Методическая статья

Носимая электромиографическая измерительная система для мелких животных в режиме реального времени

2K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/67418

⸱

15 ноября 2024 г.

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Semiconductor Engineering, Gachon University, 2Department of Electronic Engineering, Gachon University, 3Department of Acupuncture and Moxibustion, Gachon University, 4School of Biological Sciences, Seoul National University

В этой статье

Краткое содержание

Представлен протокол установки и подготовки внутримышечных электродов, а также миниатюрное измерительное устройство, устанавливаемое на животных, для анализа электромиографии (ЭМГ) в исследованиях локомоции. Эта система обеспечивает беспроводную передачу данных ЭМГ в режиме реального времени для исследования восстановления локомоции у крыс с моделью инсульта.

Аннотация

Метод измерения внутримышечной электромиографии (ЭМГ) для экспериментальных животных был реализован различными способами. Среди этих методов привязка кабелей к внешним измерительным приборам может ограничивать передвижение подопытных животных, в то время как имплантируемые устройства могут вызывать нежелательные побочные эффекты из-за постоянного присутствия устройства со значительными размерами и весом. Для решения этих проблем мы предлагаем недорогую, беспроводную, съемную измерительную систему ЭМГ и экспериментальную процедуру. В данной статье речь пойдет о хирургической установке внутримышечных проволочных электродов с небольшими разъемами и развитии беспроводной системы. Примечательно, что в этой системе в тело животного вставляются только проволочные электроды. С помощью этой системы можно легко выполнять измерения ЭМГ, подключив цепную систему к разъему, установленному на спине животного, с возможностью мониторинга в режиме реального времени на ноутбуке. Предложенный метод подробно объясняется шаг за шагом, за которым следует демонстрация с введением внутримышечных электродов в задние конечности крысы. Для исследования локомоции проводится эксперимент на беговой дорожке, а затем получаются и анализируются полученные электрофизиологические сигналы.

Введение

Электромиография включает в себя запись электрических потенциалов, генерируемых мышечными волокнами во время сокращения. Эти свойства определяются сигналами нейронной активации, посылаемыми от моторных нейронов к отдельным мышцам. ЭМГ широко используется в реабилитационных, моторных, мозговых и нервных исследованиях, и методы измерения можно широко классифицировать на поверхностную ЭМГ (sEMG) и внутримышечную ЭМГ (iEMG)1. Поверхностные электроды имеют ряд преимуществ, особенно в носимых приложениях, поскольку они неинвазивны и требуют простого процесса подготовки2. При имплантированной sEMG хирургический процесс более прост по сравнению с iEMG, где электроду не нужно проникать в мышцу. Несмотря на эти преимущества, sEMG подвержена загрязнению сигнала, такому как нарушения на границе мышц-электродов, артефакты движения, качество контакта электродов и перекрестные помехи сигнала от соседних мышц1. Эти проблемы особенно проблематичны, когда электроды расположены в непосредственной близости, как это часто бывает в исследованиях с участием мелких животных. С другой стороны, iEMG требует дополнительной хирургической процедуры для проникновения электродов. Несмотря на дополнительные процедурные шаги, этот метод обеспечивает мышечно-специфичные записи ЭМГ с большей точностью и меньшими перекрестными помехами, поскольку электроды постоянно встроены в мышечную ткань3. В исследованиях моторики на мелких животных предпочтительна iEMG, так как информация о мышечной ЭМГ с надежной установкой электродов имеет решающее значение4.

Сообщалось о нескольких подходах к получению записей ЭМГ с электродов у мелких животных. Тросовые кабели обычно используются для подключения электродов к внешнему измерительному оборудованию5,6,7,8,9,10,11, устройства могут быть имплантированы внутрь тела12, или на животное может быть размещена беспроводная носимая платформа13. Кабели Tether являются наиболее широко известным методом из-за наличия совместимого коммерческого оборудования для этой цели; Тем не менее, провода троса вызывают дискомфорт у животных, и их движение часто ограничено кабелями, что может повлиять на исследование. Имплантируемые устройства предлагают беспроводные решения, но их ограниченное время автономной работы может ограничивать продолжительность экспериментов. Кроме того, размер и вес стационарно установленных устройств могут вызывать стресс и дискомфорт у животных, что может повлиять на исследование. Для решения проблем имплантируемых устройств были предложены методы беспроводной передачи энергии, но поддерживать надежную энергетическую связь с небольшим устройством, как правило, очень сложно14. Более того, воздействие сильных электромагнитных полей может привести к непредвиденным последствиям, таким как снижение иммунной функции и потенциальные нейродегенеративные изменения в мозге15,16.

Система сбора данных также может быть реализована в виде беспроводной носимой платформы, которая обрабатывает сигнал и беспроводным образом передает записи ЭМГ на базовую станцию. Несмотря на то, что этот метод является предпочтительным, он представляет собой техническую проблему для пользователей, а детали эксперимента часто не полностью рассматриваются в литературе.

В этой работе мы представляем простой, недорогой и надежный метод получения ЭМГ для исследований локомоции у мелких животных. Пара электродов iEMG имплантируется в мышцы задних конечностей крысы, в то время как остальная часть системы сбора сигналов, включая усиление, аналого-цифровой преобразователь и беспроводную телеметрию, устанавливается на спине животного. Данные ЭМГ передаются на персональный компьютер для мониторинга в режиме реального времени, а данные регистрируются локально. Эксперимент по передвижению на беговой дорожке проводится для демонстрации системы в исследовании восстановления после инсульта.

Протокол

Одобрение всех этических и экспериментальных процедур и протоколов было предоставлено Институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию в соответствии с заявкой No. CGU1-2021-IA0041. В этом исследовании использовался 7-недельный самец крысы Sprague-Dawley. Подробная информация о реагентах и оборудовании приведена в Таблице материалов.

1. Подготовка животных

  1. Готовят крыс в возрасте 7 недель. Для безопасности держите крыс одинакового веса вместе, максимум три крысы в клетке.
  2. Перед операцией убедитесь, что крысы адаптировались без стресса. Постоянно обеспечьте водой и питанием, а также периодически заменяйте подстилку.
  3. В течение адаптационного периода (около 7 дней) тренируйте животных бегать на беговой дорожке со скоростью 16-25 м/мин в течение 5 минут каждый день><, чтобы помочь им акклиматизироваться к беговой дорожке. ПРИМЕЧАНИЕ: Если крыса останавливается или отказывается двигаться, как задумано, осторожно похлопайте ее по ягодицам для поощрения.

2. Подготовка электродов

  1. Подготовьте пять проволок из нержавеющей стали, покрытых политетрафторэтиленом, четыре из них длиной 140 мм и одна длиной 60 мм.
  2. Завяжите три верхних узла на проволоке длиной 140 мм, расположив их на расстоянии 40 мм и 100 мм относительно узла (Рисунок 1A).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Во время введения проволочного электрода в мышцу может быть сложно обеспечить точный контакт и правильно расположить открытую часть электрода. Чтобы решить эту проблему, в проволоке создается блокирующий узел, который предотвращает дальнейшее введение при натяжении, гарантируя, что электрод остается стабильным в мышце.
  3. Для проводов 140 мм оставьте зазор в 2 мм от узла на короткой стороне, затем частично снимите изоляцию с помощью паяльника на 2 мм. Полностью зачистите изоляцию с конца длинной стороны на 2 мм. Для электродов диаметром 60 мм полностью снимите изоляцию с одного конца на 2 мм и с другого конца на 10 мм (Рисунок 1).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Наконечник паяльника следует тщательно очистить, чтобы предотвратить загрязнение.
  4. Закрепите провод, припаяв его к аксессуару разъема после полного снятия изоляции (рисунок 2B,C).
  5. Соберите металлическую часть, к которой подключен провод, в пластиковый корпус (рисунок 2D,E).
  6. Прикрепите разъем к напечатанной на 3D-принтере пластиковой направляющей (см. Таблицу материалов) с отверстиями для крепления к коже. Чтобы предотвратить контакт паяемой детали с местом разреза, нанесите биосовместимый цианоакрилат (рисунок 2F).
  7. Отрежьте никелевую пластину толщиной 0,2 мм и согните ее, чтобы обернуть вокруг разъема, защитив ее, чтобы предотвратить потенциальное повреждение животным.

3. Хирургия

  1. Поместите крысу в индукционную камеру (изготовленную по индивидуальному заказу с использованием прозрачной синтетической смолы) и введите анестезию с использованием смеси 70% закиси азота и 30% кислорода с концентрацией изофлурана 2-3%. Подготовьте необходимые хирургические инструменты (Рисунок 3).
  2. Удалите шерсть с помощью электрической машинки для стрижки волос и подготовьте кожу хлоргексидином и спиртом, чтобы предотвратить инфекцию во время операции (Рисунок 4A).
  3. Сделайте разрез примерно в 10-15 мм с помощью хирургических ножниц на коже, где находится целевая мышца, подлежащая измерению. Поскольку фасция находится под кожей, а мышцы под ней, сначала используйте ножницы, чтобы разрезать кожу, затем удалите фасцию, аккуратно протерев ее чистой тканью.
  4. Сделайте разрез в 5-10 мм вокруг поясничной области, где будет крепиться коннектор.
  5. Используйте стерильный трохар, чтобы создать проход под кожей для прохождения провода от разъема к целевому положению мышцы (рисунок 4B).
  6. Проведите трохар от мышечного положения под кожей к месту разреза со стороны поясницы.
  7. Подготовьте электрод и соединитель из предыдущего этапа. С помощью щипцов зажмите проволочные электроды в месте разреза со стороны поясницы и осторожно протяните их к разрезу в целевой мышце. После того, как проволока будет вытянута к месту расположения целевой мышцы, обратитесь к Рисунок 4C.
  8. Как показано в Рисунок 4D, используйте иглу для наложения швов, чтобы ввести электродную проволоку в целевую мышцу.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Целевой мышцей для этого эксперимента является медиальная икроножная мышца (MG), которая является одной из ключевых мышц для анализа двигательных задач17. Поскольку длина МГ составляет примерно 18 мм у 7-недельных крыс, электроды должны быть размещены вокруг центра мышцы с шагом около 5 мм, чтобы свести к минимуму повреждение мышц и обеспечить точные измерения ЭМГ. Рекомендуется, чтобы длина провода, проникающего в мышцу, превышала 5 мм, чтобы часть со снятой изоляцией находилась в хорошем контакте с мышцей.
  9. Направьте проволоку, которая прошла через мышцу и вышла из нее, обратно к точке введения и закрепите ее верхним узлом. Обрежьте оставшийся провод (рисунок 4E).
  10. После установки проволочного электрода в целевую мышцу зашить место разреза монофиламентным швом 4-0
    11. .
  11. Зашить разрез под коннектором. Убедитесь, что вся проволока вставлена в тело и надежно зашита (Рисунок 5A).
  12. Закрепите соединитель на спинной коже животного с помощью шовной нити, как показано на рисунке Рисунок 5B.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что щиток надежно закреплен, чтобы животное не могло грызть разъем. Для обезболивания подкожно вводили Карпрофен (5 мг/кг).
  13. После завершения хирургической операции прекратите анестезию и подготовьте клетку для выздоровления животного.
  14. Включите тепловую лампу, чтобы предотвратить падение температуры тела животного, и следите за местом операции на предмет любых отклонений, таких как признаки инфекции, воспаления или отека. Тщательно продезинфицируйте место разреза и при необходимости нанесите мазь. Как только крыса оправится от анестезии, снимите тепловую лампу.
  15. Следите за поведением крысы, включая аппетит, питье и мочеиспускание.
    ПРИМЕЧАНИЕ: После операции дайте животному отдохнуть около 2 дней, прежде чем проводить какие-либо тесты.

4. Проектирование и изготовление печатных плат (PCB)

  1. Спроектируйте схему для измерения и оцифровки ЭМГ, которая будет включать в себя две интегральные схемы аналогового усилителя (ИС) и микроконтроллер (MCU). Убедитесь, что усилитель имеет полосу пропускания от 5 до 740 Гц и коэффициент усиления 1300 В/В.<бр/> ПРИМЕЧАНИЕ: При необходимости измените усиление усилителя и ширину полосы пропускания в соответствии с конкретными требованиями животного18.
  2. Включите встроенный модуль Bluetooth в микроконтроллер для беспроводной связи для передачи измеренных данных на хост-устройство. Для эксперимента использовалась чиповая антенна, работающая на частоте 2,4 ГГц.
  3. Для этого исследования используйте перезаряжаемую литий-полимерную батарею 3,7 В вместе со специальной микросхемой управления питанием.
  4. Изготовьте печатную плату для указанных выше микросхем на подложке FR4. Создавайте печатную плату в различных формах в соответствии с конкретными требованиями. Обратитесь к дополнительному рисунку 1, дополнительному рисунку 2 и дополнительному рисунку 3.
  5. Заселяйте электронные компоненты на печатную плату либо пайкой, либо с помощью термофена.

5. Настройка программного обеспечения

  1. микропрограммное обеспечение
    1. Подготовьте микропрограммное обеспечение (файл дополнительного кодирования 1) для настройки 2-канального АЦП с 8-битным разрешением и частотой дискретизации 2 kSPs. Отформатируйте преобразованные в цифровом виде данные в массив и передайте его через Bluetooth Low Energy (BLE) с помощью специального инструмента разработки программного обеспечения.
    2. Загрузите встроенное ПО в микроконтроллер перед развертыванием.
  2. Программа мониторинга в режиме реального времени
    1. Подготовьте программу для построения графиков данных, полученных через BLE в режиме реального времени. Для этого исследования было разработано приложение для построения графиков на основе Python, которое также хранит необработанные данные в указанном месте (Supplementary Coding File 2).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Система может испытывать задержку буфера выборки не более 50 мс и задержку беспроводной связи примерно 10 мс19,20.

6. Тест на беговой дорожке

  1. Подключите аккумулятор к подготовленной цепи и прикрепите печатную плату к разъему, как показано на рисунке Рисунок 6A.
  2. Запустите программу мониторинга на ПК и установите беспроводное соединение с печатной платой схемы.
  3. Поместите крысу на беговую дорожку и следите за формой волны ЭМГ. Для этого исследования беговая дорожка настроена на скорость 25 м/мин (Рисунок 6B).

7. Анализ данных

  1. Загрузите данные ЭМГ, хранящиеся в файле . Формат CSV.
  2. Применение методов обработки сигналов для устранения нежелательных шумов и сигналов помех.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Обнаружение огибающей и спектральный анализ могут быть дополнительно выполнены для анализа мышечной усталости и симметрии двигательной активности.

Результаты

В данном исследовании представлен простой беспроводной метод регистрации ЭМГ. Несмотря на необходимость хирургического вмешательства, надрез делается только в области введения электродов и фиксации коннектора, что значительно снижает нагрузку на животное. В данной демонстрации электроды были введены в нижние конечности, однако с помощью того же метода можно проводить аналогичные электрофизиологические исследования и в других областях. Этот подход дает преимущество в виде непрерывного измерения электрофизиологического сигнала без использования соединительных кабелей и без наложения поведенческих ограничений. Печатная плата схемы имеет диаметр 9 mm, высоту 3 mm и общий вес 3 g. Замена батареи осуществляется простым способом, а предлагаемая система позволяет осуществлять непрерывный мониторинг двигательного поведения. Фотография, демонстрирующая крепление коннектора и устройства, а также форма сигнала ЭМГ представлены на Рисунке 7.

В данном исследовании для анализа паттернов движения крыс использовалась беговая дорожка. Беговая дорожка является эффективным инструментом для анализа движений животных17, позволяющим оценить мышечные или неврологические нарушения. Несмотря на то, что ее можно использовать и для изучения свободного передвижения крыс, данный эксперимент направлен именно на анализ аномалий движения, вызванных различными состояниями. Для этого требуется непрерывное и повторяющееся движение, что делает беговую дорожку подходящим выбором для наших целей.

Для анализа локомоции животных с помощью ЭМГ можно использовать различные методы. Среди этих методов при поведенческом анализе применялся индекс симметрии21,22. Индекс симметрии измеряет баланс активности между двумя мышцами по обе стороны тела; мы использовали его для оценки восстановления после инсульта.

Схема установки для регистрации нервных импульсов с введением в мышцу и изоляцией, демонстрирующая узлы на проволоке и состояния удаления изоляции.
Рисунок 1: Процесс подготовки проволочного электрода. (A) Иллюстрация структуры проволоки и места удаления изоляции. При введении проволок в мышцы необходимо завязать три узла, чтобы предотвратить чрезмерное погружение. (B) Изоляция полностью удалена на краю проволоки. (C) Изоляция удалена частично для облегчения контакта с мышцей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Схема процесса сборки проводного соединения; этапы включают вставку, фиксацию и пайку проводов.
Рисунок 2: Процесс сборки проволочного электрода и коннектора. (A) Подготовка материалов для сборки. (B) Вставка проволоки в металлический компонент. (C) Пайка проволоки к металлическим компонентам. (D) Протягивание проволоки через отверстие пластикового корпуса. (E) Вставка проволоки и металлических компонентов в пластиковый корпус. (F) Завершение сборки для всех проводов и использование цианоакрилатного клея для прикрепления пластикового корпуса к направляющей шва (серая часть). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Набор хирургических инструментов на стерильном поле для медицинской процедуры, включающий ножницы, пинцеты, иглодержатель.
Рисунок 3: Хирургические инструменты, необходимые для процедуры. Набор хирургических инструментов, необходимых для проведения процедуры, включая (1) шовную иглу, (2) пинцет, (3) пинцет, (4) хирургические ножницы, (5) тонкие ножницы, (6-7) гемостаты, (8) иглодержатель и (9) подготовленный электрод. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Схема имплантации электродов в мышцы грызуна; хирургический разрез, разводка проводов, установка для записи.
Рисунок 4: Процедура крепления электродов. (A) Места разрезов на спине и ноге. (B) Введение иглодержателя через разрез для захвата провода. (C) Вытягивание провода из разреза. (D) Техника наложения швов в целевой мышце, размещение электродов вокруг самой толстой части мышцы с интервалом 5 mm. (E) Конечный этап завершения операции. Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Схема крепления медицинского изделия, разъем с металлическим экраном, процесс наложения швов, нанесение адгезива.
Рисунок 5Размещение коннектора. (A) Наложение швов под коннектором. (B) Фиксация коннектора шовным материалом. (С) Нанесение адгезива поверх коннектора и установка металлического экрана для защиты. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Носимое ЭМГ-устройство на свинье, схема электродов и график сигнала в реальном времени при эксперименте на беговой дорожке.
Рисунок 6: Демонстрация регистрации ЭМГ. (A) Фотография системы регистрации ЭМГ, установленной на крысе. (B) Проведение теста на беговой дорожке при скорости 25 m/min. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

График анализа сигналов электромиографии (ЭМГ), отфильтрованные и огибающие данные мышц ноги с течением времени.
Рисунок 7: Измеренная форма сигнала ЭМГ и ее огибающая. (A) Исходная форма измеренного сигнала ЭМГ. (B) Отфильтрованный сигнал ЭМГ, используемый для получения огибающей. (C) Огибающая форма сигнала с пороговой линией для анализа индекса симметрии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Дополнительный рисунок 1: Схема разводки печатной платы. Схематическое представление разводки печатной платы (PCB), иллюстрирующее расположение компонентов и соединений. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот рисунок.

Дополнительный Рисунок 2: Схема разводки обратного слоя печатной платы. Схема обратного слоя печатной платы (PCB) с подробным указанием размещения компонентов и трассировки цепей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот рисунок.

Дополнительный Рисунок 3: Схема верхнего слоя печатной платы. Дизайн верхнего слоя печатной платы (PCB), демонстрирующий расположение компонентов и электрических соединений. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот рисунок.

Дополнительный файл с кодом 1: Подготовка прошивки для конфигурации АЦП. Инструкции по подготовке прошивки для настройки 2-канального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с 8-битным разрешением и частотой дискретизации 2 отсчета в секунду (kSPs). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительный файл с кодом 2: Приложение для построения графиков на языке Python. Описание приложения для построения графиков на языке Python, использованного в данном исследовании для визуализации и анализа данных. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Обсуждение

В этой работе представлена система сбора данных с помощью электромиографии (ЭМГ), которая является небольшой, простой в внедрении, недорогой и беспроводной. Система эффективно предотвращает ухудшение сигнала, вызванное кабелями, поскольку она не зависит от проводного внешнего измерительного оборудования. Благодаря установке коннектора на спине, а не на голове, хирургический процесс значительно упрощается, что снижает риск осложнений. Такая конфигурация также сводит к минимуму вероятность столкновения платформы с боковыми стенами, что может привести к артефактам сигнала. Кроме того, он снимает усталость шеи, так как концентрированный вес не переносится на голову.

Протокол включает в себя несколько важных этапов, в частности, точную подготовку внутримышечных электродов и тщательное размещение разъемов. Обеспечение точной зачистки изоляции и правильного завязывания узлов имеет важное значение для предотвращения чрезмерного вставки во время установки электродов1. Кроме того, мониторинг области хирургического вмешательства после операции имеет решающее значение для раннего выявления потенциальных осложнений, тем самым обеспечивая благополучие вовлеченных животных.

Несмотря на то, что предлагаемый метод является надежным, некоторые модификации могут повысить его эффективность. Например, регулировка длины электродов в зависимости от конкретного размера мышц может улучшить качество контакта. Кроме того, в случае потери сигнала или шума во время измерений поиск и устранение неисправностей может включать проверку соединений и обеспечение надлежащей защиты устройства от электромагнитных помех6. Обеспечение адекватной подготовки хирургической бригады также может смягчить процедурные ошибки, повышая общие показатели успеха.

Несмотря на свои преимущества, устройство весит около 3 г, что не является проблемой для крыс, но может вызывать дискомфорт у более мелких или молодых мышей. Этот дискомфорт потенциально может повлиять на их походку, тем самым влияя на поведенческий анализ с помощью EMGore; Устройство или разъем не могут быть защищены, если крыса оставлена без присмотра в клетке, что создает опасность повреждения13. Металлический корпус был реализован для защиты, когда устройство не используется, но дальнейшие разработки могут улучшить этот аспект.

Значение этой системы заключается в ее способности обеспечивать непрерывную высококачественную запись ЭМГ без ограничений, налагаемых привязными устройствами. Традиционные методы, в том числе тросовые кабели и большие имплантируемые устройства, часто ограничивают движения животных и могут вызывать стресс, тем самым искажаярезультаты. Этот метод предлагает более гуманный подход, сохраняя при этом высокую точность сбора данных, что имеет решающее значение для понимания двигательной функции и восстановления в различных экспериментальных контекстах3.

В дальнейшей работе есть множество применений этой методики. В то время как текущее исследование было сосредоточено на медиальной икроножной мышце (МГ) для оценки симметрии мышц во время ходьбы, методология может быть адаптирована для других мышц и даже расширена до измерений электрокардиографии (ЭКГ). Увеличение числа электродов позволило бы одновременно собирать сигналы с нескольких участков11, что способствовало бы всестороннему анализу координации и функции мышц. Этот прогресс может привести к пониманию стратегий реабилитации для восстановления после инсульта и других нервно-мышечных заболеваний.

В заключение следует отметить, что предлагаемая система регистрации ЭМГ представляет собой значительный шаг вперед в области исследований локомоции животных. Устраняя ограничения существующих методов и обеспечивая универсальную платформу для будущих исследований, эта система обещает улучшить наше понимание моторной функции и восстановления в различных экспериментальных условиях.

Раскрытие информации

У всех авторов нет конфликта интересов.

Благодарности

Это исследование было профинансировано Национальным исследовательским фондом Кореи (NRF-2020M3A9E4104385) и Проектом по разработке наномедицинских устройств Национального нано-фаб-центра (номер гранта: 1711160154).

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Никелевая пластина толщиной 0,2 ммЛюбая доступная
нить для 3D-печатикубиконA-100
7-недельной давности RATJABIOSD (DBL) [7W M]
КлейОконг1028453для крепления щита
ANT1Johanson Technology Inc.2450AT07A0100001T
C1, C15, C16, C20Vishay1n0201(0603)metric
C10, C13Vishay100p0201(0603)metric
C11, C12Vishay4p0201(0603)metric
C14, C19Vishay0.39n0201(0603)metric
C2, C17Vishay22n0201(0603)metric
C3, C5, C6Vishay0.1u0201(0603)metric
C4, C18Vishay2.2u0201(0603)metric
C7Vishay4.7u0402(1005)metric
C8, C21Vishay1u0201(0603)metric
C9 Vishay1p0201(0603)metric
CageJEUNG DO B& PJD-C-02
Чистая тканьkimberly41112
Соединительная принадлежностьHarwinM20-1060400Пластиковый корпус
Соединительная принадлежностьHarwinM20-1180042Металлическая деталь
Электрическая машинка для стрижки волосBuzzRFC-928
Тепловой фенQUICK861DW
IC1, IC3Analog DeviceAD8232Для измерения ЭМГ AFE
IC2Nordic semiconductornRF52832-CIAA
IsofluraneHana Pharm657801261
L1Vishay3.3n0201(0603)метрический
Li-po аккумуляторTheHanTW40202513 мм *10 мм * 4 мм, 30 мАч
Контактный разъемHarwinM22-2530505
R1, R2, R9, R10, R13, R14, R21, R22Vishay10M0201(0603)metric
R11, R23Vishay100k0201(0603)metric
R12, R24Vishay1M0201(0603)metric
R3, R4, R5, R7, R15, R16, R17, R19Vishay180k0201(0603)metric
R6, R18Vishay160k0201(0603)metric
R8, R20Vishay768k0201(0603)метрическая
проволока для припояAlpha металлическаяSACX0307
ПаяльникHakkoFX-951
Проволока из нержавеющей стали с покрытием из тефлонаA-M Systems793200
Игла для наложения швов AILEE301289
Шовная проволокаEthicon604G
Беговая дорожкаDaejong BioDJ2-243
U1Torex SemiconductorXC6204B332DR-G
Y1Murata ElectronicsXRCTD32M000N1P1AR0

Ссылки

  1. Farina, D., Enoka, R. M. Evolution of surface electromyography: From muscle electrophysiology towards neural recording and interfacing. J Electromyogr Kinesiol. 71, 102796(2023).
  2. Kim, C., et al. A wearable ECG monitoring system using microneedle electrodes for small animals. IEEE Sens J. 23 (18), 21873-21881 (2023).
  3. Kristl, A. C., Akay, T., Miri, A. Recording forelimb muscle activity in head-fixed mice with chronically implanted EMG electrodes. J Vis Exp. 205, e66584(2024).
  4. Manuel, M., Chardon, M., Tysseling, V., Heckman, C. J. Scaling of motor output, from mouse to humans. Physiology. 34 (1), 5-13 (2019).
  5. Scholle, H. C., et al. A surface EMG multi-electrode technique for characterizing muscle activation patterns in mice during treadmill locomotion. J Neurosci Methods. 146 (2), 174-182 (2005).
  6. Tysseling, V. M., et al. Design and evaluation of a chronic EMG multichannel detection system for long-term recordings of hindlimb muscles in behaving mice. J Electromyogr Kinesiol. 23 (3), 531-539 (2013).
  7. Shafer, B., Welle, C., Vasudevan, S. A rat model for assessing the long-term safety and performance of peripheral nerve electrode arrays. J Neurosci Methods. 328, 108437(2019).
  8. Teruya, P. Y., et al. Quantifying muscle alterations in a Parkinson's disease animal model using electromyographic biomarkers. Med Biol Eng Comput. 59 (9), 1735-1749 (2021).
  9. Kloefkorn, H., et al. Non-invasive three-state sleep-wake staging in mice using electric field sensors. J Neurosci Methods. 344, 108834(2020).
  10. Jensen, V. N., Romer, S. H., Turner, S. M., Crone, S. A. Repeated measurement of respiratory muscle activity and ventilation in mouse models of neuromuscular disease. J Vis Exp. (122), e55599(2017).
  11. Zealear, D., Li, Y., Huang, S. An implantable system for chronic in vivo electromyography. J Vis Exp. (158), e60345(2020).
  12. Shon, A., Brakel, K., Hook, M., Park, H. Fully implantable plantar cutaneous augmentation system for rats using closed-loop electrical nerve stimulation. IEEE Trans Biomed Circuits Syst. 15 (2), 326-338 (2021).
  13. Ouyang, W., et al. A wireless and battery-less implant for multimodal closed-loop neuromodulation in small animals. Nat Biomed Eng. 7 (10), 1252-1269 (2023).
  14. Zhou, Y., Liu, C., Huang, Y. Wireless power transfer for implanted medical applications: A review. Energies. 13 (11), 2837(2020).
  15. Zymantiene, J., et al. Effect of electromagnetic field exposure on mouse brain morphological and histopathological profiling. J Vet Res. 64 (2), 319-324 (2020).
  16. Ebrahim, S., Azab, A., Albasha, M., Albishti, N. The biological effects of electromagnetic fields on human and experimental animals. Int Res J Nat Appl Sci. 3, 106-121 (2016).
  17. Wakeling, J. M., Tijs, C., Konow, N., Biewener, A. A. Modeling muscle function using experimentally determined subject-specific muscle properties. J Biomech. 117, 110242(2021).
  18. Westerga, J., Gramsbergen, A. Changes in the electromyogram of two major hindlimb muscles during locomotor development in the rat. Exp Brain Res. 92 (3), 479-488 (1993).
  19. Tosi, J., Taffoni, F., Santacatterina, M., Sannino, R., Formica, D. Performance evaluation of Bluetooth low energy: A systematic review. Sensors. 17 (12), 28988(2017).
  20. IEEE Health Informatics-PoC medical device communication Part 00101: Guide-Guidelines for the use of RF wireless technology. IEEE Std 11073-00101-2008. , 1-125 (2008).
  21. Xu, Y., et al. Rehabilitation effects of fatigue-controlled treadmill training after stroke: A rat model study. Front Bioeng Biotechnol. 8, 590013(2020).
  22. Nigg, S., Vienneau, J., Maurer, C., Nigg, B. M. Development of a symmetry index using discrete variables. Gait Posture. 38 (1), 115-119 (2013).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи