3T fMRI Haptik Robot Adaptasyon

Summary

3T fMRI haptik robot adaptasyonu ve kullanımı açıklanmıştır.

Abstract

Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI), non-iyonize radyasyon, anatomik ve fonksiyonel veri milimetre mekansal ^doğruluğu 2 ve neredeyse gerçek zamanlı ^analiz 3 gibi avantajları ile BOLD ^sinyali 1 ile mükemmel fonksiyonel beyin görüntüleme sağlar . Haptik robotlar, hassas ölçüm ve makul bir kapalı alan bir imleç konumu ve kuvvet kontrol sağlar. Burada hassas deneyler içeren haptik / dokunsal ulaşan veya kavrama gibi çevre etkileşimi ile motor kontrol sağlamak için bu iki teknolojiyi birleştirir. Temel fikir, ^robotun 4 konu robotu kullanmak için izin merkezinde desteklenen 8 ayak sonunda effecter eklemek, ama koruyucu ve fMRI makine (Şekil 1 manyetik alanın en uç kısmının uzak tutmak .)

The Phantom Premium 3.0, 6DOF, yüksek kuvvet robot (SensAble Technologies, Inc.) Sanal gerçeklik deneyler, ^{5, 6} kuvvet geribildirim sağlamak için mükemmel bir seçimdir, ama bu doğal olmayan MR güvenli, hassas önemli gürültü tanıttı fMRI ekipman ve elektrik motorları, güçlü bir manyetik alan değişen fMRI tarafından etkilenebilir. Biz robot güvenle fMRI çevreye tanıtılacaktır sağlar ve gürültülü elektrikli motorlar fMRI sinyal bozulması ve elektrikli motor performansının bozulması kuvvetle değişen manyetik alan tarafından sınırlayan bir tablo ve perdeleme sistemi inşa ettik fMRI. Kalkan, sinyal gürültü oranı (SNR sinyal / gürültü standart sapma) fMRI ~ 380 ~ 330 temel gider ve koruyucu olmadan ~ 250. Kalan gürültü ilintisiz gibi görünen ve bir test alanında (Şekil 2) fMRI eserler katmıyor. Manyetik alanın en güçlü değişen parçaların aralığı robot, robot üzerinde fMRI anlamlı bir etkisi vardır, böylece, uzun ve bükülmez kolu yerleştirilmesine izin verir. Robotun kinematik kolu etkisi o hafif olan bu yana asgari (~ 2,6 lbs) ama son derece sert 3 / 4 "grafit ve ortasında 3DoF eklem iyi dengelenmiş. Olan Sonuçta bir fMRI uyumlu, haptik sistemi. 1 sanal gerçeklik ile birlikte çalışma alanı kübik ayak, ve hakkında, natüralist ulaşan, pasif ekstremite ve dokunsal algı değiştirme, değişen kuvvet alanları adaptasyon öğrenme dahil olmak üzere fMRI bir ortamda yapılacak yeni bir dizi deneyler için izin doku kimlik ^{5, 6} ya da.

Protocol

1. Tarayıcı oda dışında

1. Yuvarlanma tablo desteklenen serbest uç ve uzun kolu kopmuş dış sonuna yerleştirin.
2. Robot kapalı olup olmadığını kontrol edin.
3. Robot tablo soketine yerleştirin ve 2 vida ile robot üzerinde alüminyum güvenlik plaka güvenli.
4. Alüminyum adaptör ile robot kolu sonuna effecter takın ve serbestçe hareket ettiğini kontrol edin.
5. 10 'alüminyum robot koruyucu ile paralel kablo takın ve koruyucu sağlam olduğunu kontrol edin. Gerekirse ekstra folyo ekleyin.
6. Arkasındaki oluk içine paralel ve güç kabloları yerleştirmek için dikkatli olmak robot üzerinden alüminyum koruyucu kutusu yerleştirin.
7. Dikkatle koruyucu kutusunda vida.
8. Pack alüminyum koruyucu kutu kablo oluk içine folyo ve folyo, paralel kablo koruyucu ile temas eder emin olun.

2. Iki kişi, A ve B ile tarayıcı odasına Hareketli

1. Ve demir dışı olanlar, örneğin, cep telefonları, anahtarlar, sikkeler, vb de dahil olmak üzere tüm metal nesneleri kaldırarak yüksek bir manyetik alan ortamı girmek için hazırlayın ..
2. Kişi ile ilk robot kadar, robot tablo ve B kutusu sonunda stabilize kişi serbest sonuna rulo tutan serbest ucunu sadece oda kapıdan girer.
3. Kişi B klipleri güvenlik halatı, diğer ucunu sıkıca dübel bağlı olduğunu koruyucu çantası ve kontroller arkasına bir çapa deliğe gergin.
4. Birlikte çalışarak, odanın içine tablo rulo ve fMRI tablonun ayak Velcro kayış ile ekleyin. Mümkün olduğunca tarayıcı tablo robot sonuna kadar kalmalıdır.
5. Robot özel kontrol odası ile geçiş filtresi ve fiş robotun paralel kablo takın. Paralel kablo koruyucu folyo filtre ile temas gerekir.
6. Uzun kolu dış kısmı (son effecter) takın ve temiz bir fMRI delik girecek doğrulamak.

3. Kontrol odası

1. Kontrol bilgisayarı başlatın ve 6 'robot paralel kablo takın. Geçidin iç kısmında olabilecek herhangi bir ekstra filtreleri kaldırmak için emin olun.
2. Robot motorlar kapalı olduğunu doğrulayın, Phantom kalibrasyon başlatmak ve robot kalibrasyon motorların pozisyon okuma kararlı olduğunu doğrulayabilir.
3. Çift paralel kablo bağlantısı kontrol ve kalibrasyon robotu görmek veya motor okuma büyük farklılıklar vardır, sadece büyük özel filtre takılı.
4. Robot koruyucu kutusunun arkasındaki port açarak açın ve bir sopa ile anahtarları basın.
5. Konik dalga kılavuzu sonunda yaklaşık merkezli sonuna effecter ile kalibrasyon yeniden başlatın. Kalibrasyon ile Adım ve kutu kalibrasyon kutusuna uygun haptik etkileşimi olup olmadığını kontrol edin.
6. TTL çıkışı kontrol bilgisayarı üzerinde fMRI (BNC konnektör) Labjack ADC takın.

4. Söz konusu

1. Konusunu standart fMRI protokolleri ile yüksek manyetik alan ortamı hazırlayın.
2. Deney, örneğin, görsel ekran sistemi için herhangi bir ekstra donanım ayarlayın. Biz, sanal ortamlar sunarken özellikle yararlı bir özellik görsel görüntüler stereo görüntüleme sağlar NordicNeuro Lab, Inc Vizyon Sistemi kullanın.
3. Konusu masaya yatar ve baş bobin bulunmaktadır sonra, el vidaları gevşeterek ve bu konuda rahat hareket edebilir kadar tablonun üst kayar robotun mesafeyi ayarlamak.
4. FMRI tablo wobbling tekerlekler önlemek için delik içinde ve dışında hareket ederken robotun ucuna tutarak masaya elle yönlendirin. Sonuna effecter delik gider ve dışında yakalamak değil emin olun.
5. Denemeyi çalıştırmak.

5. A ve B olmak üzere iki kişi ile kurulumu yıkın

1. Hastanın çıkar sonra, uzun kolu dış ucunu çıkarın ve Velcro kayış geri fMRI tablo robot tablo ayırmak.
2. Robot, korumalı paralel kablo geri ve güç kablosunu prizden çekin.
3. Robot tablo ve B robot sonu rehberlik kişi serbest ucunu tutan kişi ile masa, kapı hareket. Kapıda, halata geri alma ve salona robot tablosu dışarı rulo.
4. Koruyucu kutu vida ve emniyet plakası iki vidayı geri alma ve robot kaldırmak.

6. Temsilcisi sonuçları:

İdeal olarak, haptik robot ve fMRI birbirini etkiler olmamalıdır. Şu anda robot fMRI etkilenen ise söyleyebilir. Genellikle, robotun paralel kablo düzgün korumalı ve süzülür değil ise, daha sonra motorlar okuma oscil olacakGeç hızla. Bu demir çekirdek düzgün robot yakın paralel kablo yerleştirilir çift kablo üzerinde koruyucu alüminyum kontrol ederek sabit ve robot sadece filtre üzerinden geçiş tarayıcı oda yan tarafındaki özel filtre edilebilir . FMRI hataları algılama veri azalır ve analiz edildikten sonra gerçekten mümkündür, ancak anatomik bir tarama çalışmaya erken alınmış ve korelasyon gürültü (örneğin başak gürültü) ⁷ göstergesidir fermuar etkileri veya diğer eserler için kontrol edilmelidir. Sık sık, gürültü, metal temas metal gelen ve özellikle robot tablo tüm vidaları, masanın yan tarafında elle ayarlama vidaları sıkarak temizlenmelidir. Testlerinden bazal fMRI sinyal gürültü oranı (SNR) ~ 380 robot ile hala makul ~ 330 düşer odasında tam korumalı ve. Kalkan robot yerde değil ise, o zaman ~ 250 ve gürültü etkileri daha fazla SNR açılan çok önemli bir hale gelir.

Robot uzak vardiya dışında ^4'te gösterildiği gibi, özgürlük eklem kolu merkezinde 3 derece robot el / etkileşim dinamikleri üzerinde çok az etkisi vardır. Kolu merkezinde ortak bir kaldıraç gibi davranır ve iki yönde (sağ-sol ve yukarı-aşağı), fakat üçüncü değil (ileri-geri). Görünürdeki hareketi tersine çevirir Phantom ve eli kolu ortasında dayanak noktası kolu gibi zıt ucunda olduğundan, her üç Öklid yönde kazanımlar yazılım uygulanır: döner eklem tarafından kontrol edilen iki yönde negatif kazanımlar ve pozitif bir kazanç kaydırıcıyı eklem yönde. Saplı ve döner net etkisi Phantom robot özgürlüğü, sadece 9 'tam 3 derece çoğalır.

Şekil 1 aparat fMRI ortamda kullanım için haptik robot monte etmek için kullanılır. En haptik robot muhafazası (üst, sol) ve kolu orta noktası (üst sağ) ortak gimbal / sürgüsünü önce durumda monte gösterir. Sol alt kolu manipüle tarayıcı bir konu gösterir. Alt, sağ koruyucu ve bitiş effecter bir karikatür.

Şekil 2 hareketi ile tam korumalı bir robot için BIRN test sonuçları . Haçlar ile üç fotoğraf küresel kafa modeli bölümleri gösterir ve sağ alt üç boyutlu bir görünümünü gösterir. Küçük nokta statik bir kafa modeli kabarcıkları ve her zaman mevcuttur. Geniş çizgili ya da fermuar eksikliği robot gürültü ilintisiz olduğunu gösterir.

Discussion

FMRI uyumlu robot, motor kontrol sinirbilimi deneyleri için yeni olanaklar açılır. Kurulumunda en kritik adım, iki adımda yaptığımız fMRI, gölgeleri önlemek için robot koruyucu. İlk olarak, robot kendisi, uzun, hafif, özgürlük eklem 3 derece ile orta desteklenen ele uzak delik 9 '. İkincisi, robot, bir plastik konik (13, "taban çapı 6" üst çap x 42 "uzun) ~ 100dB engellemek için hesaplanan koruyucu alüminyum folyo ile dalga kılavuzu ile 1 / 16" -1 / 4 "alüminyum kutunun kaplı fMRI ilgili frekans bandında gürültü, 100 MHz. Ayrıca, daha gelecekte, bakır koruma, alüminyum folyo koni yerine olabilir, ama şu anda önemli bir maliyet ve ağırlık tasarrufu tatmin edici bir şekilde gerçekleştirir. ekipman kapsamını genişletmek, eş zamanlı EEG / fMRI mevcut sistem ile birleştirmek için planlıyoruz.

Deneysel set-up ile ilişkili temel güvenlik endişesi büyük bir güçle fMRI mıknatısın delik içine çekilmesine ferromanyetik nesneler için bir potansiyeldir. , Tüm yardımcı ekipmanların, kalkan ve yuvarlanma tablo olarak bu riski en aza indirmek için, manyetik olmayan malzemelerden inşa edilmiştir. Haptik robot kendisi ferromanyetik malzemeler içerdiğinden, özel bakım konumlandırma açısından olunmalıdır. Robot haddeleme masaya sabitlenir ve tüm meclis mıknatıs odasına montaj haddeleme önce duvar için gergin. Sabrının uzunluğu robot hasta tablonun sonuna geçmiş hareket edemez, böylece tasarlanmıştır. Son olarak, güvenli bir şekilde çalışmasını sağlamak için, deneysel personel bu belgede başka bir yerde açıklanan ayrıntılı protokolü takip etmeye özel bir dikkat gerekir.

FMRI en önemli özelliklerinden biri, EEG ve MEG gibi pasif teknolojileri alanında faaliyet görüldü localisation kaybı olmadan, non-iyonize radyasyon kullanır ve böylece PET gibi daha invaziv rakip teknolojiler, daha güvenlidir. Biz haptik robot adaptasyonu ile üstesinden fMRI dezavantajı işlevselliğini korurken ekipman fMRI yüksek manyetik alan ve gürültü duyarlılığı ile uyumlu hale getirmek için. Insan motor davranışlarını incelemek için önceki girişimler, çevre ile gerçekçi etkileşim için onları uygunsuz kötü tepki süreleri ^var 9 cihazlar, ^basınçlı hava 8 veya su ya güvendi veya sınırlı serbestlik derecesi ile tarayıcı oda dış bulunan sürücüler. 1.5 T fMRI ⁴ oda ve koruyucu ekipman tutarak, ekransız bir düşük kuvvet modeli robot, bir önceki çalışmaya benzer Buradaki çözüm, hava kompresörleri hareket tam aralığını verir, ancak hızlı elektrik sürücüler milisaniye gecikmeleri.

Ekipman ile ayakta ve çalışıyor, biz şimdi sıra haptik etkileşimi sağlayan robot ile tamamen sürükleyici sanal gerçeklik içeren yeni deneyler geliştirmek cezası ⁵ veya ¹⁰ öğrenme sırası işaret gibi yeniden gözden klasik motor kontrol deneyleri için arıyoruz. Mevcut protokol kullanımının göreli kolaylıkla gerçek zamanlı, interaktif hareket deneyleri fMRI açılacaktır.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Phantom premium 1.5/6dof, high force model	SensAble, Geomagic