Summary
अनुकूलन और 3T fMRI में एक haptic रोबोट के उपयोग में वर्णित है.
Protocol
1. स्कैनर कमरे के बाहर
- मुफ्त समर्थित अंत और लंबे समय अलग संभाल के बाहरी अंत के साथ रोलिंग तालिका रखें.
- जाँचें कि रोबोट बंद है.
- टेबल सॉकेट में रोबोट प्लेस और 2 screws के साथ रोबोट पर एल्यूमीनियम सुरक्षा प्लेट सुरक्षित.
- एल्यूमीनियम अनुकूलक के साथ रोबोट संभाल अंत Effecter संलग्न है और जाँच करें कि यह स्वतंत्र रूप से चालें.
- एल्यूमीनियम रोबोट के लिए परिरक्षण के साथ '10 समानांतर केबल संलग्न और जाँच करें कि परिरक्षण बरकरार है. अतिरिक्त पन्नी जोड़ें यदि आवश्यक हो.
- समानांतर और केबल शक्ति पीठ पर नाली में जगह के लिए सावधान किया जा रहा है रोबोट से अधिक एल्यूमीनियम परिरक्षण बॉक्स प्लेस.
- ध्यान से परिरक्षण बॉक्स पर पेंच.
- पैक केबल नाली में परिरक्षण बॉक्स पर एल्यूमीनियम पन्नी और यकीन है कि पन्नी समानांतर केबल पर परिरक्षण के साथ संपर्क करता है.
2. दो लोगों को, ए और बी के साथ स्कैनर कमरे में चलती है
- किसी और अलौह हैं, उदाहरण के लिए, सेल फोन, चाबियाँ, सिक्के, आदि सहित सभी धातु की वस्तुओं को हटाने के द्वारा एक उच्च चुंबकीय क्षेत्र के वातावरण में प्रवेश करने के लिए तैयार ..
- व्यक्ति के साथ एक रोबोट मेज और व्यक्ति बॉक्स अंत स्थिर बी के मुक्त अंत पकड़, यह रोल मुक्त रोबोट जब तक पहली अंत सिर्फ कमरे के दरवाजे में प्रवेश करती है.
- व्यक्ति बी क्लिप सुरक्षा रस्सी परिरक्षण का मामला है और जांच करता है कि दूसरे छोर मजबूती से एक दीवार लंगर के लिए जुड़ा हुआ है की पीठ पर एक लंगर छेद करने के लिए सीमित.
- काम एक साथ, कमरे में तालिका रोल और वेल्क्रो पट्टियों के साथ fMRI तालिका के पैर करने के लिए देते हैं. तालिका के रोबोट के अंत के रूप में दूर संभव के रूप में स्कैनर से में रहना चाहिए.
- नियंत्रण कक्ष के माध्यम से पारित पर कस्टम फिल्टर, और रोबोट में प्लग करने के लिए रोबोट समानांतर केबल संलग्न. समानांतर केबल पर परिरक्षण पन्नी फिल्टर के साथ संपर्क करना चाहिए.
- लंबी संभाल के बाहरी भाग (अंत Effecter) संलग्न और सत्यापित करें कि यह fMRI के बोर सफाई प्रवेश करेंगे.
3. नियंत्रण कक्ष में
- नियंत्रण कंप्यूटर को प्रारंभ करें और रोबोट '6 समानांतर केबल देते हैं. किसी भी अतिरिक्त फिल्टर है कि पास के आंतरिक भाग पर के माध्यम से किया जा सकता है निकालने के यकीन है.
- सत्यापित करें कि रोबोट मोटर्स बंद कर दिया जाता है, प्रेत अंशांकन दिनचर्या शुरू और सत्यापित करें कि रोबोट के अंशांकन दिनचर्या से स्थिति मोटर्स के readouts स्थिर रहे हैं.
- समानांतर केबल कनेक्शन की जाँच करें और केवल बड़े कस्टम फ़िल्टर अगर अंशांकन दिनचर्या रोबोट नहीं देख या मोटर readout में बड़े बदलाव कर सकते हैं जुड़ा हुआ है कि डबल.
- परिरक्षण बॉक्स की पीठ पर बंदरगाह खोलने के द्वारा रोबोट पर मुड़ें और एक छड़ी के साथ स्विच प्रेस.
- अंत लगभग शंक्वाकार waveguide के अंत पर केंद्रित Effecter के साथ अंशांकन दिनचर्या को पुनरारंभ करें. अंशांकन के माध्यम से कदम और जाँच करें कि बॉक्स अंशांकन बॉक्स उपयुक्त haptic बातचीत है.
- FMRI (संबंधक BNC) से Labjack एडीसी नियंत्रण कंप्यूटर पर टीटीएल उत्पादन संलग्न.
4. विषय
- विषय मानक fMRI प्रोटोकॉल के साथ एक उच्च चुंबकीय क्षेत्र के पर्यावरण के लिए तैयार करो.
- प्रयोग, उदाहरण के लिए, दृश्य प्रदर्शन प्रणाली के लिए किसी भी अतिरिक्त उपकरण सेट. हम NordicNeuro लैब, इंक विजन सिस्टम है जो दृश्य प्रदर्शित करता है स्टीरियो देखने प्रदान करता है, एक विशेषता है कि विशेष रूप से उपयोगी है जब आभासी वातावरण पेश का उपयोग करें.
- बाद विषय मेज पर नीचे झूठ और सिर कुंडल स्थित है, हाथ शिकंजा ढीला और तालिका के शीर्ष फिसलने जब तक इस विषय आराम से ले जा सकते हैं रोबोट की दूरी समायोजित करें.
- तालिका मैन्युअल गाइड रोबोट अंत पर पकड़े जबकि fMRI तालिका में और बोर के बाहर घूम रहा है wobbling से casters को रोकने. सुनिश्चित करें कि अंत Effecter बोर में चला जाता है और बाहर पर पकड़ नहीं है.
- प्रयोग चलाएँ.
5. नीचे दो लोगों को एक और बी के साथ सेटअप तोड़
- रोगी से बाहर निकालता है के बाद, लंबी संभाल के बाहरी अंत हटाने और fMRI तालिका से वेल्क्रो का पट्टा नाश के द्वारा रोबोट तालिका अलग.
- रोबोट से, परिरक्षित समानांतर केबल पूर्ववत और बिजली केबल हाल चलाना.
- व्यक्ति के साथ एक रोबोट मेज और व्यक्ति रोबोट अंत मार्गदर्शन बी के मुक्त अंत पकड़े, दरवाजा करने के लिए तालिका ले जाने. दरवाजे पर, पगहा पूर्ववत करें, और रोबोट तालिका हॉल के बाहर रोल.
- परिरक्षण बॉक्स से सभी शिकंजा और सुरक्षा की थाली से दो शिकंजा पूर्ववत करें और रोबोट को हटा दें.
6. प्रतिनिधि परिणाम:
आदर्श रूप में, haptic रोबोट और fMRI एक दूसरे को प्रभावित नहीं करना चाहिए. हम ऑनलाइन बता अगर रोबोट fMRI द्वारा प्रभावित किया जा रहा है कर सकते हैं. आम तौर पर, अगर रोबोट समानांतर केबल ठीक नहीं परिरक्षित है फ़िल्टर्ड, तो मोटर्स के readout oscil जाएगातेजी से देर. यह डबल केबल पर परिरक्षण एल्यूमीनियम की जाँच करके तय किया जा सकता है है, कि लौह कोर रोबोट के पास समानांतर केबल पर ठीक से रखा गया है, और केवल रोबोट के लिए फिल्टर पास स्कैनर कमरे के माध्यम से पक्ष पर कस्टम फिल्टर है कि . FMRI में त्रुटियों का पता लगाने वास्तव में ही संभव है डेटा के बाद कम हो गया है और विश्लेषण किया है, लेकिन एक संरचनात्मक अध्ययन में जल्दी स्कैन लिया जाना चाहिए और ज़िप प्रभाव या अन्य कलाकृतियों सहसंबद्ध (जैसे कील शोर) शोर 7 के संकेत के लिए जाँच. अक्सर, इस तरह के शोर संपर्क धातु पर धातु से आता है और रोबोट मेज पर शिकंजा, विशेष रूप से तालिका के किनारे पर हाथ समायोजन शिकंजा कस द्वारा साफ किया जा सकता है. हमारे परीक्षणों के आधारभूत fMRI संकेत से शोर अनुपात (SNR) ~ पूरी तरह से कमरे में परिरक्षित रोबोट है कि अभी भी एक उचित ~ 330 बूंदों के साथ 380 और. यदि ढाल जगह में रोबोट पर नहीं है, तो SNR आगे ड्रॉप 250 ~ और शोर प्रभाव बहुत महत्वपूर्ण हो गया है.
4 में दिखाया गया है, संभाल के केंद्र में 3 डिग्री स्वतंत्रता संयुक्त बातचीत / रोबोट हाथ की गतिशीलता पर थोड़ा प्रभाव है सिवाय इसके कि यह बदलाव के लिए रोबोट से दूर है . संभाल के केंद्र में संयुक्त एक आधार की तरह काम करता है और में स्पष्ट प्रस्ताव पराजयों (बाएँ - दाएँ और अप - डाउन) के निर्देशों के दो लेकिन तीसरे नहीं (आगे वापस). चूंकि प्रेत और हाथ के बीच में अपने आधार के साथ संभाल की तरह लीवर के विपरीत छोर पर हैं, लाभ सॉफ्टवेयर में प्रत्येक तीन इयूक्लिडियन निर्देशों के में लागू कर रहे हैं: कुंडा संयुक्त द्वारा नियंत्रित दो दिशाओं में नकारात्मक लाभ और एक सकारात्मक लाभ स्लाइडर संयुक्त की दिशा में. संभाल और कुंडा के शुद्ध प्रभाव प्रेत रोबोट की स्वतंत्रता, बस दूर 9 'से भरा 3 डिग्री reproduces.
चित्रा 1 तंत्र fMRI वातावरण में उपयोग के लिए haptic रोबोट माउंट थे. शीर्ष से पता चलता है haptic रोबोट मामले में बाड़े (ऊपरी बाएँ) और संभाल के midpoint (शीर्ष सही) पर जिम्बल / संयुक्त स्लाइडर से पहले घुड़सवार. नीचे, बाएँ संभाल छेड़खानी स्कैनर में एक विषय से पता चलता है. नीचे, ठीक परिरक्षण और अंत Effecter एक कार्टून है.
आंदोलन के साथ पूरी तरह से परिरक्षित रोबोट के लिए BIRN परीक्षण के परिणाम चित्रा 2. पार के साथ तीन छवियों गोलाकार सिर मॉडल के वर्गों दिखाने के लिए, और नीचे सही एक तीन आयामी दृश्य दिखाता है. छोटे डॉट्स स्थिर सिर मॉडल में बुलबुले हैं और हमेशा मौजूद हैं. बड़े पट्टियों या zippers की कमी इंगित करता है कि रोबोट से शोर असहसंबद्ध है.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
fMRI संगत रोबोट मोटर नियंत्रण के तंत्रिका विज्ञान में प्रयोग के लिए नई संभावनाओं को खोलता है. सेटअप में सबसे महत्वपूर्ण कदम fMRI, जो हम दो चरणों में में कलाकृतियों को रोकने के लिए रोबोट के परिरक्षण है. सबसे पहले, रोबोट ही के बारे में 'दूर एक लंबे, हल्के, स्वतंत्रता संयुक्त 3 डिग्री के साथ अपने बीच में समर्थित संभाल के साथ बोर से 9 है. दूसरा, रोबोट एक 1 / 16 "-1 / 4" के साथ एक प्लास्टिक शंक्वाकार (13 "आधार व्यास, 6" शीर्ष व्यास x 42 "लंबे) एल्यूमीनियम पन्नी परिरक्षण के साथ waveguide है कि 100dB ~ ब्लॉक करने के लिए गणना की थी एल्यूमीनियम बॉक्स में encased है fMRI प्रासंगिक आवृत्ति बैंड में शोर के> 100 मेगाहर्ट्ज इसके अलावा भविष्य में, तांबा परिरक्षण शंकु पर एल्यूमीनियम पन्नी की जगह इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन वर्तमान में संतोषजनक प्रदर्शन के रूप में एक काफी लागत और वजन बचत पर है. में आगे. उपकरणों के दायरे का विस्तार करने के लिए, हम एक साथ ईईजी / वर्तमान प्रणाली के साथ fMRI शामिल करने की योजना है.
मुख्य सुरक्षा प्रयोगात्मक सेट अप के साथ जुड़े चिंता ferromagnetic महान शक्ति के साथ fMRI चुंबक के बोर में खींचा जा वस्तुओं के लिए संभावित है. इस जोखिम, ढाल और रोलिंग तालिका के रूप में सभी सहायक उपकरण, कम से कम करने के लिए, गैर चुंबकीय सामग्री से निर्माण कर रहे हैं. Haptic रोबोट के रूप में ही ferromagnetic सामग्री शामिल है, विशेष देखभाल की अपनी स्थिति के लिए सम्मान के साथ प्रयोग किया जाना चाहिए. रोबोट रोलिंग तालिका करने के लिए सुरक्षित है और पूरे विधानसभा दीवार के लिए tethered है पहले चुंबक कमरे में विधानसभा रोलिंग. पगहा की लंबाई डिज़ाइन किया गया है ताकि रोबोट रोगी तालिका के अंत अतीत नहीं ले जा सकते हैं. अंत में, सुरक्षित संचालन को सुनिश्चित करने के लिए, प्रयोगात्मक कर्मियों विशेष देखभाल के लिए विस्तृत कहीं और इस दस्तावेज़ में वर्णित प्रोटोकॉल का पालन करना चाहिए.
FMRI का सबसे महत्वपूर्ण सुविधाओं में से एक है कि यह गैर ionizing विकिरण का उपयोग करता है और इस प्रकार अधिक पीईटी की तरह आक्रामक प्रतिस्पर्धा प्रौद्योगिकियों, की तुलना में सुरक्षित है ईईजी या एमईजी तरह निष्क्रिय प्रौद्योगिकियों में देखा गतिविधि का स्थानीयकरण की हानि के बिना. fMRI के लिए दोष यह है कि हम haptic रोबोट अनुकूलन के साथ दूर उपकरण उच्च चुंबकीय क्षेत्र और fMRI के शोर संवेदनशीलता के साथ संगत बनाने के समय अपनी कार्यक्षमता को बनाए रखने के लिए है. पिछले मानव मोटर व्यवहार का अध्ययन करने का प्रयास 9 उपकरणों है कि गरीब प्रतिक्रिया समय है या तो संकुचित 8 हवा या पानी पर भरोसा है उन्हें पर्यावरण के साथ यथार्थवादी बातचीत के लिए अनुपयुक्त बना रही है या स्वतंत्रता के सीमित डिग्री के साथ स्कैनर कमरे में बाहरी ड्राइव स्थित है. यहाँ समाधान है, पिछले एक अध्ययन है कि एक रक्षाहीन मॉडल कम बल रोबोट का इस्तेमाल किया, एक 1.5 टी 4 fMRI में, कमरे और परिरक्षण में उपकरण रखने के लिए इसी तरह की, हवा कंप्रेशर्स की गति की पूरी रेंज देता है, लेकिन तेजी के साथ, बिजली के ड्राइव की millisecond latencies.
ऊपर है और चल रहे उपकरणों के साथ, हम अब 5 जुर्माना या अनुक्रम 10 सीखने के साथ ओर इशारा करते हुए के रूप में अच्छी तरह के रूप में नई haptic रोबोट बातचीत उपलब्ध कराने के साथ पूरी तरह से immersive आभासी वास्तविकता शामिल प्रयोगों को विकसित कर रहे हैं reexamine क्लासिक मोटर नियंत्रण प्रयोगों को देख. वर्तमान प्रोटोकॉल के उपयोग के रिश्तेदार आसानी वास्तविक समय इंटरैक्टिव आंदोलन प्रयोगों fMRI खुल जाएगा.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.
Acknowledgments
हम तकनीकी सहायता के लिए कुन लू और रोनाल्ड KURZ धन्यवाद देना चाहूंगा. इस काम ONR मूरी पुरस्कार सं द्वारा समर्थित किया गया था: N00014 10-1-0072, NSF अनुदान # SBE - ०५४२०१३ लर्निंग सेंटर, लर्निंग सेंटर की एक NSF विज्ञान, और NIH अनुदान # 2 R01 NS036449-11 के टेम्पोरल गतिशीलता के लिए.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Phantom premium 1.5/6dof, high force model | SensAble, Geomagic |
References
- Ogawa, S., Lee, T. M., Kay, A. R., Tank, D. W. Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 87, 9868-9872 (1990).
- Heeger, D. J., Ress, D. What does fMRI tell us about neuronal activity. Nat. Rev. Neurosci. 3, 142-151 (2002).
- deCharms, R. C.
- Hribar, A., Koritnik, B., Munih, M. Phantom haptic device upgrade for use in fMRI. Medical and Biological Engineering and Computing. 47, 677-684 (2009).
- Trommershauser, J., Gepshtein, S., Maloney, L. T., Landy, M. S., Banks, M. S. Optimal compensation for changes in task-relevant movement variability. J. Neurosci. 25, 7169-7178 (2005).
- Konczak, J., Li, K. Y., Tuite, P. J., Poizner, H. Haptic perception of object curvature in Parkinson's disease. PLoS ONE. 3, e2625-e2625 (2008).
- Lipton, M. L., Lipton, M. L. Artifacts: When things go wrong, it's not necessarily all bad. Totally Accessible MRI. , Springer. New York. 139-153 (2008).
- Rajh, M., Glodez, S., Flasker, J., Gotlih, K., Kostanjevec, T. Design and analysis of an fMRI compatible haptic robot. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 27, 267-275 (2011).
- Burdet, E., Gassert, R., Gowrishankar, G., Chapuis, D., Bleuler, H. fMRI compatible haptic interfaces to investigate human motor control. Experimental Robotics IX, of Springer Tracts in Advanced Robotics. Ang, M., Khatib, O. 21, Springer. Berlin. 25-34 (2006).
- Nakamura, T. Functional networks in motor sequence learning: abnormal topographies in Parkinson's disease. Hum Brain Mapp. 12, 42-60 (2001).
