Name: Adaptacja robota haptycznego w fMRI 3T (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-10-04T12:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 16 s
Description: Poznaj adaptację robota haptycznego do skanera fMRI 3T w celu badania aktywności mózgu podczas zadań motorycznych. Metoda z wykorzystaniem ekranowania aluminiowego umożliwia precyzyjne pomiary siły i pozycji ramienia.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dziękujemy Kun Lu i Ronaldowi Kurzowi za pomoc techniczną. Praca ta była wspierana przez ONR MURI Award nr N00014-10-1-0072, grant NSF nr SBE-0542013 przyznany Temporal Dynamics of Learning Center, będącemu NSF Science of Learning Center, oraz grant NIH nr 2 R01 NS036449-11.

1. Na zewnątrz pomieszczenia ze skanerem
<ol>
<li>Ustaw stół toczny tak, aby jego wolny koniec był podparty, a zewnętrzny koniec długiej rączki odłączony.</li>
<li>Upewnij się, że robot jest wyłączony.</li>
<li>Umieść robota w gnieździe stołu i zamocuj aluminiową płytkę zabezpieczającą nad robotem za pomocą 2 śrub.</li>
<li>Zamocuj efektor końcowy do rączki robota za pomocą aluminiowego adaptera i sprawdź, czy porusza się on swobodnie.</li>
<li>Podłącz do robota 10-stopowy kabel równoległy z ekranowaniem aluminiowym i sprawdź, czy ekranowanie jest nienaruszone. W razie potrzeby dodaj dodatkową folię.</li>
<li>Nałóż aluminiową skrzynkę ekranującą na robota, uważając, aby umieścić kable równoległe i zasilające w rowku z tyłu.</li>
<li>Ostrożnie przykręć skrzynkę ekranującą.</li>
<li>Wypełnij folią aluminiową rowek kablowy w skrzynce ekranującej i upewnij się, że folia styka się z ekranem kabla równoległego.</li>
</ol>
2. Wejście do pomieszczenia z skanerem przez dwie osoby, A i B
<ol>
<li>Przygotuj się do wejścia w obszar silnego pola magnetycznego, usuwając wszelkie przedmioty metalowe, w tym nieferromagnetyczne, np. telefony komórkowe, klucze, monety itp...</li>
<li>Podczas gdy osoba A trzyma wolny koniec stołu z robotem, a osoba B stabilizuje koniec z obudową, przetocz go wolnym końcem do przodu, aż robot znajdzie się w progu drzwi pomieszczenia.</li>
<li>Osoba B przypina linę zabezpieczającą do otworu kotwiczącego z tyłu obudowy ekranującej i sprawdza, czy drugi koniec jest mocno przymocowany do kotwicy ściennej.</li>
<li>Wspólnie wtocz stół do pomieszczenia i przymocuj go za pomocą rzepów do podstawy stołu fMRI. Koniec stołu z robotem musi znajdować się jak najdalej od skanera.</li>
<li>Podłącz kabel równoległy robota do specjalistycznego filtra w przejściu do sterowni i podłącz robota do zasilania. Folia ekranująca kabla równoległego powinna stykać się z filtrem.</li>
<li>Zamocuj zewnętrzną część długiego uchwytu (efektor końcowy) i upewnij się, że bez przeszkód wejdzie on do otworu gantry fMRI.</li>
</ol>
3. W pokoju sterowania
<ol>
<li>Uruchom komputer sterujący i podłącz 6-stopowy kabel równoległy do robota. Upewnij się, że usunięto wszelkie dodatkowe filtry, które mogą znajdować się w wewnętrznej części przejścia.</li>
<li>Zweryfikuj, czy silniki robota są wyłączone, uruchom procedurę kalibracji Phantom i sprawdź, czy odczyty pozycji silników z procedury kalibracyjnej robota są stabilne.</li>
<li>W przypadku, gdy procedura kalibracji nie wykrywa robota lub występują duże wahania odczytów silników, ponownie sprawdź połączenie kabla równoległego oraz upewnij się, że zamontowany jest tylko duży niestandardowy filtr.</li>
<li>Włącz robota, otwierając port z tyłu obudowy ekranującej, i naciśnij przełączniki za pomocą patyczka.</li>
<li>Zrestartuj procedurę kalibracji, ustawiając efektor końcowy w przybliżeniu w centrum końca stożkowego falowodu. Przejdź przez kolejne etapy kalibracji i sprawdź, czy kalibracja pola roboczego wykazuje odpowiednią interakcję haptyczną.</li>
<li>Podłącz wyjście TTL z fMRI (złącze BNC) do przetwornika Labjack ADC w komputerze sterującym.</li>
</ol>
4. Badany
<ol>
<li>Przygotować badanego do środowiska o wysokim polu magnetycznym zgodnie ze standardowymi protokołami fMRI.</li>
<li>Przygotować dodatkowy sprzęt niezbędny do eksperymentu, np. system wyświetlania obrazu. Stosujemy system Vision System firmy NordicNeuro Lab, Inc., który zapewnia stereoskopowy podgląd wyświetlaczy, co jest szczególnie przydatne podczas prezentowania środowisk wirtualnych.</li>
<li>Po położeniu badanego na stole i umieszczeniu cewki głowowej, dostosować położenie robota poprzez poluzowanie śrub ręcznych i przesunięcie górnej części stołu tak, aby badany mógł swobodnie się poruszać.</li>
<li>Ręcznie prowadzić stół, trzymając za koniec robota podczas wsuwania i wysuwania stołu fMRI z otworu gantry, aby zapobiec chwianiu się kółek. Upewnić się, że efektor końcowy wchodzi do otworu i nie zahacza o elementy zewnętrzne.</li>
<li>Przeprowadzić eksperyment.</li>
</ol>
5. Demontaż aparatury przez dwie osoby A i B
<ol>
<li>Po wyjściu pacjenta należy zdjąć zewnętrzny koniec długiego uchwytu i odłączyć stół robota od stołu fMRI, odpinając rzep.</li>
<li>Należy odpiąć ekranowany kabel równoległy od robota i odłączyć kabel zasilający.</li>
<li>Przy udziale osoby A trzymającej wolny koniec stołu robota i osoby B prowadzącej koniec robota, należy przetransportować stół do drzwi. Przy drzwiach należy odpiąć wiązanie i wyjechać stołem robota na korytarz.</li>
<li>Należy wykręcić wszystkie śruby z obudowy ekranującej oraz dwie śruby z płyty zabezpieczającej i wyjąć robota.</li>
</ol>
6. Reprezentatywne wyniki: 
W idealnym przypadku robot haptyczny i fMRI nie powinny na siebie wpływać. Możemy na bieżąco stwierdzić, czy robot jest oddziaływany przez fMRI. Zazwyczaj, jeśli równoległy kabel robota nie jest odpowiednio ekranowany i filtrowany, odczyty z silników będą gwałtownie oscylować. Można to naprawić, ponownie sprawdzając ekranowanie aluminiowe kabla, upewniając się, że rdzeń ferrytowy jest prawidłowo umieszczony na kablu równoległym w pobliżu robota oraz że jedynym filtrem dla robota jest niestandardowy filtr po stronie pomieszczenia ze skanerem przy przejściu. Wykrycie błędów w fMRI jest możliwe w rzeczywistości dopiero po zredukowaniu i przeanalizowaniu danych, jednak na początku badania należy wykonać skan anatomiczny i sprawdzić go pod kątem efektów „zamka błyskawicznego” (zipper effects) lub innych artefaktów wskazujących na szum skorelowany (np. szum impulsowy) 7. Często taki szum wynika z kontaktu metalu z metalem i można go wyeliminować poprzez dokręcenie wszystkich śrub w stole robota, zwłaszcza śrub regulacji ręcznej po bokach stołu. Z naszych testów wynika, że bazowy stosunek sygnału do szumu (SNR) dla fMRI wynosi ˜380, a przy całkowicie ekranowanym robocie w pomieszczeniu spada on do wciąż akceptowalnego poziomu ˜330. Jeśli robot nie jest ekranowany, SNR spada dalej do ˜250, a efekty szumów stają się bardzo znaczące.
Jak pokazano w 4, przegub o 3 stopniach swobody znajdujący się w centrum uchwytu ma niewielki wpływ na dynamikę interakcji robota z dłonią, poza przesunięciem jej z dala od robota. Przegub w centrum uchwytu działa jak punkt podparcia i odwraca pozorny ruch w dwóch kierunkach (lewo-prawo oraz góra-dół), ale nie w trzecim (przód-tył). Ponieważ urządzenie Phantom i dłoń znajdują się na przeciwległych końcach uchwytu przypominającego dźwignię z punktem podparcia w środku, w oprogramowaniu stosuje się wzmocnienia w każdym z trzech kierunków euklidesowych: ujemne wzmocnienia w dwóch kierunkach sterowanych przez przegub obrotowy oraz dodatnie wzmocnienie w kierunku przegubu przesuwnego. Sumaryczny efekt uchwytu i przegubu obrotowego odtwarza pełne 3 stopnie swobody robota Phantom, w odległości 9' od niego.
<img src="/files/ftp_upload/3364/3364fig1.jpg" alt="Badanie bezpieczeństwa elektromagnetycznego MRI z konfiguracją cewki, schematem ekranowania i eksperymentem pozycjonowania pacjenta." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 1"> Rysunek 1 Aparatura użyta do montażu robota haptycznego do zastosowania w środowisku fMRI. Na górze przedstawiono robota haptycznego zamontowanego w obudowie przed jej zamknięciem (góra, lewo) oraz przegub gimbal/suwak w połowie uchwytu (góra, prawo). Na dole po lewej widać badanego w skanerze manipulującego uchwytem. Na dole po prawej znajduje się schemat ekranowania i efektora końcowego.
<img src="/files/ftp_upload/3364/3364fig2.jpg" alt="Kriotomografia elektronowa, analiza struktury komórkowej, obrazy mikroskopowe, rekonstrukcja 3D." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 2"> Rysunek 2 Wyniki testu BIRN dla w pełni ekranowanego robota w ruchu. Trzy obrazy z krzyżykami przedstawiają przekroje sferycznego modelu głowy, a prawy dolny obraz przedstawia widok trójwymiarowy. Małe kropki to pęcherzyki w statycznym modelu głowy, które są obecne zawsze. Brak dużych pasów lub wzorów przypominających zamek błyskawiczny wskazuje, że szum generowany przez robota jest nieskorelowany.

<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>
<li>Heeger, D. J., Ress, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+does+fMRI+tell+us+about+neuronal+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Rev.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">What does fMRI tell us about neuronal activity.</a> Nat. Rev. Neurosci. 3, 142-151 (2002).</li>
<li>deCharms, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applications+of+real-time+fMRI%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Rev.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Applications of real-time fMRI.</a> Nat. Rev. Neurosci. 9, 720-729 (2008).</li>
<li>Hribar, A., Koritnik, B., Munih, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phantom+haptic+device+upgrade+for+use+in+fMRI%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+and+Biological+Engineering+and+Computing%22%5BJournal%5D)">Phantom haptic device upgrade for use in fMRI.</a> Medical and Biological Engineering and Computing. 47, 677-684 (2009).</li>
<li>Trommershauser, J., Gepshtein, S., Maloney, L. T., Landy, M. S., Banks, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimal+compensation+for+changes+in+task-relevant+movement+variability%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Optimal compensation for changes in task-relevant movement variability.</a> J. Neurosci. 25, 7169-7178 (2005).</li>
<li>Konczak, J., Li, K. Y., Tuite, P. J., Poizner, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Haptic+perception+of+object+curvature+in+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Haptic perception of object curvature in Parkinson's disease.</a> PLoS ONE. 3, e2625-e2625 (2008).</li>
<li>Lipton, M. L., Lipton, M. L. Artifacts: When things go wrong, it's not necessarily all bad. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLipton%2C+ML+%22Totally+Accessible+MRI%22">Totally Accessible MRI</a>. , Springer. New York. 139-153 (2008).</li>
<li>Rajh, M., Glodez, S., Flasker, J., Gotlih, K., Kostanjevec, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+analysis+of+an+fMRI+compatible+haptic+robot%5BTitle%5D)+AND+%22Robotics+and+Computer-Integrated+Manufacturing%22%5BJournal%5D)">Design and analysis of an fMRI compatible haptic robot.</a> Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 27, 267-275 (2011).</li>
<li>Burdet, E., Gassert, R., Gowrishankar, G., Chapuis, D., Bleuler, H. fMRI compatible haptic interfaces to investigate human motor control. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBurdet%2C+E+%22Experimental+Robotics+IX%2C+of+Springer+Tracts+in+Advanced+Robotics%22">Experimental Robotics IX, of Springer Tracts in Advanced Robotics</a>. Ang, M., Khatib, O. 21, Springer. Berlin. 25-34 (2006).</li>
<li>Nakamura, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+networks+in+motor+sequence+learning%3A+abnormal+topographies+in+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Hum+Brain+Mapp%22%5BJournal%5D)">Functional networks in motor sequence learning: abnormal topographies in Parkinson's disease.</a> Hum Brain Mapp. 12, 42-60 (2001).</li>
</ol>

Nie zadeklarowano żadnych konfliktów interesów.

Robot kompatybilny z fMRI otwiera nowe możliwości prowadzenia eksperymentów w zakresie neuronauki kontroli motorycznej. Najbardziej krytycznym etapem konfiguracji jest ekranowanie robota w celu zapobiegania artefaktom w fMRI, co realizujemy w dwóch krokach. Po pierwsze, sam robot znajduje się w odległości około 9' od otworu gantry, a jego długi, lekki uchwyt jest podparty w środku przegubem o 3 stopniach swobody. Po drugie, robot jest zamknięty w aluminiowej obudowie o grubości 1/16&quot;-1/4&quot; z plastikowym stożkowy...

<table><tbody><tr><td>Phantom premium 1.5/6dof, model o wysokiej sile nacisku</td><td>SensAble, Geomagic</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

adaptacja robota haptycznego do obrazowania fmri 3t

Adaptation of a Haptic Robot in a 3T fMRI

Funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) zapewnia doskonałe obrazowanie funkcjonalne mózgu za pomocą sygnału BOLD 1, a jego zalety obejmują brak promieniowania jonizującego, milimetrową dokładność przestrzenną danych anatomicznych i funkcjonalnych 2 oraz analizy w czasie niemal rzeczywistym 3. Roboty haptyczne umożliwiają precyzyjny pomiar i kontrolę pozycji oraz siły kursora w stosunkowo ograniczonej przestrzeni. W niniejszym materiale łączymy te dwie technologie, aby umożliwić przeprowadzanie precyzyjnych eksperymentów dotyczących kontroli motorycznej z interakcją w środowisku haptycznym/dotykowym, takich jak sięganie lub chwytanie. Podstawowy pomysł polega na przymocowaniu do robota efektora końcowego o długości 8 stóp, podpartego w centrum 4, co pozwala badanej osobie na korzystanie z robota, jednocześnie osłaniając go i utrzymując poza obszarem najsilniejszego pola magnetycznego wytwarzanego przez aparat fMRI (Rysunek 1).
Robot Phantom Premium 3.0, 6DoF, o wysokiej sile (SensAble Technologies, Inc.) jest doskonałym wyborem do zapewnienia sprzężenia zwrotnego siły w eksperymentach z rzeczywistością wirtualną 5, 6, jednak z natury nie jest bezpieczny w środowisku MR, wprowadza znaczne zakłócenia do czułego sprzętu fMRI, a jego silniki elektryczne mogą być podatne na wpływ silnie zmiennego pola magnetycznego fMRI. Skonstruowaliśmy stół oraz system ekranowania, który pozwala na bezpieczne wprowadzenie robota do środowiska fMRI i ogranicza zarówno degradację sygnału fMRI przez generujące szumy silniki elektryczne, jak i pogorszenie wydajności silników elektrycznych przez silnie zmienne pole magnetyczne fMRI. Dzięki ekranowaniu stosunek sygnału do szumu (SNR: średni sygnał/odchylenie standardowe szumu) w fMRI zmienia się z poziomu bazowego ˜380 do ˜330, i do ˜250 bez ekranowania. Pozostały szum wydaje się być nieskorelowany i nie wprowadza artefaktów do obrazu fMRI sfery testowej (Rysunek 2). Długi, sztywny uchwyt pozwala na umieszczenie robota poza zasięgiem obszarów o najsilniejszych zmianach pola magnetycznego, dzięki czemu fMRI nie wywiera znaczącego wpływu na robota. Wpływ uchwytu na kinematykę robota jest minimalny, ponieważ jest on lekki (˜2.6 lbs), wykonany z niezwykle sztywnego grafitu 3/4" i dobrze wyważony na przegubie 3DoF w środkowej części. Wynikiem końcowym jest kompatybilny z fMRI system haptyczny o przestrzeni roboczej około 1 stopy sześciennej, który w połączeniu z rzeczywistością wirtualną pozwala na przeprowadzenie nowego zestawu eksperymentów w środowisku fMRI, w tym naturalnych ruchów sięgania, pasywnego przemieszczania kończyny i percepcji haptycznej, uczenia się adaptacyjnego w zmiennych polach sił lub identyfikacji tekstury 5, 6.

Opisano adaptację i zastosowanie robota haptycznego w systemie fMRI 3T.

Adaptacja robota haptycznego do obrazowania fMRI 3T

Funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) zapewnia doskonałe obrazowanie funkcjonalne mózgu za pomocą sygnału BOLD 1, a jego zalety obejmują brak promieniowania jonizującego...

Ten film demonstruje, jak wykorzystać haptycznego robota-fantoma podczas obrazowania fMRI w celu oceny aktywności mózgu podczas zadań motorycznych u ludzi. Gdy ramię robota jest manipulowane przez badanego, możliwe jest wykonanie precyzyjnych pomiarów pozycji ramienia oraz siły przyłożonej przez badanego. Aby rejestrować fMRI w połączeniu z haptycznymi manipulacjami robotycznymi, ważne jest uniknięcie zakłócania sygnału fMRI przez robota poprzez wprowadzanie zbyt dużego szumu elektrycznego, a także uniknięcie uszkodzenia robota przez pole magnetyczne MRI.Aby to osiągnąć, robota najpierw umieszcza się w aluminiowej osłonie. Ponadto osłonięty robot zostaje przymocowany do uchwytu efektora o długości ośmiu stóp, z którego badany będzie korzystał podczas eksperymentu. Osłona oraz ośmiostopowy uchwyt minimalizują zakłócenia pól elektrycznych i magnetycznych podczas używania robota-fantoma z analizatorem MR.Gdy badany zostaje umieszczony w MRI i steruje ramieniem efektora robota-fantoma za pomocą uchwytu o długości ośmiu stóp, można przeprowadzać eksperymenty w rzeczywistości wirtualnej dotyczące naturalnego sięgania, biernego przemieszczenia kończyny, adaptacji percepcji haptycznej, uczenia się w zmiennych polach sił oraz identyfikacji tekstur. Ostatecznie konfiguracja ta może być wykorzystana do korelowania aktywności mózgu z ruchem i planowaniem poprzez rejestrację funkcjonalnego MRI oraz analizę kinematyczną danych z robota. Główną zaletą tej techniki nad istniejącymi metodami, takimi jak wykorzystanie sprężonego powietrza lub wody (Tory), w kontekście interakcji sensoryczno-motorycznej jest to, że robot haptyczny odpowiada z milisekundowymi opóźnieniami nawet w przypadku złożonych obiektów dynamicznych.Ta metoda może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania w badaniach nad neurologiczną kontrolą ruchu. Przykładem mogą być obszary mózgu aktywne podczas interakcji haptycznej z wirtualnymi obiektami. Aby rozpocząć, należy umieścić stół z kółkami z ekranowanym aluminiowym pudełkiem przed drzwiami skanera MRI.Wolny koniec stołu powinien zostać podparty, a zewnętrzny koniec efektora długiego uchwytu odłączony; należy upewnić się, że robot jest wyłączony. Następnie umieść robota w gnieździe stołu i przymocuj aluminiową płytę zabezpieczającą nad robotem za pomocą dwóch śrub. W kolejnym kroku zamocuj efektor końcowy do uchwytu robota i sprawdź, czy porusza się on swobodnie.Następnie podłącz do robota 10-stopowy kabel równoległy z ekranowaniem aluminiowym i sprawdź, czy ekranowanie jest nieuszkodzone. W razie potrzeby dodaj dodatkową folię. Umieść pudełko z ekranowaniem aluminiowym nad robotem, uważając, aby włożyć kable równoległe i zasilające do rowka z tyłu.Ostrożnie przykręć osłonę ekranującą. Wypełnij szczelinę kablową w obudowie ekranującej folią aluminiową, upewniając się, że folia styka się z ekranem kabla równoległego. Przed wejściem w obszar silnego pola magnetycznego usuń wszystkie metalowe przedmioty oraz elementy, które nie są bezpieczne w środowisku MR (non MR Safe).Przeniesienie robota do pomieszczenia z MRI wymaga udziału dwóch osób, aby zapewnić bezpieczne wprowadzenie zestawu w pole magnetyczne. Gdy jedna osoba trzyma wolny koniec stołu robota, a druga stabilizuje rolkę przy końcu z obudową, należy przesuwać wolny koniec do przodu, aż robot znajdzie się w drzwiach pomieszczenia. Badacz trzymający koniec z obudową powinien teraz przypiąć linę zabezpieczającą do otworu kotwiczącego znajdującego się z tyłu obudowy ekranującej.Upewnij się, że drugi koniec jest mocno przymocowany do kotwy ściennej, współpracując z drugą osobą. Wjedź stołem do pomieszczenia i przymocuj go rzepami do podstawy stołu fMRI. Koniec stołu z robotem musi znajdować się jak najdalej od skanera.Teraz podłącz równoległy kabel robota do dedykowanego filtra w przejściu do pokoju sterowniczego i podłącz robota do zasilania. Ekran z folii na kablu równoległym powinien stykać się z filtrem. Na koniec przymocuj do robota zewnętrzną część efektora końcowego, czyli długą rączkę, po którą sięga badany.Upewnij się, że uchwyt będzie mógł swobodnie wejść do otworu fMRI, nie uderzając o ściankę. Po ustawieniu robota w skanerze uruchom komputer sterujący. Następnie upewnij się, że wewnątrz przejścia znajduje się wyłącznie niestandardowy filtr, a następnie podłącz do robota sześciostopowy kabel równoległy.Następnie upewnij się, że silniki robota są wyłączone. Potem uruchom procedurę kalibracji fantomu i zweryfikuj, czy odczyty pozycji silników są stabilne. Teraz włącz robota, otwierając port z tyłu obudowy ekranującej i aktywując przełączniki znajdujące się wewnątrz obudowy.Zrestartuj procedurę kalibracji, ustawiając efektor końcowy mniej więcej w centrum końca stożkowego falowodu. Przejdź przez kolejne kroki kalibracji i sprawdź, czy obszar kalibracji wykazuje odpowiednią interakcję haptyczną. Aby rozpocząć eksperyment, przygotuj wszelki dodatkowy sprzęt niezbędny do badania, taki jak system wizualizacji.W tym przypadku zastosowano system wizyjny Nordic Neuro Lab Incorporated, który zapewnia stereoskopowy podgląd wyświetlaczy. Teraz należy położyć badanego na stole skanera i upewnić się, że będzie on odczuwać komfort przez cały czas trwania eksperymentu. Następnie należy założyć cewkę głowy oraz podkładki stabilizujące.Następnie wyreguluj odległość robota za pomocą śrub ręcznych i przesuwając blat stołu, aż badany będzie mógł swobodnie sięgnąć uchwytu efektora i poruszać nim. Wprowadź stół do otworu rezonansu magnetycznego (MRI) ręcznie, trzymając końcówkę robota podczas ruchu stołu. Upewnij się, że efektor końcowy jest skierowany do wnętrza otworu i nie zahacza o jego krawędź zewnętrzną.Na koniec przeprowadź eksperyment fMRI. Rozpocznij od wykonania skanu anatomicznego, aby sprawdzić obecność ewentualnych artefaktów obrazowania. Następnie wykonaj skany funkcjonalne, podczas gdy badany realizuje zadanie funkcjonalne zaprojektowane na potrzeby eksperymentu, takie jak naturalistyczny paradygmat sięgania; robot haptyczny i fMRI nie powinny wzajemnie sobie przeszkadzać.Jeśli robot jest zakłócany przez fMRI, odczyty silników będą gwałtownie oscylować, a reprezentacja robota w trybie online będzie się poruszać, nawet gdy sam robot pozostaje w bezruchu. Zazwyczaj dzieje się tak, gdy równoległy kabel robota nie jest odpowiednio ekranowany i filtrowany. Można to naprawić, dwukrotnie sprawdzając ekranowanie aluminiowe kabla, upewniając się, że rdzeń ferrytowy jest prawidłowo umieszczony na kablu równoległym w pobliżu robota oraz że jedynym filtrem dla robota jest niestandardowy filtr po stronie pomieszczenia ze skanerem w przejściu.Wykrywanie błędów w fMRI jest możliwe dopiero po zredukowaniu i przeanalizowaniu danych. Jednakże na wczesnym etapie badania należy wykonać skan anatomiczny i sprawdzić go pod kątem efektu „zamka” (zipper effect) lub innych artefaktów wskazujących na szum skorelowany. Często taki szum wynika z kontaktu metalu z metalem i można go wyeliminować, dokręcając wszystkie śruby w stole roboczym, szczególnie śruby regulacyjne po bokach stołu.Po opanowaniu ta technika może zostać wykonana w około 15 minut, co jest bardzo istotne w przypadku FMRI. Ponieważ czas jest niezwykle cenny, podczas przeprowadzania procedury należy bezwzględnie przestrzegać protokołów bezpieczeństwa MRI, ponieważ robot mógłby zostać wciągnięty w głąb otworu MRI.

adaptation-of-a-haptic-robot-in-a-3t-fmri

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Adaptacja robota haptycznego w 3T fMRI

W niniejszym artykule opisano techniki wykonywania funkcjonalnego obrazowania rezonansu magnetycznego o wysokiej rozdzielczości z próbkowaniem 1,2 mm w obrębie ludzkiego śródmózwia i struktur podkorowych przy użyciu skanera 3T. Jako przykład przedstawiono zastosowanie tych technik do opracowania map topograficznych stymulacji wzrokowej w ludzkim wzgórzu górnym (SC).

Metody funkcjonalnego obrazowania rezonansem magnetycznym o wysokiej rozdzielczości dla ludzkiego śródmózgowia

Przetwarzanie słuchowe stanowi podstawę przetwarzania mowy oraz muzyki. Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) została z sukcesem wykorzystana do badania systemów poznawczych, sensorycznych i motorycznych, lecz rzadko stosowano ją w badaniach słuchu. W niniejszej pracy zbadaliśmy połączenie TMS z funkcjonalnym obrazowaniem rezonansem magnetycznym (fMRI), aby zrozumieć organizację funkcjonalną kory słuchowej.

Mapowanie następstw stymulacji wiązką theta w ludzkiej korze słuchowej z wykorzystaniem obrazowania funkcjonalnego

Monitorowanie aktywności mózgu podczas wykonywania zadań motorycznych w pozycji pionowej jest bardzo przydatne podczas badania neuronalnego źródła zaburzeń ruchowych. Tutaj demonstrujemy protokół, który łączy funkcjonalną spektroskopię w bliskiej podczerwieni z ciągłym monitorowaniem aktywności mięśniowej i kinematycznej podczas 4 rodzajów zadań motorycznych.

Funkcjonalna spektroskopia w bliskiej podczerwieni czuciowych i ruchowych obszarów mózgu z jednoczesnym monitorowaniem kinematycznym i EMG podczas zadań motorycznych

Prezentujemy nowatorski protokół połączonego obrazowania behawioralnego i neuroobrazowego, wykorzystujący projekcję wideo w czasie rzeczywistym w celu scharakteryzowania neuronalnych korelatów związanych z terapią lustrzaną w środowisku skanera rezonansu magnetycznego u osób po amputacji nogi z bólem fantomowym.

Projekcja wideo w czasie rzeczywistym w rezonansie magnetycznym w celu scharakteryzowania korelatów neuronalnych związanych z terapią lustrzaną w przypadku bólu fantomowego kończyn

Przeprowadziliśmy funkcjonalny rezonans magnetyczny za pomocą nowatorskiego urządzenia robotycznego kompatybilnego z rezonansem magnetycznym, aby ocenić jego przydatność do monitorowania funkcji motorycznych ręki u osób powracających do zdrowia po deficytach neurologicznych.

Funkcjonalny rezonans magnetyczny w połączeniu z nowatorskim urządzeniem robotycznym indukowanym ręką kompatybilnym z MRI w celu oceny rehabilitacji osób powracających do zdrowia po deficytach chwytu dłoni

Pokazujemy protokoły modulacji (tDCS, HD-tDCS) i mapowania (TMS robota) kory ruchowej u dzieci.

Nieinwazyjna modulacja i robotyczne mapowanie kory ruchowej w rozwijającym się mózgu

Ten artykuł opisuje nowe podejścia do pomiaru i wzmacniania funkcjonalnie specyficznych ścieżek neuronowych za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej. Te zaawansowane nieinwazyjne metodologie stymulacji mózgu mogą zapewnić nowe możliwości zrozumienia relacji między mózgiem a zachowaniem i opracowania nowych terapii w leczeniu zaburzeń mózgu.

Pomiar i manipulowanie funkcjonalnie specyficznymi ścieżkami neuronalnymi w układzie motorycznym człowieka za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej

Rehabilitacja ubezpieczona pacjentów z przewlekłym udarem mózgu jest na ogół ograniczona w czasie. Oparte na obrazowaniu badanie aktywności mózgu związane z zadaniami motorycznymi związanymi z chodzeniem może prowadzić do ustanowienia biomarkerów do pomiaru lepszych wyników i uzasadnić rozszerzenie terapii dostosowanej do indywidualnych potrzeb. Zaprezentowano nowatorskie, kompatybilne z rezonansem magnetycznym urządzenie do ruchu stopy o zmiennym oporze oraz protokół do stosowania podczas...

Zastosowanie indukowanego stopą cyfrowo sterowanego urządzenia oporowego do oceny funkcjonalnego rezonansu magnetycznego u pacjentów z niedowładem stopy

Szacuje się, że 1 na 6 osób na całym świecie dozna udaru mózgu w swoim życiu, powodując długotrwałą niepełnosprawność, której mechanizmy rehabilitacji są nadal słabo poznane. W badaniu tym zaproponowano protokół oceny aktywacji mózgu za pomocą funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni (fNIRS) podczas sesji terapii robotycznej kończyn dolnych.

Eksperyment z wykorzystaniem funkcjonalnej spektroskopii w bliskiej podczerwieni i wspomaganych przez robota wielostawowych ruchów wskazujących kończyny dolnej

Tutaj opisujemy standaryzowany protokół mapowania motorycznego z wykorzystaniem nTMS połączony z rekonstrukcją drogi korowo-rdzeniowej (CST) opartą na obrazowaniu tensorowym dyfuzji (DTI). Protokół jest powtarzalny, klinicznie wykonalny i łatwo integrowalny z rutynowym procesem klinicznym, zapewniając solidne i wartościowe ramy do oceny szlaków ruchowych, badań nad neuroplastycznością oraz planowania rehabilitacji.

Standaryzowany protokół do funkcjonalnego mapowania motorycznego z wykorzystaniem nawigowanej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej

Poznaj adaptację robota haptycznego do skanera fMRI 3T w celu badania aktywności mózgu podczas zadań motorycznych. Metoda z wykorzystaniem ekranowania aluminiowego umożliwia precyzyjne pomiary siły i pozycji ramienia.

Adaptacja robota haptycznego do obrazowania fMRI 3T

Przeglądaj więcej filmów