Summary
3T의 fMRI에 haptic 로봇의 적응과 사용 설명합니다.
Abstract
기능성 자기 공명 영상 (fMRI)는 비 이온화 방사선, 해부 학적 및 기능 데이터의 공간적 정확성 mm 2, 거의 실시간 분석 3를 포함해 장점과 대담한 신호를 1로 우수한 기능성 뇌 이미징을 제공합니다. Haptic 로봇은 정확한 측정과 합리적으로 제한된 공간에서 커서의 위치 및 힘 제어를 제공합니다. 여기 haptic / 같은 접근이나 욕심과 같은 촉각 환경 상호 작용과 모터 제어를 포함한 정밀 실험을 허용하는이 두 기술을 결합하여. 기본적인 아이디어는 피사체가 로봇을 사용할 수 있도록 로봇 4 중앙에서 지원 8 발 끝 effecter를 첨부하는 것입니다,하지만 그것을 차폐하고 fMRI 기계 (그림 1에서 자기장의 가장 극단적인 부분의 그것을 유지 ).
환상의 프리미엄 3.0, 6DoF, 높은 힘 로봇 (SensAble 테크놀러지 주식 회사) 가상 현실 실험 5, 6에서 강제로 피드백을 제공하는 탁월한 선택이지만, 그것은 본질적으로 비 MR 안전, 민감한에게 상당한 소음을 소개합니다 fMRI 장비, 및 전기 모터가 강력하게 자기장을 변화의 fMRI에 의해 영향을받을 수 있습니다. 우리는 로봇이 안전하게 fMRI 환경에 도입되도록하고의 강력 다양한 자기장에 의해 전기 노이즈가 모터에 의해 fMRI 신호의 저하와 전기 모터의 성능 저하를 모두 제한하는 테이블과 차폐 시스템을 구축해야 fMRI. 방패로, 잡음 비율 (SNR : 신호 / 노이즈의 표준 편차)로 신호를 fMRI 중 ~ 330로 ~ 380의 기준에서가는, 그리고 차폐없이 ~ 250. 나머지 소음 uncorrelated로 나타나며 시험 영역 (그림 2)의 fMRI에 아티팩트를 추가하지 않습니다. 로봇의 fMRI에 대한 상당한 효과가 없습니다 있도록 긴 뻣뻣한 핸들이 자기장의 가장 강하게 다양한 부품의 범위를 벗어난 로봇의 위치를 수 있습니다. 로봇의 운동학에 대한 처리의 효과는 경량이기 때문에 최소한의 것입니다 (~ 2.6 파운드)하지만, 매우 치열한 3 / 4 "흑연과 중간에 3DoF 공동에 잘 균형.와의 최종 결과는 fMRI 호환 haptic 시스템입니다 가상 현실과 결합 1 입방 작업 공간의 발, 그리고 약 그것은 자연에 도달, 수동 사지와 haptic 인식의 변위, 다양한 포스 필드에서 적응 학습을 포함하여 fMRI 환경에서 수행하는 실험의 새 집합에 대한 수 , 텍스처 식별 5, 6.
Protocol
1. 스캐너 룸 외부
- 지원 무료 엔드와 분리된 긴 손잡이의 외관 엔드와 압연 테이블을 놓으십시오.
- 로봇이 꺼져 있는지 확인합니다.
- 테이블 소켓에 로봇을 놓고 2 개의 나사와 함께 로봇을 통해 알루미늄 플레이트 안전을 확보.
- 알루미늄 어댑터 로봇 처리 최종 effecter을 첨부하고 자유롭게 움직이는 것을 확인하십시오.
- 알루미늄은 로봇 차폐와 10 '병렬 케이블을 첨부하여 차폐가 손상되었는지 확인합니다. 필요한 경우 별도의 호일을 추가합니다.
- 뒷면에있는 홈에 병렬 및 전원 케이블을 배치 신중되는 로봇을 통해 알루미늄 차폐 상자를 놓습니다.
- 조심스럽게 차폐 상자에 나사.
- 패키지는 알루미늄 차폐 상자에서 케이블 홈에 호일과 포일은 병렬 케이블의 차폐와 접촉을하게해야합니다.
2. 두 사람 A와 B와 스캐너 방으로 이동
- 어떠한 철분을 함유하지 않은 것들, 예를 들어, 휴대 전화, 열쇠, 동전 등 모든 금속 물체를 제거하여 높은 자기장 환경을 입력할 준비를 ...
- 사람과 로봇 때까지 첫째는, 로봇 테이블과 상자 엔드를 안정화 사람 B의 자유로운 끝을 롤 들고 자유롭게 끝이 방의 문을 들어갑니다.
- 사람 B 클립 보안 로프의 다른 쪽 끝을 단단히 벽에 앵커에 첨부되는 차폐 케이스와 수표의 뒷면에 앵커 구멍에 닿는 곳에.
- 함께 일하고, 방 안으로 테이블을 롤과 fMRI 테이블의 기슭에 벨크로 끈으로 연결합니다. 테이블의 로봇 끝 가능한 스캐너에서까지 계속해야합니다.
- 로봇의 사용자 정의 컨트롤 룸을 통해 통과에 필터와 플러그 로봇의 병렬 케이블을 연결합니다. 병렬 케이블의 차폐 포일은 필터와 접촉을 만들어야합니다.
- 긴 손잡이의 외부 부분 (최종 effecter)를 첨부하고 깔끔하게 fMRI의 구멍을 입력합니다 있는지 확인합니다.
3. 컨트롤 룸에서
- 제어 컴퓨터를 시작하고 로봇 6 '병렬 케이블을 연결합니다. 을 통해 패스의 내부 부분에있을 수있는 여분의 필터를 제거해야합니다.
- 로봇 모터가 꺼져 있는지 확인, 환상의 보정 루틴을 시작하고 로봇의 보정 루틴에서 모터의 위치 설치 했어요가 안정되어 있는지 확인합니다.
- 병렬 케이블 연결을 확인하고 보정 루틴이 로봇을 볼 수 없다거나 모터 판독에 큰 차이가있는 경우에만 큰 사용자 정의 필터가 부착되어 두 번.
- 차폐 상자의 뒷면에있는 포트를 개방하여 로봇의 전원을 켜고 몽둥이로 스위치를 누르십시오.
- 약 원뿔형 도파관의 끝에 중심으로 최종 effecter으로 보정 절차를 다시 시작합니다. 교정을 통해 단계와 상자 교정 상자에 적절한 haptic 상호 작용을 가지고 있는지 확인합니다.
- 제어 컴퓨터 (BNC 커넥터) fMRI에서 Labjack ADC에 TTL 출력을 연결합니다.
4. 제목
- 표준 fMRI 프로토콜과 함께 높은 자기장 환경에 대한 주제를 준비합니다.
- 실험, 예를 들어, 시각 디스플레이 시스템을위한 별도의 장비를 설정합니다. 우리는 가상 환경을 제시했을 때 특히 유용 기능을 영상 디스플레이 스테레오보기를 제공하는 NordicNeuro 연구소, 주식 회사 비전 시스템을 사용합니다.
- 피사체가 테이블에 아래 거짓말과 머리 코일이 위치해 후, 손으로 나사를 느슨해진하고 피사체가 편안하게 이동할 수 때까지 테이블의 상단을 슬라이딩하여 로봇의 거리를 조정합니다.
- fMRI 테이블이 흔들에서 다리 바퀴를 방지하기 위해 구멍의 밖에서 이동하는 동안 로봇 끝에 목숨을 구하기 위해 수동으로 테이블을 안내입니다. 최종 effecter이 구멍에가는 그리고 밖에서 잡을하지 않도록 확인하십시오.
- 실험을 실행합니다.
5. 이명 A와 B로 설정을 부셔
- 환자 종료 후, 긴 손잡이의 외관 엔드를 제거하고 벨크로 스트랩을 취소하여 fMRI 테이블에서 로봇 테이블을 분리합니다.
- 로봇에서 차폐 병렬 케이블을 취소하고 전원 케이블을 뽑습니다.
- 사람과 로봇 테이블과 로봇 엔드를 유도 인 B의 무료 끝을 잡고는 문을 테이블을 이동합니다. 문에서 밧줄을 취소할하고, 복도에 로봇 테이블을 롤.
- 모든 차폐 상자에서 나사 및 안전 플레이트에서 두 개의 나사를 취소하고 로봇을 제거합니다.
6. 대표 결과 :
이상적으로, haptic 로봇과 fMRI는 서로 영향을 미치지 않습니다. 로봇이 fMRI에 의해 영향을 받고있다면 우리는 온라인으로 알 수 있습니다. 로봇의 병렬 케이블이 제대로 차폐 및 필터링하지 않은 경우 일반적으로, 다음 모터의 판독이 oscil합니다늦은 빠르게. 이것은 함유 코어가 제대로 로봇 근처의 병렬 케이블의 배치 즉, 두 케이블의 차폐 알루미늄을 선택하여 고정하고, 로봇 수있는 유일한 필터를 통해 통과의 스캐너 룸 측면에있는 사용자 정의 필터입니다 수 . fMRI의 오류를 감지하면 데이터가 감소하고 분석 후에 정말에서만 가능하지만, 해부 검사는 초기 연구에 촬영과 상관 노이즈 (예 : 스파이크 노이즈) 7 나타내는 지퍼 효과 또는 기타 구조물에 확인하여야한다. 자주, 이러한 소음은 금속 접촉에 금속에서 유래 특히 로봇 테이블에있는 모든 나사, 테이블의 측면에 손을 조정 나사를 강화하여 청소하실 수 있습니다. 기준 fMRI 신호의 테스트에서 노이즈 비율 (SNR) 여전히 합리 ~ 330에 방울 완전히 차폐된 방에 로봇과 함께 ~ 380하고 있습니다. 방어막이 로봇에 위치에 있지 않을 경우, 다음 ~ 250, 소음 효과로 더욱 SNR 저하는 매우 중요한된다.
로봇에서 멀리 이동하기 위해 제외 4와 같이 핸들의 중앙에 자유 공동의 3 정도 로봇 / 손 상호 작용의 역학에 거의 영향을 미치지. 손잡이의 중심에 공동이 받침 같은 역할과 방향의 두 (왼쪽, 오른쪽 및 위, 아래) 그러나 세 번째 안 (앞, 뒤).에서 겉보기 움직임을 반대 팬텀과 손이 중간에 그 받침과 손잡이처럼 레버의 반대편 끝에 있으므로, 수익은 세 유클리드 방향의 각 소프트웨어에 적용됩니다 스위블 조인트에 의해 제어 두 방향으로 부정 이득과 긍정적인 이득 슬라이더 공동의 방향으로. 손잡이와 회전의 순 효과는 환상의 로봇의 자유, 불과 9 '의 전체 3도 재현.
그림 1은 장치는 fMRI 환경에서 사용하기 위해 haptic 로봇을 마운트하는 데 사용됩니다. 위로 haptic 로봇 전에 울타리 (위, 왼쪽)와 핸들의 midpoint (위, 오른쪽)에서 공동 짐벌 / 슬라이더 케이스에 마운트 보여줍니다. 왼쪽 하단은 핸들을 조작 스캐너의 제목을 보여줍니다. 하단은 바로 차폐 및 최종 effecter의 만화입니다.
운동과 완전히 차폐된 로봇에 대한 BIRN 테스트 그림 2 결과. 십자가와 세 이미지는 구형 머리 모델의 섹션을 표시하고, 하단 바로 3 차원보기를 보여줍니다. 작은 점들은 정적 머리 모델에 거품 있으며 항상 존재하고 있습니다. 대형 스트 라이프 또는 지퍼의 부족은 로봇의 소음이 uncorrelated는 것을 나타냅니다.
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Discussion
fMRI 호환 로봇은 모터 제어의 신경 과학에서 실험에 대한 새로운 가능성을 열어. 설정에서 가장 중요한 단계는 우리가 두 단계에서 할 fMRI에 유물을 방지하기 위해 로봇의 방어막입니다. 첫째, 로봇 자체가 긴, 가볍고, 자유 관절의 3 정도과의 중간에 지원되는 핸들과 구멍 가까이에 대해서 9 '입니다. 둘째, 로봇은 플라스틱 원뿔 (13 "베이스 직경 6"최고 직경 X 42 "길이) ~ 100dB를 차단하는 계산 알루미늄 호일 차폐와 도파관과 1 / 16"-1 / 4 "알루미늄 상자에 쌌다는 것입니다 fMRI 관련 주파수 대역에서 잡음,> 100 MHz의. 또한, 추가로 향후, 구리 차폐가 원추에 알루미늄 호일을 대체하는 데 사용할 수 있지만, 현재로서 상당한 비용과 무게 절약에 있습니다 만족스럽게 수행합니다. 장비의 범위를 확대, 우리는 동시에 뇌파 / 현재 시스템과 fMRI를 통합할 계획입니다.
실험 설정과 관련된 주요 안전 우려는 fMRI 자석의 구멍에 큰 무력으로 뽑았 수 강자성 물체에 대한 가능성이 있습니다. 같은 방패 회전 테이블이 위험 모든 부수 장비를 최소화하기 위해이 자성 재료로 구성되어 있습니다. haptic 로봇 자체가 강자성 재료가 들어 있으므로 특별한주의가의 위치와 관련하여 행사해야합니다. 로봇은 압연 테이블에 확보하고 전체 조립은 자석 룸에 어셈블리를 압연하기 전에 벽에 닿는 곳에있다. 밧줄의 길이는 로봇이 환자 테이블의 끝을 지난 이동할 수 있도록 설계되었습니다. 마지막으로, 안전한 작동을 보장하기 위해, 실험 요원은이 문서에서 다른 설명한 세부적인 프로토콜을 따르도록 특별한주의를해야합니다.
fMRI의 가장 중요한 기능 중 하나는 뇌파 또는 멕과 같은 수동적인 기술에서 본 활동의 지방화의 손실없이 비 이온화 방사선을 사용하며, PET와 같은 더 많은 침략 경쟁 기술보다 안전 따라서는 것입니다. 우리가 haptic 로봇 적응과 극복되는 fMRI로 단점은 그 기능을 유지하면서 fMRI의 높은 자기장 및 소음 민감도와 장비가 호환되도록하는 것입니다. 인간의 모터 동작을 공부하기 이전 시도는 환경과 현실적인 상호 작용을 위해 부적 절한하는 압축 공기 8 또는 물 중 하나에 가난한 응답 시간을 가지고 9 장치를 의존거나 자유의 제한 정도와 스캐너 룸 외부에 위치시킵니다. 룸과 차폐의 장비를 유지, 1.5 T fMRI 4, unshielded 낮은 강제 모델 로봇을 사용하는 이전 연구와 유사한 여기서 솔루션은,,, 공기 압축기의 운동의 전체 범위를 제공하지만 빠른 함께 전기 드라이브의 밀리초 대기.
장비 설치 및 운영, 우리는 지금뿐만 아니라 haptic 상호 작용을 제공하는 로봇과 완벽하게 몰입 가상 현실과 관련된 새로운 실험을 개발로 벌금 5 10 학습 순서와 방향 같은 재조사 클래식 모터 제어 실험 찾고 있습니다. 현재 프로토콜의 사용의 상대적 용이성 실시간, 쌍방향 이동 실험에 fMRI를 열 것입니다.
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Disclosures
관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.
Acknowledgments
우리는 기술 지원 Kun 루와 로널드 Kurz 감사하고 싶습니다. 이 작품은 ONR의 MURI 보너스 번호에 의해 지원 되었음 : N00014 - 10 - 1-0072, NSF 교부금 # SBE - 0542013 학습 센터 학습 센터의 NSF 과학, 그리고 NIH 부여 # 2 R01 NS036449 - 11의 측두엽 역학합니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Phantom premium 1.5/6dof, high force model | SensAble, Geomagic |
References
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