: (i) abandono ou saturação totalizando > 0,6 s, (ii) deriva da linha de base superior a 3 DS de RMS basal ao longo de 10 s, ou (iii) explosões de artefatos de movimento com picos de envelope > 5 SD de linha de base durante o repouso. Manter pelo menos três ensaios válidos por tarefa e participante.
  5. Resuma as configurações de processamento de sinal e os limiares de controle de qualidade na Tabela 3.

8. Quantificar métricas e analisar estatísticas

  1. Calcule as correlações de Pearson dentro do participante entre EMG derivado de PI/LIG e EMG convencional usando amplitudes de ativação por ensaio definidas como EMG RMS nos 2 s centrais da janela de ativação de 3 s. Relate r com intervalos de confiança de 95% usando a transformação z de Fisher.
  2. Calcule correlações entre LP e IP por tarefa usando as mesmas janelas de análise.
  3. Avalie a concordância entre as amplitudes de EMG derivadas de PI/LIG e EMG convencionais usando análise de Bland-Altman. Defina viés como a diferença média de pares, e limites de concordância como viés ± 1,96 DS de diferenças. Se for detectado viés proporcional (p < 0,05 para regressão de diferenças em médias), repetir a análise das amplitudes transformadas logarítmicamente e limites de transformação retroativa.
  4. Se houver blocos repetidos disponíveis, estime-se a confiabilidade do teste-reteste usando ICC(2,1) (efeitos aleatórios bidirecionais, concordância absoluta, medida única) para amplitude e pressão máxima em EMG. Relate ICC com intervalos de confiança de 95%.
    NOTA: Se blocos repetidos não estiverem disponíveis, omita o ICC e declare isso explicitamente nos Resultados.
  5. Prepare gráficos de carga-força de tempo-curso para visualizar dinâmicas de tarefas e comparações de grupos sexuais, e resuma esses perfis no domínio do tempo na Figura 4.
  6. Calcule a razão sinal-ruído em decibéis: SNR_dB = 20·log10(RMS_active/RMS_baseline), onde RMS_active é calculado sobre os 2 s centrais de ativação e RMS_baseline sobre o descanso pré-cue de 1 s. Resuma as distribuições de SNR e inclua um exemplo ilustrativo de ruído/falhado para demonstrar critérios de exclusão na Figura 5.
  7. Compare mulheres e homens em resumos por participante (por exemplo, pressão labial máxima, EMG RMS e SNR). Teste a normalidade usando Shapiro-Wilk. Use o teste t de Welch para dados normalmente distribuídos ou Mann-Whitney U caso contrário. Coloque em dois lados α = 0,05. Reporte valores p exatos e aplique a correção de Holm-Bonferroni em três comparações tarefa a tarefa. Prepare comparações de tempo de configuração usando as mesmas definições de temporização entre operadores e resuma-as na Figura 6.

9. Solução de problemas comuns

  1. Para tratar baixo EMG SNR, reprepare e seque totalmente a pele, recoloque os eletrodos com espaçamento de 11 ± 1 mm, confirme impedância <10 kΩ, otimize a blindagem do cabo e verifique as configurações do filtro antes de repetir uma única tentativa.
  2. Para corrigir a sub-resposta à pressão, pressione novamente a almofada para garantir contato total (1-2 N por 5 s), remova as rugas da fita que fazem a ponte e repita a calibração para atender aos critérios de aceitação da etapa 4.2.
  3. Para resolver a deriva de pressão intraoral, purge as bolhas, recoloque o cateter a 10-15 mm de profundidade e re-zere o transdutor antes de cada bloqueio.
  4. Para reduzir artefatos de movimento, ensaie os sinais, aumente o descanso entre os julgamentos para 15 s quando necessário e sinalize épocas contaminadas para exclusão.
  5. Use a matriz padronizada de solução de problemas na Tabela 4 para documentar modos de falha, ações corretivas e verificações de verificação.

10. Segurança, higiene e descarte

  1. Use interfaces intraorais de uso único e as descarte como resíduos biohazardos conforme a política institucional.
  2. Desinfete suportes e eletrodos reutilizáveis entre os participantes. Documente o desinfetante e o tempo de permanência.
  3. Monitore irritação ou desconforto na pele. Encerre a sessão imediatamente se ocorrerem eventos adversos e registre o evento para o relatório do IRB.

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Resultados

Visão geral e calibração do dispositivo
A arquitetura do dispositivo, o posicionamento e o fluxo de trabalho de calibração do banco estão resumidos na Figura 1. O módulo integra dois eletrodos de grafeno induzido a laser (LIG) co-localizados em um substrato flexível de poliimida (PI) para o EMG ORBICULARIS ORIS (OOM-EMG) e uma almofada central de acoplamento de pressão posicionada na superfície do lábio superior, juntamente com uma linha ...

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Discussão

Este artigo relata um protocolo completo para monitoramento sincronizado da eletromiografia orbicularis oris (OOM-EMG), pressão de fechamento dos lábios (LP) e pressão intraoral (IP) usando um sensor compósito flexível de poliimida/grafeno induzido por laser (PI/LIG) acoplado a uma pipeline padronizada de aquisição e processamento. A reprodutibilidade nesse fluxo de trabalho depende de um pequeno número de etapas críticas que determinam se as gravações permanecem comparáveis entre operad...

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Absorventes para preparação de álcoolDynarex1113Absorventes de preparação isopropílica a 70%; Limpeza da pele antes da colocação do eletrodo
Bloco terminal BNCInstrumentos NacionaisBNC-2110 Use com cabo blindado NI para conectividade DAQ; Breakout/conexão para entradas analógicas
Sistema de gravação/corte a laser COsub2Sistemas Universal de LaserVLS 3,50 (CO2)Qualquer sistema a laser CO2 aceitável se os critérios de aceitação da Tabela 1 forem atendidos; registrar o modelo/configurações do laser usados; Padrão LIG em PI (10.6 & mu; classe M)
Epóxi condutor (prata)MG Chemicals8331As condições de cura devem corresponder ao fluxo de trabalho implementado; Fixação de chumbo em almofadas LIG (alternativa opcional à solda)
Dispositivo de aquisição de dadosInstrumentos NacionaisUSB-6343Qualquer DAQ que atenda aos requisitos de amostragem/resolução é aceitável; registre o dispositivo exato utilizado; Gravação síncrona multicanal (EMG & ge; 1 kHz; pressão & ge; 100 Hz)
Água desionizadaFisher ScientificÁgua DI de grau laboratorialÁgua DI de laboratório equivalente aceitável; Enxágue pós-padrão
DessecadorKartell554 (dessecador a vácuo, 250 mm)Qualquer dessecador selado + dessecante aceitável; registro de RH e duração do armazenamento; Armazenamento seco (RH & le; 30%) para dispositivos finalizados
Eletrodos descartáveis de superfície EMGAmbuBlueSensor N (N-00-S/25)Eletrodos EMG pré-gelificados equivalentes de Ag/AgCl são aceitáveis; EMG de referência no orbicular oris
Sistema de sonda de quatro pontosOssilaSistema de Sonda de Quatro Pontos (T2001A5)Qualquer sistema de sondas de quatro pontos é aceitável; registrar o espaçamento das sondas/pontos de medição; Resistência da folha (Ω/figure-materials-1) de exibição
Fita cirúrgica hipoalergênicaSolventumMicropore Surgical Tape 1530 (ID do produto 7100273771)Fita cirúrgica hipoalergênica equivalente aceitável; Fixe a almofada de pressão na linha média do lábio superior
Álcool isopropílico (IPA), ≥ 99%Merck (Sigma-Aldrich)190764-500MLRegistre o fornecedor e o número do lote no registro do laboratório; Enxágue pós-padrão; Limpeza geral
Manometria/cateter de pressãoKRUUSETubo de alimentação, 8 Fr (230811)Qualquer cateter/tubo que atenda aos requisitos de OD e segurança é aceito; registrar o modelo exato utilizado; Linha de pressão intraoral (IP), OD ~2– 3 mm
MetrónomoKorgMA-2Metrônomo baseado em aplicativo é aceitável se documentado (nome/versão do dispositivo + app); Ritmo de entrada (60 bpm)
MicrometroMitutoyo293-340-30 (0– 25 mm)Qualquer micrômetro que cumpra resolução precisa de aceitável; Verifique a espessura do PI (± 1 & mu; Tolerância m)
Filme de poliimida (25 & mu; m)Merck (Sigma-Aldrich)GF596270090,025 mm de espessura; número do lote do recorde; Mantenha a espessura consistente dentro de cada lote; Substrato para dispositivo PI/LIG
Filme de poliimida (50 & mu; m)Goodfellow10001067860,05 mm de espessura; número do lote do recorde; não misture coeficientes de calibração entre dispositivos; Substrato para dispositivo PI/LIG
Transdutor de pressão (saída USB)Engenharia OmegaSérie PX409-USBHSelecione a faixa a cobrir ± Requisito de 20 kPa; registrar a faixa/modelo exato utilizado; Medição de IP (resolução & le; 0,1 kPa recomendado)
Cabo blindado (68 pinos)Instrumentos NacionaisSHC68-68-EPMUso com NI BNC-2110 para conexões blindadas; Conectividade DAQ (USB-6343 para bloco terminal)
Filme de elastoméro de silicone (diafragma)GoodfellowFilme de elastoméro de silicone 0,125 mm (Ref 1000181130)Opcional; Aplicar consistentemente se usado e registrar a espessura/método de fixação; Diafragma opcional compatível (100– 200 & mu; m)
Kit de elastomero de silicone (PDMS)DowKit SYLGARD 184Use consistentemente dentro de um lote; taxa de mistura e condições de cura; Encapsulamento (alvo de espessura seca 10– 30 & mu; m)
Fio de soldaKester24-6337-0027 (Sn63/Pb37, núcleo de resina, 0,031 pol.)Se for usada solda sem chumbo, registre o tipo de liga e fluxo; Fixação de chumbo (se for usada solda)
Software (processamento de sinais)Fundação de Software PythonPython 3.x + NumPy/SciPy/MatplotlibDocumentar versões exatas do Python e pacotes em Métodos ou Métodos Suplementares; Filtragem, sincronização, estatística, plotagem

Referências

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