Yöntem makalesi

Eşzamanlı dudak elektromiyografisi ve kişiselleştirilmiş rehabilitasyonda basınç izleme için lazerle indüklenen grafen-poliimid film sensörü

96 görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/70306

⸱

30 Nisan 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

Bu makalede

Özet

Bu protokol, standart dudak görevleri sırasında OOM-EMG, dudak kapanma basıncı ve intraoral basıncı senkronize ölçmek için esnek bir PI/LIG sensörünün üretimi, kalibrasyonu ve kullanımını tanımlar; kabul kriterleri, nem azaltma kapsülasyonu, cihaz özel kalibrasyon, standartlaştırılmış yerleştirme, senkronize alım ve önceden tanımlanmış işlem ile kalite kontrol kuralları üzerinden tekrarlanabilirliği vurgular.

Özet

Perioral kas aktivasyonu ve dudak kaynaklı basınçların eşzamanlı nicelendirilmesi, orofasiyal fonksiyonun nesnel değerlendirilmesini destekleyebilir, ancak geleneksel ölçümler genellikle dinamik görevler sırasında senkronize edilmesi zor olan ayrı sensörlerle yapılır. Burada, esnek poliimid (PI) film tabanlı kompozit sensör ve lazer indüklenmiş grafen (LIG) elektrotları ile entegre basınç bağlama pediyle orbicularis oris elektromiyografisi (OOM-EMG), dudak kapanma basıncı (LP) ve intraoral basıncın (IP) senkronize kaydı için tekrarlanabilir bir protokol sunuyoruz. Protokol, önceden belirlenmiş elektriksel kabul kriterleriyle lazer desenleme, kısa süreli ölçümler için seçici kapsülleme, cihaza özgü voltajdan basınca dönüşüm için tezgah kalibrasyonu, perioral ve intraoral arayüzler için standartlaştırılmış anatomik yerleştirme işaretleri, bir görev pili (dudak kapanması, üfleme ve emme), senkronize edinim gereksinimleri ve çekirdek sinyal işleme ile deneme kalitesi kurallarını belirtir. 120 sağlıklı yetişkinde temsil kayıtlar, standart koşullarda senkronize multimodal yakalama göstermektedir; PI/LIG kaynaklı EMG ile orta düzeyde ilişki göstermektedir (kadınlar r = 0,65; erkekler r = 0,68) ve LP ile IP ile aynı görev aralığında güçlü ilişki (r = 0,90). Bu yöntemin makalesi, denetimli araştırma ortamlarında çoklu modal perioral ölçüm için uçtan uca çoğaltma odaklı bir iş akışı sunar; Hasta kohortlarında doğrulama ve uzun süreli ağız nemi ile tekrarlanan mekanik deformasyon altında dayanıklılık gelecekteki çalışmalarda değerlendirilmelidir.

Giriş

Dudak kasları, konuşma artikülasyonu, yutkunma, yüz ifadesi ve ağız yeterliliği için temel unsurlardır. Nörolojik bozukluklar, inme ve çene müdahaleleri bu işlevleri bozabilir, bu da iletişim ve beslenmede klinik olarak anlamlı kısıtlamalara ve yaşam kalitesinidüşürmeye yol açar 1. Perioral kas aktivasyonunun kuvvet veya basınç üretimiyle birlikte nesnel olarak nicelenmesi, fonksiyonel değerlendirme ve rehabilitasyon planlaması için değerlidir. Özellikle, orbicularis oris elektromiografisi (OOM-EMG), dudak kapanma basıncı (LP) ve ağız içi basıncın senkronize ölçümü, sinirsel aktivasyonun terapi ve sonuç takibi sırasında yaygın kullanılan davranışlarda görevle ilgili basınç üretimine nasıl dönüştüğüne dair tamamlayıcı bakış açıları sunar.

Ancak, bu sinyallerin entegre edinimi teknik ve operasyonel olarak hâlâ zordur. Birçok laboratuvarda ve klinik araştırma ortamında, EMG ve basınç ölçümleri ayrı alt sistemler olarak uygulanır, bu da hazırlık yükünü artırır ve kısa ve dinamik görevlerde zaman hizasını daha hatayapmaya açık hale getirir 3. Perioral EMG, özellikle hareket bozukluklarına ve arayüz kararsızlığına karşı hassastır; perioral ve ağız ortamından gelen nem, temel gürültüyü yükseltebilir, etkili sinyal-gürültü oranını azaltabilir ve seanslar arası karşılaştırılabilirliğikarmaşıklaştırabilir. Basınç ölçümleri, fiksasyon ve yerel temas mekaniği ölçülen genlikleri değiştirebildiği için ek hassasiyetler getirir ve sert dönüştürücüler tekrarlanan denemeler veya daha uzun seanslar sırasında tolere edilebilirliğiazaltabilir. 5. Bu kısıtlamalar birlikte, senkronize ve göreve uygun perioral EMG ile dudak kaynaklı basınç izlemenin rutin kullanımını özel iş akışları dışındasınırlar 6,7.

Esnek poliimid (PI) filmleri, ince, uyumlu, kimyasal olarak stabil olmaları ve biyomedikal arayüzlerde yaygın olarak kullanıldıkları için perioral algılama için pratik bir altyapı sağlar. Lazerle indüklenen grafen (LIG), doğrudan PI'ye desenlenmiş olarak, hacimli muhafazalar olmadan konformal bir elektrot olarak işlev görebilen gözenekli bir iletkenağ oluşturur 8,9. LIG elektrotları ve aynı PI alt tabakasına basınç bağlama yapısının entegre edilmesi, aynı yerde OOM-EMG kaydı ve dudak yüzeyi basınç algılamasını sağlarken, dudaklarda ek kütleyi en aza indirir. Açık üretim kabul kriterleri, nem azaltma kapsülleme, standartlaştırılmış yerleştirme işaretleri ve sabit görev zamanlama tanımlarıyla birleştiğinde, bu tür entegrasyon, operatörler ve siteler arasında çoklu modal perioral kayıtların tekrarlanabilirliğini ve yorumlanabilirliğini artırabilir10,11.

Burada, standart LIP görevleri sırasında OOM-EMG, LP ve IP'nin senkronize kaydı için bir PI/LIG bileşik sensör üretmek, kalibrasyon ve dağıtmak için tekrarlanabilir bir protokolü tanımlıyoruz. Protokol, üretim ve kalite kabul kontrolleri, voltajdan basınca dönüşüm için cihaz özel tezgah kalibrasyonu, standartlaştırılmış yerleştirme ve hijyen prosedürleri, senkronize satın alma gereksinimleri ve önceden tanımlanmış sinyal işleme ile deneme dışı kuralları gibi çoğaltma odaklı detaylara vurgu yapar. Sağlıklı yetişkinlerde temsil eden kayıtlar, standart koşullarda kısa seans fizibilitesini göstermek için dahil edilmiştir; hasta doğrulaması ve uzun vadeli dayanıklılık, sürekli ağız nemi ve tekrarlanan mekanik deformasyon altında gelecekteki çalışmalar için öncelikler olarak konumlandırılmıştır; mevcut verisetinden çıkarılmak yerine 12.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Bu çalışma, Şanghay Jiao Tong Üniversitesi'nin etik komite yönergelerine uygun olarak onaylanmış ve yürütülmüştür. Çalışmadan önce her katılımcıdan yazılı bilgilendirilmiş onay alındı.

1. Etik ve rıza

  1. Kayıttan önce kurumsal etik onay alın ve rapor için protokol kimliği ile onay tarihini kaydedin.
  2. Her katılımcıdan yazılı bilgilendirilmiş onay alın. Onay formunun versiyonunu ve tarihini belgeleyin.

2. PI/LIG algılama elemanlarının üretimi

  1. Poliimid filmi hedef ayak izine kesin. 25 μm veya 50 μm film kalınlığı kullanın. Kalınlığı bir mikrometre ile (tolerans ±1 μm) doğrulayın ve parti numarasını kaydedin.
    NOT: Her partide kalınlığı tutarlı tutun. Her iki kalınlık kullanılıyorsa, her cihazı ayrı ayrı kalibre edin (adım 4.2) ve cihazlar arasında kalibrasyon katsayılarını karıştırmayın.
  2. Poliimid filmi üzerinde lazer ile indüklenmiş grafen kullanılarak iki orbicularis oris EMG elektrodu ve merkezi bir basınç bağlama pedi oluşturulur. Bir CO2 lazer (10,6 μm) için, çalışma yüzeyindeki ortalama gücü 4,0 W'a ayarlayın, tarama hızını 150 mm/s'ye ayarlayın, kapak aralığını 50 μm (yaklaşık 508 dpi) olarak ayarlayın, iki geçiş uygulayın, +1,0 mm odaklanma uygulan ve tek yönlü birkapak 13 kullanın.
    1. Tüm kriterleri karşılayan yalnızca cihazları kabul edin: (i) görsel olarak tekiz siyah LIG, (ii) dört noktalı probla 20-60 Ω/□ çarşaf direnci, (iii) önceden belirlenmiş ölçüm noktalarında ≤%15) iç dahili varyasyon katsayısı ve (iv) yaklaşık 10 μm'den büyük 100 μm'den büyük delik yok× inceleme14.
    2. Farklı bir lazer sistemi kullanılıyorsa, step 2.2.1'deki kabul kriterleri sağlanana kadar desen ayarlarını ayarlayın ve kullanılan tüm lazerayarlarını kaydedin 15.
      NOT: Lazer desen desen parametrelerini ve parti düzeyinde kabul kriterlerini Tablo 1'de özetleyin.
  3. Desenli filmi deyonizasyon susu altında 30 saniye boyunca LIG yüzeyini sürtmeden durulayın. İzopropanol altında 30 saniye durulayın. Tozsuz bir kabinada en az 10 dakika hava kurutma.
  4. Nem girişini azaltmak ve mekanik taşımayı stabilize etmek için temas dışı tüm bölgeleri kapsülleyin. Doğrudan ciltle temas etmeyen veya dudak yüzeyi yükü taşımayan tüm bölgelere tıbbi kalitede poliüretan veya polidimetilsiloksan (PDMS) tabakası uygulayın; kuru kalınlığı 10-30 μm arasında hedeflensin.
    1. EMG kontakt pedlerini ve merkezi basınç pedini kaplamadan önce maskeleyin, böylece bu algılama arayüzleri kürlendikten sonra tamamen açıkta kalsın. Sertleşmeden sonra, açık pedlerin etrafında temiz, keskin sınırlar olan ve gerilme yoğunlaştırıcı köşelerde iğne delikleri, birikme veya kenar kaldırma olmadan sürekli kapsülleme filmi görsel olarak doğrulayın (temsil üretilmiş ve seçici kapsüllenmiş cihazlar için Şekil 1E-F'ye bakınız).
    2. Lead-pad geçişinde gerilme rahatlatması ekleyin ve yönlendirme16 sırasında gerilme konsantrasyonunu azaltmak için minimum eğilme yarıçapı ≥3 mm olsun.
    3. PDMS kullanılıyorsa, kapsülasyonu her partide tutarlı şekilde hazırlayıp kürleyin. Kaplamadan önce PDMS'yi degas ederek hapsolmuş kabarcıkları çıkarır, kaplamayı eşit şekilde uygular ve 70 °C'de 30 dakika boyunca kürleyin. Kürlemeden sonra, algılama alanları arasında kalan PDMS köprülerinin olmadığından emin olmak için açıkta kalan pad sınırlarını tekrar inceleyin.
      NOT: Mümkün olduğunda bir parti içinde tutarlı bir kapsülasyon malzemesi kullanın. Kapsülleme malzemeleri partiler arasında değişirse, her parti için 2.6 ve 4.2. adımlarda kabul kontrollerini tekrarlayın.
  5. (İsteğe bağlı) Basınç pedinin üzerine uygun bir diyafram lamine ederek kuvvet transferini iyileştirin. Basınç padinin üzerine ortalanmış silikon diyaframı (100-200 μm) laminasyon yapın ve sadece çevresine yapıştırıcı uygulanarak sabitleyin. Algılama alanını yapıştırıcı kaplamadan ve diyafram yüzeyinin düz kaldığından emin olun, kırışıklık olmadan. Yaklaşık 10× büyütme altında inceleyin ve görünür tıkanma veya hizalama hatalı cihazları reddedin.
    NOT: Diyafram kullanılıyorsa, sağlam bir kol içinde katılımcılar arasında tutarlı şekilde uygulayın ve diyafram kalınlığını ve fiksasyon yöntemini belgeleyin.
  6. Bitmiş cihazları kontrollü nem altında saklayın ve kullanım öncesi elektriksel stabiliteyi doğrulayın. Cihazları 20-25 °C ve %≤30 göreli nemde 7 güne kadar kurutucuda sakla.
    1. Üretimden sonra kullanılan aynı önceden tanımlanmış noktalarda hemen önce levha direncini yeniden ölçün. Üretim sonrası değere göre %≤5 kayma olan cihazları kabul edin ve bu eşiği aşan cihazları katılımcıtestlerinden hariç tutun. 17.
  7. Kapsülasyon bütünlüğü için kısa vadeli nem sorunu (gerçekleştirildi)
    1. Her cihazı, %85 ± %5 bilgili nem ve 25 ± 2°C sıcaklıkta kapalı bir nem odasına 60 dakika boyunca yerleştirin; böylece açık EMG pedleri ve basınç pedleri açıktakalır 18.
    2. Cihazı çıkarın ve ortam koşullarında (20-25 °C, %40-60 RH) 10 dakika dengeleyin.
    3. Sayfa direncini adım 2.2.1'de kullanılan önceden tanımlanmış konumlarda yeniden ölçün.
    4. Geçiş kriterlerini levha direnci kayması ≤üretim sonrası değere göre %10 ve görünür bir delaminasyon, kabarcık veya çatlamaolmaması olarak tanımlayın 19.
      NOT: Bu çalışmada, nem sınavı n = 12 cihazda 2 parti boyunca gerçekleştirildi ve ortalama kayma %3,9 ± %1,8 (%1,1 ila 8,6 aralığı) oldu ve 12/12 cihaz geçiş kriterlerini karşıladı (Ek Tablo 1).
  8. LIG kırılganlığı ve kayma için döngüsel bükülme dayanıklılık testi (gerçekleştirildi)
    1. Her cihazı bir bükme jigine monte edin; sabit 5 mm yarıçapta tekrar tekrar bükme uygulayın; desenli bölge bükülme eksenine odaklanın.
    2. 1.000 döngü 1 Hz'de uygula (saniyede bir bükülme-serbest bırakma)20.
    3. Levha direncini başlangıç noktasında (0 döngü) ve 100, 500 ve 1.000 döngüden sonra ölçün.
    4. Geçiş kriterlerini şu şekilde tanımlayın: (i) son döngü sayısında ≤%15 sürüklenme, (ii) kontrol noktaları arasında ani direnç sıçramaları >%30 ve (iii) yaklaşık 10× denetim21 altında görünür çatlak veya delaminasyon olmaması.
      NOT: Bu çalışmada bükülme testi n = 12 cihazda yapıldı ve son döngü kayma %6,2 ± %3,4 (%1,4 ila %13,9) oldu. 12/12 cihazda ani direnç sıçramaları gözlemlenmedi ve 12/12 cihaz tüm geçiş kriterlerini karşıladı (Ek Tablo 1).
    5. Herhangi bir cihaz kriterleri karşılamazsa, LIG desenini yeniden üretin, gerilme yoğunlaştıran kenarlarda kapsülleme kapsamını gözden geçirin ve aynı jig yarıçapı ve frekansıyla testi tekrarlayın.
  9. Simüle edilmiş tükürük maruziyeti ve yalıtım-sızıntı kontrolü (gerçekleştirildi)
    1. pH 6.8-7.2'de simüle edilmiş bir tükürük çözeltisi hazırlayın ve 37 °C'ye dengeleyin.
    2. Açık EMG pedleri ve basınç pedlerini çıkarılabilir bir maske ile koruyun, böylece sadece kapsüllenmiş bölgeler zorlansın. Cihazı 37 °C'de hafif bir çaltlama ile 60 dakika boyunca batırın (örneğin, 60 rpm)22.
    3. Cihazı çıkarın, 10 saniye deiyonize suyla durulayın ve ortam koşullarında 10 dakika hava kurutmayın.
    4. 10 VDC ile kurşun arası yalıtım direncini ölçün ve değeri kaydedin.
    5. Geçiş kriterlerini şu şekilde tanımlayın: (i) yalıtım direnci >20 MΩ, (ii) levha direnci kayması ≤ %10 baz değerine göre ve (iii) 30 saniyelik tezgahkaydı sırasında sinyal kesintisi veya aralıklı temas olmaması.
      NOT: Bu çalışmada, n = 12 cihazda simüle edilmiş tükürük maruziyeti gerçekleştirildi. Minimum maruziyet sonrası yalıtım direnci 64 MΩ ve levha direnci kayması %4,6 ± %2,1 (%0,9 ila 9,2 aralığı) idi. Tüm geçme kriterleri 12/12 cihazla karşılandı (Ek Tablo 1). Yalıtım direnci eşik altına düşerse, cihazı katılımcılarda kullanmayın. Şüpheli giriş bölgelerini yeniden kapsülleyin ve 2.9.1-2.9.6 adımlarını tekrarlayın. Tüm oda ayar noktalarını, bükülme parametrelerini, maruz kalma koşullarını, örnek boyutlarını ve sürüklenme sonuçlarını Ek Tablo 1'de toplu meta veri olarak özetleyin. Gerekirse, Ek Tablo 2'de cihaz başına sürüşme eğrilerini sağla.

3. Modül ve referans kanallarının montajı

  1. LIG pedlerine lehim veya iletken epoksi kullanarak esnek kablolar takın. İletken epoksi kullanılırsa, 80 °C'de 30 dakika boyunca kürtülür.
    1. Uçtan uca kurşun direncini <50 Ω doğrulayın. Kabloları korumalı bir konnektöre yönlendirin ve pad arayüzünde çekişmeyi en aza indirmek için kabloyu sabitleyin.
  2. Referans kanallarını hazırlayın.
    1. Orbicularis oris kaydı için geleneksel yüzey EMG elektrotlarını hazırlayın.
    2. Manometri hattı (dış çapı 2-3 mm) ve basınç dönüştürücüsü (aralık ±20 kPa; çözünürlük ≤0.1 kPa) kullanarak bir intraoral basınç referans kanalı hazırla.
  3. Elektriksel sürekliliği ve yalıtımı doğrulayın. 10 VDC'de kloşlar arası yalıtım direncini >20 MΩ ölçün. Kanal haritalamasını belgeleyin.

4. Tezgah kalibrasyonu ve güvenlik kontrolleri

  1. 100 Hz'de elektrot yolu empedansını (i) kurulum sırasında standart bir cilt temas kontrolü veya (ii) cihazlar arasında tutarlı şekilde kullanılan bir jel fantomu kullanarak ölçin. <10 kΩ empedanslı kanalları kabul edin ve empedans değerlerini kaydedin.
    1. (Önerilen kontrol) Görev pilinden sonra elektrod-skin empedansını yeniden ölçün ve empedans başlangıç değerine göre %>20 artarsa yerleştirmeyi tekrarlayın.
  2. Basınç pedini ve ağız içi basınç hattını bilinen 0 ila 10 kPa basınçlarıyla kalibre edin.
    1. 0, 1, 2, 3, 4, 5, 7.5 ve 10 kPa hızlarında her adımda 3 saniyelik bir bıçma uygulayın. Katılımcı testinden önce üç kez ve testten sonra bir kez tekrarlayın.
    2. Su sütunu kullanıyorsanız, yükseklik h (cmH₂O) kPa'ya şu şekilde dönüştürün: kPa = 0.0980665 × h.
    3. Doğrusal bir modele uydur kPa = a· V + b. Tüm kriterleri karşılayan kalibrasyonları kabul edin: R² ≥0.995, maksimum mutlak kalıntı ≤0.2 kPa ve deney öncesi ile sonrası eğim kayması tam ölçeğin %≤1'i.
    4. Çevrimdışı voltajdan kPa'ya dönüşüm için cihaz spesifik kalibrasyon katsayılarını kaydedin.
      NOT: Kalibrasyon kriterleri karşılanmazsa, katılımcı testine geçmeyin. Cihazı yeniden inşa edin veya yeniden kapsülleyin ve kalibrasyonu tekrarlayın. Temsil edici kalibrasyon eğrilerini Şekil 1'deki cihaz genel görünümüyle birlikte sunun.
  3. Tüm cilt temaslı parçaları %70 izopropil alkol kullanarak dezenfekte edin. Kurumsal politikaya göre ağız içi bölgeler için tek kullanımlık veya yüksek seviyeli dezenfeksiyon uygulanır. Dezenfektan kaydı ve buruş süresi.
  4. Aşınmayı önlemek için açık LIG kenarlarını yuvarlayıp kapsülleyin. Parmak ucu takma testi ile keskin kenarların olmadığını doğrulayın.
    NOT: Takıntı olursa, hemen yeniden kapsülleyin veya cihazı değiştirin.

5. Katılımcıların hazırlanması ve sensörlerin yerleştirilmesi

  1. Sağlıklı yetişkinleri taramak ve demografik bilgileri Tablo 2'de belirtildiği şekilde kaydetmek. Aktif ağız lezyonları veya akut solunum yolu hastalığı olan bireyleri hariç tutun.
  2. Katılımcıyı sırt desteğiyle, ~90° kalça fleksiyonu ve nötr çene pozisyonuyla dik oturtun.
  3. Üst kızıl kenarı %70 alkollü mendil ile temizleyin. Cildin en az 30 saniye hava kurumasına izin verin.
  4. PI/LIG EMG elektrotlarını üst orbicularis oris boyunca yerleştirin.
    1. Elektrot çiftini üst vermilion sınırına paralel hizalayın ve diziyi yüz orta hattında ortalayın. Elektrotlar arası merkezden merkeze mesafeyi 11 ± 1 mm olarak ayarlayın ve her iki kontakt pedinin de buruşma veya kenar kaldırmadan düz durduğundan emin olun.
    2. Referans elektrodu ipsilateral yanağın, düşük hareketli bir bölgenin üzerine yerleştirin ve toprak elektrotunu ön kola yerleştirin.
    3. Kısa bir dudak kapanması provası sırasında elektrot-skin arayüzünün tamamen yapıştığını ve kurşun gerilme gideriminin pad arayüzünde çekmeyi önlediğini doğrulayarak sabit teması doğrulayın (temsilci yerleştirme için Şekil 1G'ye bakınız).
  5. Basınç pedini üst dudağın orta hattına takın.
    1. Basınç bağlama pedini, merkezi filtrum orta hattıyla hizalanacak şekilde konumlandırın ve pad yüzeyi deri derisine yayılmadan tamamen dudak ile temas etsin. Cihazın kenarlarına uygulanan hipoalerjenik cerrahi bantla ped, algılama alanında bantın üst üste düşmesini önleyin.
    2. Pad'i oturtmak ve mikro boşlukları ortadan kaldırmak için yaklaşık 1-2 saniye boyunca yaklaşık 1-2 N parmak ucu basıncı uygulayın, ardından tam teması görsel olarak doğrulayın (görünür ağartma yok ve pad üzerinde bant "köprülenme" yok). Uyumlu bir diyafram kullanılıyorsa, fiksasyondan sonra merkezde ve kapalı kalmadığından emin olun (Şekil 1G).
  6. Ağız içi basınç kateterini takın ve hattı stabilize edin.
    1. Kateteri, kapalı dudakların arasına merkezden 10-15 mm derinlikte yerleştirin; böylece tüplerin diş kenarlarına temas etmemesini veya dudak kenarında keskin bir şekilde bükülmesini sağlayın. Katılımcıların rahatlığını ve nefes alma sürecini doğrulayın.
    2. Basınç dönüştürücüsünü atmosfer basıncında sıfırlayın ve fiksasyondan hemen sonra temel çizgiyi tekrar kontrol edin.
    3. Kateter hattını yanağına bantla sabitleyin ve görevler sırasında hareket transferini en aza indirmek için arkaya doğru yönlendirin; Çizginin gergin olmadığından ve cueing sırasında dudağı çekmediğinden emin olun (Şekil 1G).
  7. Stabilizasyon için 2-3 dakika bekle. En az 30 saniyelik baz çizgisi kaydedin.
  8. Katılımcıların rapor ettiği kullanılabilirlik ve tolere edilebilirlik sonuçlarını topla (gerçekleştirildi).
    1. Tam görev pilini tamamladıktan sonra (bölüm 6), katılımcıdan 0-10 sayısal derecelendirme ölçeği kullanarak (0 = en kötü/en zor, 10 = en iyi/en kolay) aşağıdaki maddeler için değerlendirmesini istedin: (i) PI/LIG dudak sensörünün genel konforu, (ii) ağız içi basınç arayüzü/kateterinin rahatlığı, (iii) sistemi takarken standart görevleri tamamlama kolaylığı, ve (iv) prosedürü gelecekteki bir oturumda tekrarlamaya isteklilik.
    2. Derecelendirmeleri standartlaştırılmış tek sayfalık bir forma kaydedin ve herhangi bir rahatsızlık nedeniyle oturumu durdurup durdurup sonlandırmak (evet/hayır) ve ana nedeni (serbest metin) belgeleyin.
  9. Operatör tarafından bildirilen kurulum süresi (gerçekleştirildi) belgelendi.
    1. Deri hazırlığı başladığında kronometre çalıştırın (adım 5.3). Tüm kanallarda stabil taban çizgileri elde edildiğinde zamanlamayı durdurun (5.7. adımın sonu).
    2. Her katılımcı ve operatör için kurulum süresini (minimum) kaydedin. Yeniden yerleştirme gerekiyorsa, ek zamanı belirtin ve nedenini not edin.
  10. Kullanılabilirlik öğelerini ve özetleri bildirin.
    1. Ek Tablo 3'te tam kullanılabilirlik öğesi ifadesi ve çapları verin.
    2. Katılımcıların rapor ettiği kullanılabilirlik sonuçlarını her madde için medyan (IQR) olarak ve cinsiyet grubuna göre Ek Tablo 4'te özetleyin. Kurulum süresini Şekil 6'daki aynı istatistikler ve zamanlama tanımıyla veya eşdeğer bir tabloda özetleyin.
      NOT: Herhangi bir seans rahatsızlık nedeniyle sonlandırılırsa, görevi sonlandırma anına, etkilenen arayüzü (dudak sensörü vs intraoral kateter) ve herhangi bir olumsuz etkinin olup olmadığını kaydedin. Bu olayları sonuçlara güvenlik izleme özetine dahil edin.

6. Görevleri standartlaştırmak ve veri edinmek

  1. 60 bpm metronomla hızlandırılmış standart sözlü ipuçları sunun. Her görevi bir kez gösterin.
  2. Katılımcıya, düzenli nefes alma ve çene duruşunu koruyarak üç görevi tamamlamasını öğretin.
    1. Katılımcıya dudakları çene sıkmadan sıkıca kapatmasını (dudak kapanışı) söyle.
    2. Katılımcıya, büzülmüş dudaklarla (üfleme) pozitif basınç üretmesini söyle.
    3. Katılımcıya, saman benzeri bir arayüz üzerinden negatif basınç üretmesini (emmek) öğretin.
  3. 3 saniyelik aktivasyon ve 10 saniyelik dinlenme paradigması kullanarak görev başına beş deneme kaydedin. Latin kare takvimi kullanarak katılımcılar arasında görev sırasını rastgele hale getirin.
  4. Tüm kanalları eşzamanlı olarak edin. EMG'yi ≥1 kHz'de ≥16-bit çözünürlükte örnekleyin. ≥100 Hz basıncında örnek basıncı. Uygun anti-aliasing uygulan. Donanım filtreleri mevcut değilse, Nyquist frekansının altına eşleşen dijital alçak geçirim filtreleri uygulanır. Edinim sırasında nesneleri (konuşma, yutma, öksürük) not edin.
  5. Korelasyon ve uyum sonuçları için analiz uç noktalarını önceden belirleyin ve zamanlama ile kanal hizasını doğrulamak için senkronize görev izleri hazırlayın.
    NOT: Şekil 2'de korelasyon/anlaşma sonuçlarını özetleyin ve Şekil 3'te temsil eden senkronize görev izlerini verin.

7. Sinyallerin işlemesi ve kalite kontrolünün uygulanması

  1. EMG'yi sıfır fazlı 4. dereceden Butterworth bant geçirici filtre (20-450 Hz) ile filtreleyin. Yerel şebeke frekansına göre 50 veya 60 Hz'de çentikli bir filtre uygulayın. Sinyali doğrultmak ve 8-10 Hz'de sıfır fazlı 4. dereceden düşük geçirim filtresi kullanarak doğrusal zarfı hesaplayın. Seçilen kesim sınırını belgeleyin.
  2. Düşük geçirimli filtre basınç sinyalleri 10-20 Hz'de sıfır faz 4. dereceden filtre kullanılarak yapılır. Adım 4.2'den itibaren cihaza özgü kalibrasyon katsayılarıyla voltajları kPa'ya dönüştürün.
  3. EMG zarflarını LP ve IP ile işaretleyicilerle hizala. Tepe zaman farklarının ±200 ms içinde olduğunu doğrulayın. Eğer hizalanma toleransı aşarsa, çapraz korelasyon kullanarak yeniden hizalayın ve denemeyi işaretleyin.
  4. 3 saniyelik aktivasyon penceresi içinde aşağıdaki kriterlerden herhangi birini karşılayan denemeleri reddedin: (i) 0,6 saniyelik > düşüş veya doygunluk, (ii) 10 saniyede 3 SD başlangıç RMS'nin 3 SD'sini aşan başlangıç kayması veya (iii) dinlenme sırasında 5 SD başlangıç çizgisi > zarf yükselmeleriyle hareket-artefakt patlamaları. Her görev ve katılımcı için en az üç geçerli denemeyi aklınızda tutun.
  5. Sinyal işleme ayarları ve kalite kontrol eşiklerini Tablo 3'te özetleyin.

8. Metriklerin nicelendirilmesi ve istatistiklerin analizi

  1. PI/LIG türetilmiş EMG ile geleneksel EMG arasındaki katılımcı içi Pearson korelasyonlarını 3 saniyelik aktivasyon penceresinin merkezi 2 saniyesi boyunca EMG RMS olarak tanımlanan deneme bazlı aktivasyon genlikleri kullanarak hesaplayın. Fisher'ın z dönüşümünü kullanarak %95 güven aralıklarıyla r rapor edin.
  2. Aynı analiz pencerelerini kullanarak görev başına LP ve IP arasındaki korelasyonları hesaplayın.
  3. Bland-Altman analiziyle PI/LIG türetilmiş EMG ile geleneksel EMG genlikleri arasındaki uyumu değerlendirin. Önyargıyı ortalama çift fark olarak, uyum sınırlarını ise 1.96 SD fark ± önyargı olarak tanımlayın. Orantılı yanlılık tespit edilirse (ortalama üzerindeki farkların regresyonu için p < 0.05), log-dönüşümlü genlikler ve geri dönüşüm limitleri üzerinde tekrar analizi yapılır.
  4. Tekrarlanan bloklar varsa, EMG genliği ve tepe basınç için ICC(2,1) (iki yönlü rastgele etkiler, mutlak anlaşma, tek ölçüm) kullanılarak test-tekrar test güvenilirliğini tahmin edin. %95 güven aralıklarıyla ICC rapor edin.
    NOT: Tekrarlanan bloklar mevcut değilse, ICC'yi çıkarın ve bunu Sonuçlar'da açıkça belirtin.
  5. Görev dinamiklerini ve cinsiyet grupları karşılaştırmalarını görselleştirmek için yük gücü zaman kursu grafikleri hazırlayın ve bu zaman alanı profillerini Şekil 4'te özetleyin.
  6. Sinyal-gürültü oranını desibel cinsinden hesaplayın: SNR_dB = 20·log10(RMS_active/RMS_baseline), burada RMS_active, aktivasyonun merkezi 2 saniyesi üzerinde, RMS_baseline ise 1 saniyelik ön işaret dinlenmesinde hesaplanır. SNR dağılımlarını özetleyin ve hariç tutma kriterlerini göstermek için Şekil 5'te bir gösterici gürültülü/başarısız örnek ekleyin.
  7. Katılımcı başına yapılan özetlerde kadınlar ve erkekleri karşılaştırın (örneğin, maksimum dudak basıncı, EMG RMS ve SNR). Shapiro-Wilk ile normalliği test edin. Normal dağıtılmış veriler için Welch'in t-testini veya aksi takdirde Mann-Whitney U'yu kullanın. İki taraflı α = 0.05. Kesin p-değerleri bildirin ve Holm-Bonferroni düzeltmesini üç görev karşılaştırmasında uygulayın. Operatörler arasında aynı zamanlama tanımlarını kullanarak kurulum zamanı karşılaştırmaları hazırlayın ve bunları Şekil 6'da özetleyin.

9. Yaygın sorunların çözülmesi

  1. Düşük EMG SNR'yi ele almak için cildi yeniden hazırlayın ve tamamen kurutun, elektrotları 11 ± 1 mm aralıkta yeniden yerleştirin, empedansı <10 kΩ doğrulayın, kablo korumasını optimize edin ve tek bir denemeyi tekrarlamadan önce filtre ayarlarını doğrulayın.
  2. Basınç eksikliğini düzeltmek için, tam temas için pedi tekrar bastırın (5 saniye için 1-2 N), pedin köprüsünü oluşturan bant kırışıklıklarını çıkarın ve adım 4.2 kabul kriterlerini karşılamak için kalibrasyonu tekrarlayın.
  3. Ağız içi basınç kaymasını çözmek için kabarcıkları temizleyin, kateteri 10-15 mm derinliğe yeniden yerleştirin ve her bloktan önce dönüştürücüyü yeniden sıfırlayın.
  4. Hareket artefaktlarını azaltmak için ipuçlarını prova etmek, gerektiğinde duruşmalar arası dinlenme süresini 15 saniyeye çıkarmak ve kirlenmiş dönemleri dışlamak için işaretlemek.
  5. Arıza modlarını, düzeltici işlemleri ve doğrulama kontrollerini belgelemek için Tablo 4'teki standart sorun giderme matrisini kullanın.

10. Güvenlik, hijyen ve bertaraf

  1. Tek kullanımlık ağız içi arayüzler kullanın ve bunları kurumsal politikaya göre biyolojik tehlike atıkları olarak bertaraf etmelidir.
  2. Katılımcılar arasında yeniden kullanılabilir tutucuları ve leadları dezenfekte edin. Dezenfektanı belgeleyin ve boyun süresini belirleyin.
  3. Cilt tahrişi veya rahatsızlığını takip edin. Olumsuz olaylar meydana gelirse oturumu derhal sonlandırın ve olayı IRB raporu için kaydedin.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Cihaz genel bakış ve kalibrasyon
Cihaz mimarisi, yerleşim ve tezgah kalibrasyonu iş akışı Şekil 1'de özetlenmiştir. Modül, iki birlikte konumlanmış lazer kaynaklı grafen (LIG) elektrotu, esnek poliimid (PI) alt yüzeyi ve üst dudak yüzeyine yerleştirilmiş merkezi basınç bağlama pedi ile ayrıca bir ağız içi basınç (IP) için bir iç basınç hattını entegre eder. Bu çalışmada kullanılan fiziksel uygulamayı belgelemek için lazer desenlemesinden ...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Bu makale, esnek poliimid/lazerle indüklenen grafen (PI/LIG) kompozit sensörü ve standart bir satın alma ve işleme boru hattına bağlı olarak orbicularis oris elektromiografi (OOM-EMG), dudak kapanma basıncı (LP) ve ağız içi basıncın (IP) senkronize izlenmesi için uçtan uca bir protokolü rapor etmektedir. Bu iş akışında tekrarlanabilirlik, kayıtların operatörler ve oturumlar arasında karşılaştırılabilir olup olmadığını belirleyen az sayıda kritik adıma bağlıdır. İlk olarak, üretim LIG des...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Alkol hazırlık pedleriDynarex1113%70 izopropil hazırlık pedleri; Elektrot yerleştirmeden önce cilt temizliği
BNC terminal bloğuUlusal EnstrümanlarBNC-2110 DAQ bağlantısı için NI korumalı kablo ile kullanım; Analog girişler için kırılma/bağlantı
CO2 lazer gravür/kesme sistemiEvrensel Lazer SistemleriVLS 3.50 (CO2)Tablo 1 kabul kriterleri karşılanırsa herhangi bir CO2 lazer sistemi kabul edilebilir; kullanılan lazer modeli/ayarlarını kaydetmek; PI'de LIG desenleri (10.6 μ M sınıfı)
İletken epoksi (gümüş)MG Kimyasalları8331İyileştirme koşulları, uygulanan iş akışına uymalıdır; LIG pedlerine lead bağlantı (lehimleme alternatifi olarak isteğe göre)
Veri toplama cihazıUlusal EnstrümanlarUSB-6343DAQ'nun örnekleme/çözümleme gereksinimlerini karşılaması kabul edilebilir; kullanılan tam cihazı kaydeder; Senkron çok kanallı kayıt (EMG ≥ 1 kHz; basınç ≥ 100 Hz)
Deionize suFisher ScientificLaboratuvar kalitesinde DI suEşdeğer laboratuvar DI suyu kabul edilebilir; Kalıp sonrası durulama
KurutucuKartell554 (vakum kurutucu, 250 mm)Herhangi bir mühürlü kuruducu + kuruducu kabul edilebilir; kayıt depolama RH ve süresi; Kuru depolama (RH ≤ Bitmiş cihazlar için %30
EMG tek kullanımlık yüzey elektrotlarıAmbuBlueSensor N (N-00-S/25)Eşdeğer önceden jellenmiş Ag/AgCl EMG elektrotları kabul edilebilir; Orbicularis oris üzerinde referans EMG
Dört noktalı prob sistemiOssilaDört Noktalı Prob Sistemi (T2001A5)Herhangi bir dört noktalı prob sistemi kabul edilebilir; prob aralığı/ölçüm noktalarını kaydetmek; Sayfa direnci (Ω/figure-materials-1) tarama
Hipoalerjenik cerrahi bantSolventumMikrogözenekli Cerrahi Bant 1530 (Ürün Kimliği 7100273771)Eşdeğer hipoalerjenik cerrahi bant kabul edilebilir; Üst dudağın orta hattında basınç pedini sabitleyin
İzopropil alkol (IPA), ≥ 99%Merck (Sigma-Aldrich)190764-500MLLaboratuvar günlüğünde tedarikçi ve parti numarası; Kalıp sonrası durulama; Genel temizlik
Manometri/basınç kateteri hattıKRUUSEBesleme tüpü, 8 Fr (230811)Herhangi bir kateter/tüp OD ve güvenlik gereksinimlerini karşılayabilir; kullanılan tam modeli kaydetmek; Ağız içi basınç (IP) hattı, OD ~2– 3 mm
MetronomKorgMA-2Belgelenmişse uygulama tabanlı metronom kabul edilebilir (cihaz + uygulama adı/sürüm); Tempo (60 bpm)
MikrometreMitutoyo293-340-30 (0– 25 mm)Herhangi bir mikrometre toplantı kararı kabul edilebilir olmalıdır; PI kalınlığını doğrulayın (± 1 μ m tolerans)
Poliimid film (25 μ m)Merck (Sigma-Aldrich)GF596270090,025 mm kalınlığı; Kayıt parti numarası; her partide kalınlığı tutarlı tutmak; PI/LIG cihazı için substrat
Poliimid film (50 ve mu; m)Goodfellow10001067860,05 mm kalınlığı; Kayıt parti numarası; cihazlar arasında kalibrasyon katsayılarını karıştırmayın; PI/LIG cihazı için substrat
Basınç dönüştürücüsü (USB çıkışı)Omega MühendisliğiPX409-USBH serisiKapsama ve artımn için aralık seçin; 20 kPa gereksinimi; kullanılan ürün aralığını/modelini kesin olarak kaydediyor; IP ölçümü (çözünürlük ≤ 0.1 kPa önerilir)
Korumalı kablo (68-pin)Ulusal EnstrümanlarSHC68-68-EPMNI BNC-2110 ile korumalı bağlantılar için kullanılır; DAQ bağlantısı (USB-6343 terminal bloğa)
Silikon elastomer film (diyafram)GoodfellowSilikon elastomer film 0.125 mm (Referans 1000181130)İsteğe bağlı; kullanılırsa tutarlı şekilde uygulayın ve kalınlık/fiksasyon yöntemini kaydet; Isteğe bağlı uyumlu diyafram (100&ntir; 200 μ m)
Silikon elastomer kiti (PDMS)DowSYLGARD 184 kitiBir parti içinde tutarlı şekilde kullanın; kayıt karıştırma oranı ve kürlenme koşulları; Kapsülleme (hedef kuru kalınlığı 10&ntir; 30 μ m)
Lehim teliKester24-6337-0027 (Sn63/Pb37, reçine çekirdek, 0.031 inç)Kurşunsuz lehim kullanılırsa, alaşım ve akı tipi kaydedilir; Kurşun bağlantı (lehimleme kullanılıyorsa)
Yazılım (sinyal işleme)Python Yazılım VakfıPython 3.x + NumPy/SciPy/MatplotlibPython'un tam sürümlerini ve paketlerini Yöntemler veya Ek Yöntemler içinde belgeleyin; Filtreleme, senkronizasyon, istatistik, grafikleme

Kaynaklar

  1. Wood, L. M., Hughes, J., Hayes, K. C., Wolfe, D. L. Reliability of labial closure force measurements in normal subjects and patients with CNS disorders. J Speech Hear Res. 35 (2), 252-258 (1992).
  2. Matsumoto, H., et al. Real-time continuous monitoring of oral soft tissue pressure with a wireless mouthguard device for assessing tongue thrusting habits. Sensors. 23 (11), 5027(2023).
  3. Hug, F. Can muscle coordination be precisely studied by surface electromyography. J. Electromyogr Kinesiol. 21 (1), 1-12 (2011).
  4. Surface Electromyography: Physiology, Engineering, and Applications. Merletti, R. , John Wiley & Sons. Hoboken, NJ. (2016).
  5. Soo, N. D., Moore, R. N. A technique for measurement of intraoral lip pressures with lip bumper therapy. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 99 (5), 409-417 (1991).
  6. Kohli, M., Hsu, L. F., Chen, C. C., Yao, C. C. J., Chung, T. K. Wearable wireless magnetic-reluctance-based pressure sensing module for intraoral pressure monitoring. IEEE Trans Magn. 59 (11), 1-9 (2023).
  7. Manca, A., et al. A survey on the use and barriers of surface electromyography in neurorehabilitation. Front Neurol. 11, 573616(2020).
  8. Lin, J., et al. Laser-induced porous graphene films from commercial polymers. Nat Commun. 5 (1), 5714(2014).
  9. Liu, M., Wu, J., Cheng, H. Effects of laser processing parameters on properties of laser-induced graphene by irradiating CO2 laser on polyimide. Sci China Technol Sci. 65 (1), 41-52 (2022).
  10. Hermens, H. J., et al. Development of recommendations for SEMG sensors and sensor placement procedures. J Electromyogr Kinesiol. 10 (5), 361-374 (2000).
  11. Farina, D., Merletti, R., Enoka, R. M. The extraction of neural strategies from the surface EMG. J Appl Physiol. 96 (4), 1486-1495 (2004).
  12. Kim, J., et al. Wearable biosensors for healthcare monitoring. Nat Biotechnol. 37 (4), 389-406 (2019).
  13. Wang, Z., Tan, K. K., Lam, Y. C. Electrical resistance reduction induced with CO2 laser single line scan of polyimide. Micromachines (Basel). 12 (3), 227(2021).
  14. Paucar, Y. I., Pantoja-Suárez, F., Bertran-Serra, E., Sánchez, F., Moreno, K. Laser-induced graphene on polyimide: Material characterization toward strain-sensing applications. Sensors (Basel). 25 (24), 7641(2025).
  15. Qian, H., Moreira, G., Vanegas, D., et al. Improving high throughput manufacture of laser-inscribed graphene electrodes via hierarchical clustering. Sci Rep. 14, 7980(2024).
  16. Lu, N., Kim, D. -H. Flexible and stretchable electronics paving the way for soft robotics. Soft Robotics. 1 (1), 53-62 (2014).
  17. Behrent, A., Borggraefe, V., Baeumner, A. J. Laser-induced graphene trending in biosensors: understanding electrode shelf-life of this highly porous material. Anal Bioanal Chem. 416 (9), 2097-2106 (2024).
  18. Quellmalz, A., et al. Influence of humidity on contact resistance in graphene devices. ACS Appl Mater Interfaces. 10 (48), 41738-41746 (2018).
  19. Ray, T. R., et al. Bio-integrated wearable systems: a comprehensive review. Chem Rev. 119 (8), 5461-5533 (2019).
  20. Wang, S., et al. Skin electronics from scalable fabrication of an intrinsically stretchable transistor array. Nature. 555 (7694), 83-88 (2018).
  21. Amjadi, M., et al. Stretchable, skin-mountable, and wearable strain sensors and their potential applications: a review. Adv Funct Mater. 26 (11), 1678-1698 (2016).
  22. Leung, V. W. -H., Darvell, B. W. Artificial salivas for in vitro studies of dental materials. J Dent. 25 (6), 475-484 (1997).
  23. Zhang, Y., et al. Parylene C as an insulating polymer for implantable neural interfaces: acute electrochemical impedance behaviors in saline and pig brain in vitro. Polymers (Basel). 14 (15), 3033(2022).
  24. Searle, A., Kirkup, L. A direct comparison of wet, dry and insulating bioelectric recording electrodes. Physiol Meas. 21 (2), 271-283 (2000).
  25. Rogers, J. A., Someya, T., Huang, Y. Materials and mechanics for stretchable electronics. Science. 327 (5973), 1603-1607 (2010).
  26. Clancy, E. A., Morin, E. L., Merletti, R. Sampling, noise-reduction and amplitude estimation issues in surface electromyography. J Electromyogr Kinesiol. 12 (1), 1-16 (2002).
  27. Trung, T. Q., Lee, N. -E. Flexible and stretchable physical sensor integrated platforms for wearable human-activity monitoring and personal healthcare. Adv Mater. 28 (22), 4338-4372 (2016).
  28. Kim, D. -H., et al. Epidermal electronics. Science. 333 (6044), 838-843 (2011).
  29. De Luca, C. J. The use of surface electromyography in biomechanics. J Appl Biomech. 13 (2), 135-163 (1997).
  30. Someya, T., Bao, Z., Malliaras, G. G. The rise of plastic bioelectronics. Nature. 540 (7633), 379-385 (2016).
  31. Wang, C., et al. User-interactive electronic skin for instantaneous pressure visualization. Nat Mater. 12 (10), 899-904 (2013).
  32. Munafò, M. R., et al. A manifesto for reproducible science. Nat Hum Behav. 1 (1), 0021(2017).
  33. Hozawa, M., et al. Evaluation of oral function using a composite sensor during maximum lip closure and swallowing in normal children and adults. J Oral Rehabil. 51 (8), 1349-1356 (2024).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Elektromiyografi zlemePerioral Kas AktivasyonuDudak Bas ncA z i Bas nSenkronize Kay tSinyal lemeRehabilitasyon Sens r

İlgili makaleler