Adattamento di un robot tattile in un fMRI 3T

Questo video mostra come utilizzare un robot tattile fantasma durante l'imaging FMR con l'obiettivo finale di valutare l'attività cerebrale durante le attività motorie negli esseri umani. Quando il braccio del robot viene manipolato da un soggetto, è possibile effettuare misurazioni precise della posizione del braccio e della forza applicata dal soggetto. Per registrare l'FMRI in combinazione con le manipolazioni robotiche tattili, è importante evitare che il robot interferisca con l'uscita FMRI introducendo troppo rumore elettrico e anche evitare danni al robot dovuti al campo magnetico della risonanza magnetica.

Per fare ciò, il robot viene prima racchiuso in una scatola schermata di alluminio. Inoltre, il robot schermato è collegato a una maniglia effettrice di otto piedi che verrà utilizzata dal soggetto durante l'esperimento. La schermatura e l'impugnatura da otto piedi riducono al minimo i campi elettrici e magnetici dirompenti quando il robot fantasma viene utilizzato con lo scanner RM.

Quando un soggetto viene inserito nella risonanza magnetica e manipola il braccio effettore del robot fantasma tramite l'impugnatura di otto piedi, è possibile eseguire esperimenti di realtà virtuale per raggiungere lo spostamento passivo dell'arto e l'adattamento della percezione tattile, l'apprendimento in campi di forza variabili e l'identificazione della trama. In definitiva, questa configurazione può essere utilizzata per correlare l'attività cerebrale con il movimento e la pianificazione attraverso registrazioni MRI funzionali e analisi cinematiche dei dati del robot. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti come l'uso di aria compressa o acqua, l'interazione senso-motoria è che il robot tattile risponde con latenze di millisecondi anche a oggetti dinamici complessi.

Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nello studio del controllo neurologico del movimento. Ad esempio, le regioni cerebrali si attivano durante l'interazione tattile con oggetti virtuali. Per iniziare, posizionare un tavolo rotante con una scatola schermata in alluminio all'esterno dello sportello dello scanner MRI.

L'estremità libera del tavolo deve essere supportata e l'estremità esterna dell'effettore a maniglia lunga deve essere staccata per garantire lo spegnimento del robot. Quindi posizionare il robot nella presa del tavolo e fissare la piastra di sicurezza in alluminio sopra il robot con due viti. Quindi, collega l'effettore finale all'impugnatura del robot e verifica che si muova liberamente.

Quindi collegare il cavo parallelo da 10 piedi con schermatura in alluminio al robot e verificare che la schermatura sia intatta. Se necessario, aggiungi un foglio di alluminio. Posizionare la scatola di schermatura in alluminio sopra il robot facendo attenzione a posizionare i cavi paralleli e di alimentazione nella scanalatura sul retro.

Avvitare con cautela la scatola di schermatura. Imballare un foglio di alluminio nella scanalatura del cavo sulla scatola di schermatura e assicurarsi che la pellicola entri in contatto con la schermatura sul cavo parallelo. Preparati ad entrare nell'ambiente ad alto campo magnetico rimuovendo tutti gli oggetti metallici e gli oggetti non sicuri per la risonanza magnetica.

Per spostare il robot nella sala di risonanza magnetica sono necessarie due persone per garantire che la configurazione possa essere portata nel campo magnetico in modo sicuro. Con una persona che tiene l'estremità libera del tavolo del robot e un'altra persona che stabilizza il rotolo dell'estremità della scatola, l'estremità libera si sposta in avanti fino a quando il robot non entra nella porta della stanza. Il ricercatore che tiene l'estremità della scatola dovrebbe ora agganciare la corda di sicurezza legata a un foro di ancoraggio sul retro della custodia di schermatura.

Assicurarsi che l'altra estremità sia saldamente fissata a un ancoraggio a parete dopo lavorare insieme. Arrotolare il tavolo nella stanza e fissarlo con cinghie in velcro ai piedi del tavolo FMRI. L'estremità del tavolo del robot deve rimanere il più lontano possibile dallo scanner.

Ora collega il cavo parallelo del robot al filtro personalizzato sul passaggio alla sala di controllo e collega il robot. La pellicola di schermatura sul cavo parallelo deve entrare in contatto con il filtro. Infine, attacca la parte esterna dell'effettore finale essendo il lungo manico che il soggetto raggiungerà al robot.

Verificare che l'impugnatura sia in grado di entrare nel foro dell'FMRI in modo pulito senza colpire lateralmente. Una volta che il robot è stato configurato nello scanner, avviare il computer di controllo. Quindi assicurati che solo il filtro personalizzato si trovi nella parte interna del passante e collega il cavo parallelo di sei piedi al robot.

Quindi, controlla che i motori del robot siano spenti. Quindi avviare la routine di calibrazione del fantoccio e verificare che le letture di posizione dei motori siano stabili. Ora accendi il robot aprendo la porta sul retro della scatola di schermatura e attivando gli interruttori all'interno della scatola.

Riavviare la routine di calibrazione con l'effettore finale approssimativamente centrato all'estremità della guida d'onda conica. Esegui la calibrazione e verifica che la casella di calibrazione abbia l'interazione tattile appropriata. Per iniziare l'esperimento, predisporre eventuali attrezzature aggiuntive per l'esperimento, come un sistema di visualizzazione visiva.

Qui viene utilizzato il sistema di visione Nordic Neuro Lab Incorporated, che fornisce la visualizzazione stereo dei display visivi. Ora fai sdraiare il soggetto sul tavolo dello scanner e assicurati che si sentirà a suo agio per tutta la durata dell'esperimento. Posizionare la bobina di testa e l'ammortizzazione.

Quindi regolare la distanza del robot con le viti a mano e facendo scorrere la parte superiore del tavolo fino a quando il soggetto non può raggiungere la maniglia dell'effettore e muoversi comodamente. Guidare manualmente il tavolo nel foro della risonanza magnetica tenendolo all'estremità del robot mentre il tavolo è in movimento. Assicurarsi che l'effettore finale sia diretto nel foro e non si impigli all'esterno.

Infine, esegui l'esperimento FMRI. Inizia ottenendo una scansione anatomica per verificare la presenza di eventuali artefatti di imaging. Quindi eseguire le scansioni funzionali mentre il soggetto esegue il compito funzionale progettato per l'esperimento, come un paradigma di raggiungimento naturalistico, il robot tattile e l'FMRI non dovrebbero interferire l'uno con l'altro.

Se il robot è influenzato dall'FMRI, la lettura dei motori oscillerà rapidamente e la rappresentazione online del robot si sposterà anche quando il robot stesso non è in movimento. In generale, ciò accade quando il cavo parallelo del robot non è adeguatamente schermato e filtrato. Questo problema può essere risolto controllando due volte la schermatura in alluminio sul cavo, che il nucleo Ferris sia posizionato correttamente sul cavo parallelo vicino al robot e che l'unico filtro per il robot sia il filtro personalizzato sul lato della stanza dello scanner del passante.

Il rilevamento degli errori nell'FMRI è possibile solo dopo che i dati sono stati ridotti e analizzati. Ma una scansione anatomica dovrebbe essere eseguita all'inizio dello studio e controllata per effetti di cerniera o altri artefatti indicativi di rumore correlato. Spesso tale rumore proviene dal contatto metallo su metallo e può essere ripulito serrando tutte le viti sul tavolo del robot, in particolare le viti di regolazione manuale sul lato del tavolo.

Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere completata in circa 15 minuti, il che è molto importante per l'FMRI. Poiché il tempo è così costoso Durante il tentativo della procedura, è urgentemente importante tenere a mente i protocolli di sicurezza della risonanza magnetica poiché il robot potrebbe potenzialmente essere attirato nella barra della risonanza magnetica.