Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Networked Haptics
KTH, School of Information and Communication Technology (ICT), Communication Systems, CoS. (CCSlab)
KTH, School of Information and Communication Technology (ICT), Communication Systems, CoS. (CCSlab)
2009 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Haptic feedback is feedback relating to the sense of touch. Current research suggests that the use of haptic feedback could give an increase in speed and accuracy when doing certain tasks such as outlining organ contours in medical applications or even filling in spreadsheets. This master thesis project has two different goals concerning haptic feedback. The first is to try to improve the forces for the SensAble PHANTOM Omni® Haptic Device when used in an application to outline contours in medical images, to give the user better feedback. The PHANTOM Omni is a device able to read in user movement of an arm attached to it in three dimensions, but it is also able to output forces through this arm back to the user, i.e. giving haptic feedback. By improving these forces and thus providing better feedback, we hope that speed and accuracy increases for a user working with the mentioned application.

The second part of the project consists of evaluating if delays in a network between the haptic feedback device and the place where the data sets are located impact the user perceived quality or the outcome of the task. We do this by considering a number of potential architectures for distributing the image processing and generation of haptic feedback. By considering both of these goals we hope to demonstrate both a way to get faster and more accurate results when doing the tasks already mentioned (and other tasks), but also to understand the limitations of haptic performance with regard to distributed processing. We have successfully fulfilled our first goal by introducing a haptic force which seems quite promising. This should mean that the people working with outlining contours in medical images can work more effectively; which is good both economically for hospitals and quality of service-wise for patients.

Our results concerning the second goal indicate that a haptic system for outlining contour can work well when using this new haptic force, even on low quality data links (which can be used for example in battlefield medicine or by specialists to conduct long distance operations or examinations) -- if the system architecture distributes the functionality so as to provide low delay haptic feedback locally.

We have tried to compare our results from the second part with a model for the impact of network delay on voice traffic quality developed by Cole and Rosenbluth, but as there is not necessarily a numeric correspondence between the quality values that we used and the ITU MOS quality values for voice we cannot make a numeric comparison between our results and that model. However our experimental data seem to suggest that the decrease in perceived quality was not as fast as one might expect considering simply the ratios of the voice packet rate (typically 50 Hz) and the 1000 Hz rate of the haptic feedback loop. The decrease in quality seems to only be about one half of what the ratio of these rates might suggest (i.e., a factor of 10x faster decrease in quality with increasing delay rather than 20x).

Abstract [sv]

Haptisk återkoppling är återkoppling som fås genom känseln. Nutida forskning visar att användandet av sådan återkoppling kan öka effektiviteten vid vissa arbetsuppgifter inom sjukvård, till exempel vid förberedande uppgifter inom strålbehandling, men också vid kontorsarbete såsom att fylla i värden i ett kalkylark. Detta examensarbete har två mål som rör haptisk återkoppling. Det första är att försöka förbättra krafterna som ges från den haptiska enheten SensAble PHANTOM Omni® Haptic Device vid användning i ett medicinskt datorprogram rörande strålbehandling, i syfte att förbättra användareffektiviteten. PHANTOM Omni är en maskin som har en arm kopplad till sig som både kan läsa av rörelser och ge ut krafter med hjälp av en inbyggd motor, det vill säga ge haptisk återkoppling. Genom att förbättra dessa krafter och därigenom ge mer realistisk återkoppling hoppas vi att effektiviteten kan öka för en användare av det nämnda datorprogrammet.

Det andra målet är att utvärdera hur fördröjningar i ett nätverk mellan den plats där enheten är placerad och den plats där informationen som ska bearbetas finns, påverkar upplevelsen för användaren och därmed resultatet av arbetet. Vi genomför detta genom att analysera flera olika tänkbara arkitekturer, där placeringen av bilddatat och uträkningen av krafter som ska ges ut av den haptiska enheten varierar. Genom att undersöka dessa två olika aspekter hoppas vi att vi både kan visa ett sätt att få snabbare och bättre resultat när man arbetar med uppgifter av den karaktären som redan beskrivits, men också att förstå begränsningarna för att använda haptisk återkoppling i distribuerade system.

Vi har framgångsrikt lyckats uppfylla vårt första mål genom att utveckla en kraft till den haptiska enheten som verkar lovande. Om denna kraft funkar i praktiken innebär det att personer som arbetar med förberedande uppgifter inom strålbehandling kan göra dessa uppgifter effektivare vilket är positivt både ekonomiskt för sjukhusen och kvalitetsmässigt för patienterna.

De resultat vi har fått fram avseende vårt andra mål indikerar att användandet av en haptisk enhet inom medicinsk bildbehandling kan fungera bra med vår nyutvecklade kraft, även på nätverkslänkar med dålig kvalitet (som kan vara fallet exempelvis när medicinska specialister utför undersökningar eller operationer på distans) – om systemet är uppbyggt så att den haptiska återkopplingen sker lokalt med en minimal fördröjning. Vi har försökt att jämföra våra resultat från nätverksdelen med en modell beskriven av Cole och Rosenbluth, som ger kvaliteten på rösttrafik som en funktion av fördröjningen i ett nätverk. Dock finns det inte nödvändigtvis någon korrelation mellan de värden vi har fått fram och den kvalitetsskala för rösttrafik som de använde. Vi kan därmed inte göra en jämförelse rakt av mellan våra resultat och deras modell. Däremot så pekar de data vi har fått i våra experiment på att den användarupplevda kvaliteten inte sänktes lika snabbt som man kunde ha väntat sig om man bara tar hänsyn till förhållandet mellan uppdateringsfrekvenserna för rösttrafik (vanligtvis 50 Hz) och den haptiska återkopplingen (1000 Hz). Kvalitetssänkningen verkar vara hälften av vad detta förhållande skulle kunna antyda (det vill säga en faktor på 10 gånger snabbare sänkning i kvalitet med ökande fördröjning snarare än 20 gånger).

Place, publisher, year, edition, pages
2009. , 91 p.
Series
Trita-ICT-EX, 2009:106
Keyword [en]
Haptics, networked haptics, haptic forces, SensAble PHANTOM Omni Device, medical imaging
National Category
Communication Systems
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-91494OAI: oai:DiVA.org:kth-91494DiVA: diva2:510469
Subject / course
Computer Communication
Educational program
Master of Science in Engineering - Information and Communication Technology
Presentation
2009-08-17, Seminar room Grimeton, Isafjordsgatan 22, Kista, 17:00 (English)
Uppsok
Technology
Supervisors
Examiners
Available from: 2012-03-16 Created: 2012-03-16 Last updated: 2012-03-16Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(3842 kB)261 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3842 kBChecksum SHA-512
fffbda35d69964ce69e7145166e03f85dd716139250fb12e6ba9f996f9f7d18deeba7643a24ff2fd66512aca21ad745e60122846c5c694fd85b8026ba5669c23
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Olofsson, MartinÖhman, Sebastian
By organisation
Communication Systems, CoS
Communication Systems

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 261 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 172 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf