Name: 3T의 fMRI에 Haptic 로봇의 적응 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-10-04T12:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 16 s
Description: 학습하세요 3T fMRI 환경에서 햅틱 로봇을 적응시키는 방법을 알아보세요. 알루미늄 차폐 상자와 8피트 이펙터 핸들을 사용하여 전기적·자기적 간섭을 최소화하고, 인간의 운동 과제 중 뇌 활동을 정밀하게 평가하는 기술을 익히세요.

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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.

1. 스캐너 룸 외부 <ol><li> 지원 무료 엔드와 분리된 긴 손잡이의 외관 엔드와 압연 테이블을 놓으십시오. </li><li> 로봇이 꺼져 있는지 확인합니다. </li><li> 테이블 소켓에 로봇을 놓고 2 개의 나사와 함께 로봇을 통해 알루미늄 플레이트 안전을 확보. </li><li> 알루미늄 어댑터 로봇 처리 최종 effecter을 첨부하고 자유롭게 움직이는 것을 확인하십시오. </li><li> 알루미늄은 로봇 차폐와 10 '병렬 케이블을 첨부하여 차폐가 손상되었는지 확인합니다. 필요한 경우 별도의 호일을 추가합니다. </li><li> 뒷면에있는 홈에 병렬 및 전원 케이블을 배치 신중되는 로봇을 통해 알루미늄 차폐 상자를 놓습니다. </li><li> 조심스럽게 차폐 상자에 나사. </li><li> 패키지는 알루미늄 차폐 상자에서 케이블 홈에 호일과 포일은 병렬 케이블의 차폐와 접촉을하게해야합니다. </li></ol> 2. 두 사람 A와 B와 스캐너 방으로 이동 <ol><li> 어떠한 철분을 함유하지 않은 것들, 예를 들어, 휴대 전화, 열쇠, 동전 등 모든 금속 물체를 제거하여 높은 자기장 환경을 입력할 준비를 ... </li><li> 사람과 로봇 때까지 첫째는, 로봇 테이블과 상자 엔드를 안정화 사람 B의 자유로운 끝을 롤 들고 자유롭게 끝이 방의 문을 들어갑니다. </li><li> 사람 B 클립 보안 로프의 다른 쪽 끝을 단단히 벽에 앵커에 첨부되는 차폐 케이스와 수표의 뒷면에 앵커 구멍에 닿는 곳에. </li><li> 함께 일하고, 방 안으로 테이블을 롤과 fMRI 테이블의 기슭에 벨크로 끈으로 연결합니다. 테이블의 로봇 끝 가능한 스캐너에서까지 계속해야합니다. </li><li> 로봇의 사용자 정의 컨트롤 룸을 통해 통과에 필터와 플러그 로봇의 병렬 케이블을 연결합니다. 병렬 케이블의 차폐 포일은 필터와 접촉을 만들어야합니다. </li><li> 긴 손잡이의 외부 부분 (최종 effecter)를 첨부하고 깔끔하게 fMRI의 구멍을 입력합니다 있는지 확인합니다. </li></ol> 3. 컨트롤 룸에서 <ol><li> 제어 컴퓨터를 시작하고 로봇 6 '병렬 케이블을 연결합니다. 을 통해 패스의 내부 부분에있을 수있는 여분의 필터를 제거해야합니다. </li><li> 로봇 모터가 꺼져 있는지 확인, 환상의 보정 루틴을 시작하고 로봇의 보정 루틴에서 모터의 위치 설치 했어요가 안정되어 있는지 확인합니다. </li><li> 병렬 케이블 연결을 확인하고 보정 루틴이 로봇을 볼 수 없다거나 모터 판독에 큰 차이가있는 경우에만 큰 사용자 정의 필터가 부착되어 두 번. </li><li> 차폐 상자의 뒷면에있는 포트를 개방하여 로봇의 전원을 켜고 몽둥이로 스위치를 누르십시오. </li><li> 약 원뿔형 도파관의 끝에 중심으로 최종 effecter으로 보정 절차를 다시 시작합니다. 교정을 통해 단계와 상자 교정 상자에 적절한 haptic 상호 작용을 가지고 있는지 확인합니다. </li><li> 제어 컴퓨터 (BNC 커넥터) fMRI에서 Labjack ADC에 TTL 출력을 연결합니다. </li></ol> 4. 제목 <ol><li> 표준 fMRI 프로토콜과 함께 높은 자기장 환경에 대한 주제를 준비합니다. </li><li> 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. </li><li> 피사체가 테이블에 아래 거짓말과 머리 코일이 위치해 후, 손으로 나사를 느슨해진하고 피사체가 편안하게 이동할 수 때까지 테이블의 상단을 슬라이딩하여 로봇의 거리를 조정합니다. </li><li> 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. </li><li> 실험을 실행합니다. </li></ol> 5. 이명 A와 B로 설정을 부셔 <ol><li> 환자 종료 후, 긴 손잡이의 외관 엔드를 제거하고 벨크로 스트랩을 취소하여 fMRI 테이블에서 로봇 테이블을 분리합니다. </li><li> 로봇에서 차폐 병렬 케이블을 취소하고 전원 케이블을 뽑습니다. </li><li> 사람과 로봇 테이블과 로봇 엔드를 유도 인 B의 무료 끝을 잡고는 문을 테이블을 이동합니다. 문에서 밧줄을 취소할하고, 복도에 로봇 테이블을 롤. </li><li> 모든 차폐 상자에서 나사 및 안전 플레이트에서 두 개의 나사를 취소하고 로봇을 제거합니다. </li></ol> 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. <img src="/files/ftp_upload/3364/3364fig1.jpg" alt="그림 1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="그림 1"> 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. <img src="/files/ftp_upload/3364/3364fig2.jpg" alt="그림 2" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="그림 2"> 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.

<ol><li>Ogawa, S., Lee, T. M., Kay, A. R., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+magnetic+resonance+imaging+with+contrast+dependent+on+blood+oxygenation%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 87, 9868-9872 (1990).</li>
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</ol>

관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

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 &#39;입니다. 둘째, 로봇은 플라스틱 원뿔 (13 &quot;베이스 직경 6&quot;최고 직경 X 42 &quot;길이) ~ 100dB를 차단하는 계산 알루미늄 호일 차폐와 도파관과 1 / 16&quot;-1 / 4 &quot;알루미늄 상자에 쌌다는 것입니다 fMRI 관련 주파수 대역에서 잡음,&gt; 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 관련...

<table border="1"><tbody><tr><td> 팬텀 프리미엄 1.5/6dof 높은 힘 모델 </td><td> Sensable </td><td> <a href="www.sensable.com">www.sensable.com</a> </td></tr></tbody></table>

3t의 fmri에 haptic 로봇의 적응

Adaptation of a Haptic Robot in a 3T fMRI

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 &quot;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.

3T의 fMRI에 haptic 로봇의 적응과 사용 설명합니다.

3T의 fMRI에 Haptic 로봇의 적응

기능적 자기공명영상(fMRI)은 BOLD 신호를 통해 우수한 기능적 뇌 영상을 제공하며, 비전리 방사선이라는 장점을 포함하여...

본 영상에서는 인간의 운동 과제 수행 중 뇌 활동을 평가하는 최종 목표를 달성하기 위해, fMRI 촬영 중 팬텀 햅틱 로봇을 사용하는 방법을 보여줍니다. 피실험자가 로봇 팔을 조작할 때, 팔의 위치와 피실험자가 가한 힘을 정밀하게 측정할 수 있습니다. 햅틱 로봇 조작과 병행하여 fMRI를 기록하기 위해서는, 로봇이 과도한 전기적 노이즈를 유발하여 fMRI 출력물에 간섭하는 것을 방지하고, MRI의 자기장으로 인해 로봇이 손상되는 것을 피하는 것이 중요합니다.이를 위해, 로봇을 먼저 알루미늄 차폐 상자로 감쌉니다. 또한, 차폐된 로봇을 실험 중 피험자가 사용할 8피트 길이의 이펙터 핸들에 부착합니다. 이러한 차폐 처리와 8피트 핸들은 팬텀 로봇을 MR 스캐너와 함께 사용할 때 발생하는 방해 전기장 및 자기장을 최소화합니다.피험자가 MRI 내에 위치하고 8피트 길이의 핸들을 통해 팬텀 로봇의 이펙터 암을 조작하면, 자연스러운 리칭, 사지의 수동 변위, 촉각 인지 적응, 다양한 힘의 장(force field)에서의 학습, 그리고 질감 식별과 같은 가상 현실 실험을 수행할 수 있습니다. 궁극적으로, 이 설정은 기능적 MRI 기록과 로봇 데이터의 운동학적 분석을 통해 뇌 활동과 움직임 및 계획 사이의 상관관계를 분석하는 데 사용될 수 있습니다. 압축 공기나 물을 사용하는 기존 방식과 비교하여 이 기술의 주요 장점은, 감각 운동 상호작용 시 햅틱 로봇이 복잡한 동적 객체에 대해서도 밀리초 단위의 지연 시간으로 반응한다는 점입니다.이 방법은 운동의 신경 제어 연구에서 핵심적인 질문들에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 가상 객체와 햅틱 상호작용을 하는 동안 활성화되는 뇌 영역 등이 있습니다. 우선, 알루미늄 차폐 박스가 설치된 이동식 테이블을 MRI 스캐너 문 밖에 배치하십시오.테이블의 자유단(free end)을 지지하고, 로봇의 전원이 꺼져 있는지 확인한 후 롱 핸들 이펙터의 외부 끝단을 분리하십시오. 그다음 로봇을 테이블 소켓에 배치하고, 두 개의 나사를 사용하여 로봇 위에 알루미늄 안전 플레이트를 고정합니다. 이어서 엔드 이펙터를 로봇 핸들에 부착하고 자유롭게 움직이는지 확인하십시오.그런 다음 알루미늄 차폐 처리가 된 10 foot 병렬 케이블을 로봇에 연결하고, 차폐 상태가 온전한지 확인하십시오. 필요한 경우 호일을 추가로 덧댑니다. 병렬 케이블과 전원 케이블을 후면의 홈에 주의해서 넣으며 로봇 위에

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

이 문서 3T 스캐너를 사용하여 인간의 midbrain과 subcortical 구조 1.2 밀리미터 샘플링과 고해상도 기능성 자기 공명 영상을 수행하는 기술을 설명합니다. 인간의 뛰어난 colliculus (SC)의 시각적 자극을 지형지도를 해결하기 위해 이러한 기술의 사용은 예제로 제공됩니다.

인간 Midbrain위한 고해상도 기능성 자기 공명 영상 방법

청각 처리는 음성 및 음악 관련 처리의 기초이다. Transcranial 자석 자극 (TMS)은인지, 감각 및 모터 시스템을 공부하고 성공적으로 사용되어 왔습니다 있지만, 거의 오디션 적용되지 않았습니다. 여기 청각 피질의 기능 조직을 이해하기 위해 기능 자기 공명 영상과 함께 TMS를​​ 조사했다.

쎄의 후유증을 매핑하는 기능 영상과 함께 인간 청각 컴퓨터에 접속 자극을 버스트

이 프로토콜은 설치류에서 동시에 기능성 자기 공명 영상과 깊은 두뇌 자극을위한 표준 방법을 설명합니다. 이러한 실험 도구를 함께 사용은 거의 모든 뇌 대상에 전기 자극에 대한 응답으로 글로벌 다운 스트림 활동의 탐사 할 수 있습니다.

설치류에 동시 fMRI를 깊은 뇌 자극

직립 운동 작업 중 뇌 활동을 모니터링하는 것은 운동 장애의 신경 원인을 조사할 때 큰 가치가 있습니다. 여기에서는 기능적 근적외선 분광법과 4가지 유형의 운동 작업 중 근육 및 운동학적 활동의 지속적인 모니터링을 결합한 프로토콜을 보여줍니다.

모터 작업하는 동안 동시 운동 학적 및 EMG 모니터링과 감각 및 모터 뇌 영역의 기능 근적외선 분광법

소설 소개 행동 결합 및 neuroimaging 프로토콜 고용 실시간 비디오 프로젝션 다리에서 자기 공명 화상 진 찰 스캐너 환경 내에서 미러 치료와 관련 된 신경 상호 특성화 목적 팬텀 사지 통증과 수족 과목입니다.

팬텀 사지 통증에 대 한 미러 치료와 관련 된 신경 상관 관계의 특성에 대 한 MRI에서 실시간 비디오 프로젝션

우리는 신경학적 적자에서 회복하는 개인의 손 운동 기능을 모니터링하기 위한 유틸리티를 평가하기 위해 새로운 MRI 호환 핸드 유도 로봇 장치를 사용하여 기능적 MRI를 수행했습니다.

손 그립 적자에서 회복하는 개인의 재활을 평가하기 위해 새로운 MRI 호환 손 유도 로봇 장치와 함께 기능MRI

이 기사에서는 경두개 자기 자극을 통해 기능적으로 특정 신경 경로를 측정하고 강화하는 새로운 접근법을 설명합니다. 이러한 고급 비침습적 뇌 자극 방법론은 뇌-행동 관계의 이해와 뇌 질환을 치료하는 새로운 치료법의 개발을 위한 새로운 기회를 제공할 수 있습니다.

경두개 자기 자극을 통해 인간 모터 시스템의 기능적으로 특정신경 경로 측정 및 조작

만성 뇌졸중 환자의 보험 재활은 일반적으로 시간이 제한되어 있습니다. 보행 관련 운동 작업으로 인한 뇌 활동에 대한 이미징 기반 연구는 개선된 결과를 측정하고 맞춤형 치료를 확장하는 것을 정당화하기 위한 바이오마커를 확립하는 데 도움이 될 수 있습니다. 새로운 자기 공명(magnetic resonance)과 호환되는 가변 저항 발 모션 장치와 기능적 자기 공명 영상(functional magnetic resonance imaging)에 사용하기 위한 프로토콜이 제시됩니다.

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전 세계 6명 중 1명은 일생 동안 뇌졸중을 앓아 장기적인 장애를 유발하는 것으로 추정되며, 이러한 재활 메커니즘은 아직 잘 알려져 있지 않습니다. 이 연구는 하지 로봇 치료 세션 동안 기능적 근적외선 분광법(fNIRS)으로 뇌 활성화를 평가하는 프로토콜을 제안합니다.

기능적 근적외선 분광법과 하지의 로봇 보조 다관절 포인팅 운동을 이용한 실험

여기서는 nTMS와 확산 텐서 영상(DTI) 기반 피질척수로(CST) 재건을 결합한 운동 매핑 표준화 프로토콜을 설명합니다. 이 프로토콜은 재현 가능하고 임상적으로 실현 가능하며 일상적인 임상 업무 흐름에 쉽게 통합되어 운동 경로 평가, 신경가소성 연구, 재활 계획에 대한 견고하고 가치 있는 틀을 제공합니다.

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3T의 fMRI에 Haptic 로봇의 적응

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