Адаптация Haptic Робот в 3Т МРТ
Summary
Адаптация и использование тактильной робота в 3Т МРТ описано.
Abstract
Функциональная магнитно-резонансная томография (МРТ) обеспечивает отличную функциональной визуализации мозга через BOLD сигнала 1 с преимуществами в том числе неионизирующих излучений, миллиметр пространственную точность анатомических и функциональных данных 2, и практически в режиме реального времени анализирует 3. Haptic роботы обеспечивают точные измерения и контроля положения и силы курсор в достаточно ограниченном пространстве. Здесь мы объединяем эти две технологии, позволяющие прецизионных экспериментов с участием управления двигателем с тактильной / тактильного взаимодействия окружающей среды, таких как достижение или хватания. Основная идея заключается в придаем 8 футов конце effecter поддерживается в центре, чтобы робот 4 позволяет подлежат использованию робота, но его защита и сохранение его из самой крайней части магнитного поля от МРТ машины (рис. 1 ).
Phantom Премиум 3.0, 6DoF, высокая сила робота (SensAble Technologies, Inc) является отличным выбором для обеспечения силовой обратной связи в виртуальной реальности экспериментов 5, 6, но она по сути своей не-MR безопасной, вносит значительный шум чувствительных МРТ оборудования, и его электродвигатели могут быть затронуты МРТ настоятельно переменным магнитным полем. Мы построили таблицу и защиты системы, которая позволяет роботу быть безопасно введен в МРТ окружающей среды и ограничивает как деградация МРТ сигнал электрически шумных моторов и деградации электрические характеристики двигателя при сильно меняющееся магнитное поле МРТ. С щита, отношение сигнала к шуму (SNR: средний сигнал / шум стандартное отклонение) МР-томографию идет от базовой ~ 380 до ~ 330 и ~ 250 без экранирования. Остальные шума, как представляется, некоррелированных и не добавляет артефакты фМРТ из теста шар (рис. 2). Длинная, жесткая ручка позволяет размещение робота из диапазона наиболее сильно различные части магнитного поля, так что нет существенного влияния МРТ на робота. Влияние ручку на кинематику робота является минимальным, так как он легкий (~ 2,6 фунта), но чрезвычайно жесткой 3 / 4 "графит и хорошо сбалансирован по 3DoF сустава в середине. Конечным результатом является МРТ совместимы, тактильной системы с около 1 кубический фут рабочего пространства, и, в сочетании с виртуальной реальностью, она позволяет новый набор экспериментов, которые будут выполнены в МРТ окружающей среды, включая натуралистические достижения, пассивное перемещение конечностей и тактильного восприятия, адаптации обучения в различных силовых полях , или текстуры идентификации 5, 6.
Protocol
Discussion
МРТ совместимый робот открывает новые возможности для экспериментов в неврологии моторного контроля. Важнейшим шагом при установке является экранирование робота, чтобы предотвратить артефакты в МРТ, которые мы делаем в два этапа. Во-первых, робот сам составляет около 9 езды из канала ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы хотели бы поблагодарить Лу Кунь и Рональд Kurz для оказания технической помощи. Эта работа была поддержана ОНР номер премии MURI: N00014-10-1-0072, NSF грант № SBE-0542013 с временная динамика центра обучения, науки NSF в Центре обучения и NIH грант № 2 R01 NS036449-11.
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. Applications of real-time fMRI. Nat. Rev. Neurosci. 9, 720-729 (2008).
- 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. , 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., Ang, M., Khatib, O. fMRI compatible haptic interfaces to investigate human motor control. Experimental Robotics IX, of Springer Tracts in Advanced Robotics. 21, 25-34 (2006).
- Nakamura, T. Functional networks in motor sequence learning: abnormal topographies in Parkinson’s disease. Hum Brain Mapp. 12, 42-60 (2001).
