Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

מעקב אחר תנועת אצבע תלת מימדית במהלך הצורך: פתרון לניתוח קינמטי של מניפולציה בדיקור סיני

Published: October 28, 2021 doi: 10.3791/62750
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1School of Acupuncture-Moxibustion and Tuina, Shanghai University of Traditional Chinese Medicine

Summary

שיטה ניסיונית זו מתארת פתרון לניתוח קינמטי של מניפולציה בדיקור סיני עם טכנולוגיית מעקב אחר תנועות אצבע תלת ממדית.

Abstract

מעקב תנועה תלת מימדי (3D) שימש בתחומים רבים, כגון מחקרים של ספורט וכישורים רפואיים. ניסוי זה נועד להשתמש בטכנולוגיית מעקב תנועה תלת-ממדית כדי למדוד את הפרמטרים הקינמטיים של מפרקי האצבעות במהלך מניפולציה של דיקור סיני (AM) ולהקים שלושה אינדיקטורים טכניים "משרעת, מהירות וזמן". שיטה זו יכולה לשקף את מאפייני הפעולה של AM ולספק פרמטרים כמותיים לאורך שלושה צירים של מפרקי אצבע מרובים. הראיות הנוכחיות מראות כי לשיטה יש פוטנציאל גדול ליישומים עתידיים כגון חקר מערכת היחסים של דיקור סיני, הוראה ולמידה של AM, ומדידה ושימור של AM של דיקור סיני מפורסם.

Introduction

כסוג של מיומנויות קליניות של הרפואה הסינית המסורתית (TCM) וגירוי פיזי, מניפולציה דיקור סיני (AM) נחשב לעתים קרובות כגורם חשוב המשפיע על ההשפעה הטיפולית של דיקור סיני1,2. מחקרים רבים אישרו כי AM שונים או פרמטרים שונים גירוי (מהירות צורך, משרעת, תדירות, וכו ') של אותו AM הביא השפעות טיפוליות שונות3,4,5,5,6,7. לכן, המדידה של הפרמטרים הקינמטיים הרלוונטיים של AM וניתוח מתאם עם האפקט הטיפולי יכול לספק תמיכה נתונים שימושית התייחסות לטיפול הקליני עם דיקור סיני8,9.

מדידת הפרמטרים הקינמטיים של AM החלה בשנות השמונים. בימים הראשונים, טכנולוגיית המרת האות החשמלי המבוססת על התנגדות משתנה שימשה בעיקר להמרת אות ההעתקה של גוף המחט לאות מתח או זרם להצגה ותיעוד של נתוני המשרעת והתדירות של AM11. יתר על כן, ATP-II המפורסם של הרפואה הסינית דיקור סיני בוחן II (ATP-II) עם טכנולוגיה זו שימש כיום על ידי אוניברסיטאות רבות לרפואה סינית מסורתית של סין12. לאחר מכן, עם הפיתוח המתמשך והחדשנות של טכנולוגיית החיישנים, נעשה שימוש בסוגים שונים של חיישנים לאיסוף פרמטרים קינמטיים של AM. לדוגמה, חיישן התנועה האלקטרומגנטית של שלושת הצירים חובר לידית המחט כדי לרכוש משרעת ומהירות נחוצות13; חיישן האות הביואלקטרי הונח על קרן הגב של חוט השדרה של החיה כדי לתעד תדר נחוץ14 וכו '. למרות שהמחקר הכמותי של AM המבוסס על שני סוגי הטכנולוגיות הנ"ל השלים את רכישת הפרמטרים הקינמטיים הרלוונטיים במהלך הצורך, החסרונות העיקריים שלה הם חוסר היכולת לבצע את המדידה הלא פולשנית בזמן אמת ואת השינוי בתחושת ההפעלה הנגרמת על ידי שינוי גוף המחט.

בשנים האחרונות, טכנולוגיית מעקב תנועה הוחלה בהדרגה על המחקר הכמותי של AM15,16. מכיוון שהוא מבוסס על ניתוח פריים אחר פריים של וידאו נחוץ, ניתן לרכוש את מדידת הפרמטרים של דיקור סיני במהלך פעולת vivo מבלי לשנות את גוף המחט. טכנולוגיה זו שימשה למדידת הפרמטרים הקינמטיים כגון משרעת, מהירות, תאוצה ותדירות של ארבע נקודות מעקב של אגודל ואצבע במהלך הצורך במישור דו-ממדי (דו-ממדי) והקימה את דמות מקל האצבעות המתאימה15. מחקרים מסוימים מדדו גם את טווח שינוי הזווית של מפרק הבין-פלנג'י (IP) של האגודל והאצבע עם טכנולוגיה דומה9,17,18. עם זאת, המחקרים הנוכחיים על ניתוח AM עדיין מוגבלים בעיקר למישור התנועה הדו-ממדי, ומספר נקודות המעקב קטן יחסית. עד כה, אין שיטת מדידה וניתוח קינמטית תלת-ממדית מלאה (3D) עבור AM, ולא פורסמו נתונים קשורים.

כדי לפתור את הבעיות הנ"ל, מחקר זה ישתמש בטכנולוגיית מעקב תנועה תלת-ממדית כדי למדוד את הפרמטרים הקינמיטיים של שבע נקודות המעקב של היד במהלך הצורך. פרוטוקול זה נועד לספק פתרון טכני מלא לניתוח kinematic על AM, כמו גם את המחקר הנוסף על מתאם אפקט המינון של דיקור סיני.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

מחקר זה אושר על ידי ועדת האתיקה של בית החולים יואיאנג, המזוהה עם אוניברסיטת שנחאי לרפואה סינית מסורתית (התייחסות מס '2021-062), וכל משתתף חתם על טופס הסכמה מדעת.

1. הכנות לניסויים

  1. הגדרות מצלמה:
    1. הנח שלוש חצובות מול שולחן הפעולה, וחבר אותן לשלוש מצלמות.
    2. הגדר את פרמטרי הצילום של המצלמות כדלקמן: רזולוציה 1280 x720 פיקסלים, פורמט MP4, מצב ידני מלא (M), צמצם F1.2, צמצם 1/1000s, ISO 6400, איזון לבן אוטומטי, זום אופטי 0mm.
      הערה: הזווית בין כל שתי מצלמות נדרשת להיות מוגדרת על 60°-120° (איור 1A).
  2. מיקום סמן מעקב:
    1. צרפו שבעה כדורים רפלקטיביים בקוטר של 6.5 מ"מ על יד מחט האחיזה של כל משתתף להקלטת וידאו כמפורט בשלבים 1.2.2-1.2.4 ומוצגים באיור 2A.
    2. פרק כף היד: חבר כדור אחד בנקודת האמצע של הגומד והסטיילואיד הרדיאלי המוגדר כנקודת מעקב "מפרק פרק כף היד" (WJ)
    3. אגודל: חבר כדור אחד כל אחד במרכז מסמר האגודל המוגדר כנקודת מעקב "קצה אגודל" (TT), מפרק ה- IP המוגדר כנקודת מעקב "מפרק קצה האגודל" (TEJ), ומפרק המטקרופלנגאל (MCP) המוגדר כנקודת מעקב "מפרק בסיס אגודל" (TBJ), בהתאמה.
    4. אצבע מאשימה: חבר כדור אחד כל אחד במרכז מסמר האצבע המוגדר כנקודת מעקב "קצה אצבע" (FT), את המפרק הבין-פלנג'י הפרוקסימלי (PIP) המוגדר כנקודת מעקב "מפרק אמצעי אצבע" (FMJ), ואת מפרק MCP המוגדר כנקודת מעקב "מפרק בסיס אצבע" (FBJ), בהתאמה.

2. צילומי וידאו ועריכה

  1. מקם מסגרת כיול תלת-ממדית קטנה בגודל 15 ס"מ x 15 ס"מ x 15 ס"מ עם 8 נקודות בטבלת ההפעלה לכיול תלת-ממדי (איור 1B, C).
  2. הסר את המסגרת מהטבלה לאחר צילום וידאו של מסגרת הכיול עבור 8 s לפחות.
  3. להנחות את המשתתפים לבצע AM על נקודת הדיקור LI11 (קוצ'י) של המתנדב, כולל הרמת דחף ומיומנויות סיבוב, כדי לשלוט במחט כדי לנוע למעלה ולמטה ולסובב עם אגודל ואצבע, בהתאמה. קח את קטעי הווידאו של הכישורים לעיל במשך 10 מחזורים לפחות.
    הערה: קריטריוני ההכללה וההחרגה של המשתתפים לביצוע AM ומתנדבים למתן נקודות דיקור לנזקקים מפורטים. הכללת משתתפים: (1) מורה או תלמיד לדיקור סיני סיימו את הפרק "מיומנות הרמה-דחף" ו"מיומנות סיבובית" בספר הלימוד של הקורס שכותרתו "טכניקות דיקור סיני ומניפולציות Moxibustion19; (2) המשתתף צריך להיות ידיים על ניסיון צורך עם גוף האדם במשך יותר מ 5 פעמים. הדרת משתתפים: (1) מורים או תלמידים שאינם דיקור סיני; (2) תלמידי דיקור סיני ללא כל ניסיון מעשי עם גוף האדם. הכללת מתנדבים: (1) גילאי 16-60; (2) אין נזק ברור לעור, קרע, תפירה או הפרשה ברורה סביב LI11 בזרוע ימין. הדרת מתנדבים: (1) אנשים עם היסטוריה של עישון, אלכוהול או שימוש בסמים; (2) אנשים עם מחלות במערכת הדם או נטייה לדימום ברור; (3) אנשים עם מחלות נפש כרוניות או הפרעות נפשיות; (4) נשים בהריון; (5) אנשים עם היסטוריה של התעלפות מחטים.
  4. יצא את כל סרטוני הווידאו מהמצלמות לדיסק המיועד של המחשב. שנה את שמות סרטוני הכיול התלת-ממדיים במצלמות 1, 2, 3 כ-"ca-1.mp4", "ca-2.mp4" ו-"ca-3.mp4".
  5. סנכרן את כל סרטוני המניפולציה בתוכנה לעריכת וידאו (לדוגמה, Adobe premiere pro) וייצא אותם בשם "הרמה-דחף-1.avi", "הרמה-דחף-2.avi", "הרמה-דחף-3.avi", "סיבוב-1.avi", "סיבוב-2.avi" ו"סיבוב-3.avi", בהתאמה.
    הערה: עיין בקובץ 1 משלים לקבלת הוראות סינכרון הווידאו של תוכנת עריכת הווידאו המשמשת במחקר זה.

3. תצורת הפרויקט של מערכת התנועה של סימי ריאליטי (תוכנת לכידת וניתוח תנועה)

  1. פתח את תוכנת לכידת התנועה וניתוח ובחר צור פרוייקט חדש. הגדר את שם הפרוייקט בתווית פרוייקט ולחץ על צור ושמור כדי לשמור את הפרוייקט בדיסק המיועד.
  2. בחר מפרט > נקודות > יד ימין/שמאל וגרור את נקודות המעקב לעיל מהתיבה נקודות מוגדרות מראש לתיבה נקודות משומשות ולאחר מכן לחץ על לחצן סגור כדי להמשיך.
    הערה: כל השלבים הבאים לוקחים את נקודות המעקב של יד ימין כדוגמה.
  3. בחר מפרט > חיבורים ולחץ על חיבור חדש
    1. שם חיבור קלט "זכות אצבע III". בחר "מפרק אמצעי אצבע ימינה" כנקודת ההתחלה והקו לנקודה "קצה אצבע ימינה" באותו חלון
    2. לחץ על הלחצנים החל וסגור כדי לסיים את יצירת החיבור.
  4. הוספה ושינוי שם של קבוצות המצלמה
    1. לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על מצלמות > הוסף קבוצת מצלמה כדי להוסיף קבוצות מצלמה חדשות.
    2. לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על מצלמות > שנה שם כדי לשנות את שמות קבוצות המצלמה כ"קבוצת מצלמות מרימות", ו"קבוצת מצלמות מסתובבת ", בהתאמה.
  5. לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על קבוצת המצלמה דחיפה הרמה > הוסף מצלמה
    1. לחץ על לחצן בחר קובץ בתיבה מעקב .
    2. לחץ על פתח קובץ קיים ובחר את סרטון הפעולה "הרמה-דוחף-1.avi" בחלון הבא, ולאחר מכן לחץ על החל כדי לסיים את ייבוא הווידאו.
    3. בדומה לפעולות לעיל, לחץ על בחר קובץ בתיבה כיול 3D , ולייבא את וידאו הכיול המתאים "ca-1.mp4".
  6. על פי שלב 3.5, להמשיך לייבא את קטעי וידאו המבצע "הרמה-דחף-2.avi" ו "הרמה-דחף-3.avi", ואת סרטוני הכיול המתאימים שלהם "ca-2.mp4" ו "ca-3.mp4" בקבוצת מצלמה הרמה-דחף,בהתאמה.
    הערה: צריכות להיות 3 מצלמות בקבוצת מצלמות הרמה-דוחפות בחלון הפרויקט לאחר מקטעים 3.4 ו-3.5.
  7. על פי שלבים 3.4, 3.5 ו-3.6, ייבאו את סרטוני המיומנות והכיול המסתובבים לקבוצת המצלמות המסתובבות.

4. ניתוח וידאו

  1. כיול תלת-ממדי לכל מצלמה
    1. הרחב את קבוצת מצלמות ההרמה-דחף ולחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על הרמה-דחף-1 > מאפיינים.
    2. לחץ על כפתור הכיול התלת-ממדי בתיבה כיול תלת-ממדי ; להזין את התיאור ולהוסיף 8 נקודות על ידי לחיצה על לחצן הוסף נקודה במשך 8 פעמים
    3. לחץ על החל לאחר הגדרת השם ואת הערך המתאים X, Y, Z עבור כל נקודה על פי פרמטרי הכיול (טבלה 1).
    4. לאחר קביעת התצורה של כל הנקודות, הזז את העכבר כדי ללחוץ על כל נקודת קצה של וידאו הכיול כדי לסיים את הכיול התלת-ממדי.
    5. בצע את השלבים 4.1.1-4.1.4 כדי להשלים את הכיול התלת-ממדי של המצלמות האחרות באותה קבוצה ושל המצלמות בקבוצת המצלמות המסתובבות.
  2. מעקב אחר תנועת אצבע תלת-ממדית
    1. לחצו לחיצה ימנית על קבוצת מצלמות הרמה-דחיפה > מעקב בתלת-ממד, בחרו בכל המצלמות ולחצו על כפתור אישור כדי לפתוח את חלון המעקב התלת-ממדי .
    2. הגדר את מעקב באמצעות התאמת תבניות (כל הנקודות) עבור כל המצלמות ולחץ באופן ידני על כל נקודות המעקב במסגרת הראשונה.
    3. לחצו על הלחצן 'חפש אוטומטית ' כדי להתחיל מעקב תלת-ממדי אוטומטי פריים אחר פריים.
    4. בצע את השלבים 4.2.1-4.2.3 כדי להשלים את מעקב התנועה של קבוצת המצלמות המסתובבות.
      הערה: אם נקודת מעקב אובדת במהלך המעקב התלת-ממדי האוטומטי, בחרו בקו הנקודה שאבדה, לחצו לחיצה ימנית על 'מחק נקודה מכאן' ולחצו שוב על הנקודה ועל הלחצן 'חפש אוטומטית '. בחר כן אם ההודעה "לא הוגדרה מסגרת התחלה למעקב עבור 3 מצלמות נבחרות. ניתן להגדיר אותו בנפרד במאפייני המצלמה. האם ברצונך להגדיר מסגרת התחלה למסגר 0 עבור כל המצלמות ללא מסגרת התחלה ולהמשיך כעת?" קופץ.
  3. ייצוא נתונים
    1. לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על קבוצת מצלמה מרימה-דוחפת > חישוב תלת-ממדי חדש, בחר את כל המצלמות ובדוק את עדכן נתונים ברציפות ואחסן נתונים במפורש בחלון 'צור נתונים תלת-ממדיים'. לחץ על לחצן אישור כדי להמשיך.
    2. לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על התיקייה נתוני קואורדינטות הרמה-דחף-3D > ייצוא, בדוק כותרות עמודות, שמות מעקב, שעת התחלה ותדירות, מידע זמן בעמודה הראשונה, X, Y, Z, v(X), v(Y), v(Z) בחלון הייצוא
    3. לחץ על לחצן ייצוא כדי לייצא את קובץ הנתונים (*.txt) בשם המותאם אישית. יצא את קובץ הנתונים של קבוצת המצלמות המסתובבות באותו אופן.

5. ניתוח נתונים

הערה: סקריפט PHP מקורי משמש לגלישה ולניתוח של קבצי הנתונים המיוצאים על-ידי תוכנת לכידת התנועה וניתוחה. כל קוד המקור שותף במאגר GitHub20.

  1. לאחר שקבצי הנתונים שיוצאו מתוכנת לכידת התנועה והניתוח מועלים לתיקיית שרת ספציפית שבה פועל קובץ Script זה, פתח את קובץ ה- Script והזן את שם המשתמש והסיסמה כדי להיכנס.
  2. לחץ על הוסף משתתף חדש, בחר את הסוג והמגדר של המשתתף והזן את שם המשתתף, הגיל וזמן התרגול בדף המוקפץ; לחץ על שלח כדי לסיים להוסיף משתתף חדש.
  3. לחץ על הוסף רשומה חדשה המתאימה למשתתף החדש שנוסף בדף הרשימה, ולאחר מכן הזן את שם התיקיה המכיל את קבצי הנתונים שהועלו של תוכנת לכידת התנועה וניתוח ובחר את תאריך הפעולה; לחץ על שלח כדי להמשיך.
  4. לחץ על ניתוח המתאים לרשומת הפעולה החדשה שנוספה, ולאחר מכן בחר מיומנות ולחץ על שלח. קובץ ה- Script יזהה ויציג את כל הסמלים והאבוסים החוקיים לסקירה ידנית.
    הערה: ניתן לבחור מחדש סמל או שוקת מסוימים באופן ידני ברשימה הנפתחת המתאימה אם קובץ ה- Script מזהה אותו באופן שגוי. בהתבסס על פסגות ואבוסים אלה, הערכים הממוצעים של משרעת ומהירויות לאורך שלושה צירים של כל נקודת מעקב וזמן ההפעלה של הרמה, דחיפה, סיבוב שמאלה ופעולות ימניות מסתובבות יכולים להיות מחושבים ומוצגים על ידי התסריט. שיטת החישוב של פרמטרים אלה מוצגת באיור 3.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

לאחר הקמת שיטה ניסיונית זו, מיומנויות הרמה-דחף וסיבוב של AM בסיסי של 19 מורים דיקור מבית הספר של דיקור סיני-Moxibustion ו Tuina של אוניברסיטת שנחאי של TCM נמדדו באמצעות מעקב תנועה 3D. על פי ההגדרה של מערכת קואורדינטות משותפת (JCS) עבור הכתף, המרפק, פרק כף היד והיד שהוצעו על ידי ועדת התקינה והטרמינולוגיה (STC) של האגודה הבינלאומית לביומכניקה21, נבחרו שבע נקודות מעקב אצבע. תצוגת המקל שנוצרת על ידי תוכנת לכידת התנועה וניתוח בהתבסס על המיקום האנטומי של נקודות אלה מוצגת באיור 2B. עקומות זמן הקואורדינטות הטיפוסיות לאורך שלושה צירים של כל נקודה מוצגות באיור 4, ושני סרטונים של מיומנויות הרמה-דחיפה וסיבוב עם תצוגת מקל (וידאו 1 ווידאו 2).

כפי שניתן לראות באיור 4C,E, בגלל משרעת התנועה המינימלית לאורך צירי התנועה העיקריים במהלך כישורים שונים (ציר Z של מיומנות דחף הרמה וציר ה- Y של מיומנות סיבוב) של מפרק פרק כף היד (WJ) ניתן לתקן, ונראה כי התנועה מתרחשת מהאגודל והאצבע המורה. לכן, הנתונים של שש הנקודות האחרות יוצאו על ידי תוכנת לכידת התנועה וניתוח לניתוח קינמטי נוסף של AM. לאחר ניתוח נתונים, הערכים הממוצעים של משרעת ומהירות לאורך שלושה צירים וזמן ההפעלה של הפעולה "הרמה", "דחף", "סיבוב שמאלה" ו "מסתובב ימינה" של כל נקודת מעקב באצבעות חושבו והוצגו בטבלה 2, טבלה 3 וטבלה 4.

בנוסף, תנועת האצבע של המשתתפים הייתה גם במעקב כאשר הם ביצעו AM על ATP-II. הנתונים הנגזרים מ- ATP-II הושוו לנתונים שיוצאו על ידי תוכנת לכידת וניתוח התנועה. התוצאות מראות כי הצורה של עקומת הקואורדינטות-זמן של TT לאורך ציר Z הייתה דומה לעקומת זמן המתח שנוצרה על ידי ATP-II במהלך מיומנות ההרמה-דחף. בינתיים, במהלך המיומנות המסתובבת, הצורה של עקומת זמן המשרעת לאורך ציר ה- Y של TT הייתה דומה גם לעקומת זמן המתח של ATP-II. יתר על כן, לאחר החישוב, מחזורי ההפעלה הממוצעים של שני סוגי העקומות הללו היו זהים במהותם (איור 5).

Figure 1
איור 1: מיקומי מצלמה ומיקום מסגרת כיול תלת-ממדית. (א) מיקומן של שלוש מצלמות. (B) תצוגה קדמית של מסגרת כיול תלת-ממדי. (ג) תצוגה עליונה של מסגרת כיול תלת-ממדית. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: מיקומם של סמני המעקב ותצוגת המקל שלהם. (א) מיקומם של סמני המעקב בהישג יד. (ב) תצוגת המקל שנוצרה על-ידי תוכנת לכידת התנועה וניתוח בהתבסס על המיקומים האנטומיים של נקודות אלה. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: דיאגרמה סכמטית של שיטת חישוב של פרמטרים קינמטיים. ניתן לחשב את המשרעת והמהירות הממוצעת על סמך פסגת העקומה ומיקום השוקת. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: עקומות אופייניות של זמן קואורדינטות במהלך הרמה-דחף ומיומנויות סיבוב. (A,B,C) עקומות הקואורדינטות-זמן הטיפוסיות לאורך ציר X, Y-, Z של כל נקודת מעקב במהלך מיומנות ההרמה-דחיפה, בהתאמה. (ד, ה,פ) הקימורים עם אותן הגדרות של מיומנות הרמה-דחיפה במהלך מיומנות סיבוב. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: השוואת העקומות שנוצרו על-ידי ATP-II ותוכנות לכידת וניתוח תנועה. (א) תנועות אצבע של המשתתפים היו במעקב כאשר הם ביצעו AM על ATP-II. (B) עקומת זמן המתח של ATP-II במהלך מיומנות ההרמה-דחף. (ג) עקומת זמן הקואורדינטות לאורך ציר ה- Z של TT במהלך מיומנות ההרמה-דחיפה. (D) עקומת זמן המתח של ATP-II במהלך מיומנות סיבוב. (ה) עקומת זמן הקואורדינטות לאורך ציר ה- Y של TT במהלך מיומנות סיבוב. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

טבלה 1: תיאום פרמטרים של נקודות הכיול. ערכי הקואורדינטות של שלושה צירים של שמונה נקודות כיול. לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.

טבלה 2: נתוני Kinematics של כל נקודת מעקב במהלך מיומנות ההרמה-דחף. הערכים הממוצעים של משרעת ומהירות לאורך שלושה צירים של כל נקודת מעקב על דמויות במהלך מיומנות ההרמה-דחיפה. לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.

טבלה 3: נתוני Kinematics של כל נקודת מעקב במהלך מיומנות סיבוב. הערכים הממוצעים של משרעת ומהירות לאורך שלושה צירים של כל נקודת מעקב על דמויות במהלך מיומנות מסתובבת. לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.

טבלה 4: זמן הפעלה במהלך הרמת דחף וסיבוב מיומנויות הערכים הממוצעים של זמן הפעלה בתהליכי הרמה, דחיפה, סיבוב שמאלה ופעולות ימניות מסתובבות אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.

וידאו 1: הרמת מיומנות דחף. (למעלה משמאל) מבט המקל של היד. (למעלה מימין, שמאל תחתון, למטה מימין) העקומה הדינמית האופיינית של זמן הקואורדינטות לאורך ציר X, Y-, Z של כל נקודת מעקב במהלך מיומנות ההרמה-דחיפה אנא לחץ כאן כדי להוריד את הווידאו הזה.

וידאו 2: מיומנות סיבוב: תצוגת המקל של היד ועיקולים דינמיים טיפוסיים של זמן קואורדינטות עם אותן הגדרות כמו וידאו 1 במהלך המיומנות המסתובבת. אנא לחץ כאן כדי להוריד וידאו זה.

קובץ משלים 1: הוראות סינכרון וידאו. צילומי מסך ושלבים של הוראות סינכרון וידאו של תוכנת עריכת הווידאו המשמשת במחקר זה. נא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

מחקר זה ביסס את שיטת המדידה של הפרמטרים הקינמטיים של AM in vivo וקיבל את הנתונים של משרעת תנועה, מהירות וזמן פעולה של שש נקודות המעקב החשובות על האגודל והאצבע לאורך שלושה צירים. בינתיים, בהתבסס על מסגרת הכיול התלת-ממדית, נוצרו תצוגת מקל תלת-ממדית ואנימציה מתאימה של האגודל והאצבע במהלך הצורך. תנועת האגודל והאצבע של AM יכולה להיות מוצגת במלואה עם ההפעלה הסינכרונית של עקומת פרמטר קינמית ואנימציית מקל, אשר יכול לעזור לחוקרים לחקור את מאפייני התנועה ולהשוות את הדמיון וההבדלים של מיומנויות AM שונות.

לאורך כל התהליך הניסיוני, ניתן לסכם כמה צעדים קריטיים המשפיעים על תוצאות הניתוח- תחילה, תצורת הסביבה הניסיונית. הטמפרטורה המומלצת של הסביבה הניסיונית היא קבועה 22-25 מעלות צלזיוס, ולחות יחסית היא כ -60% ללא זרימת אוויר ברורה בחדר. בינתיים, אין רעש חזק והפרעות מקור אלקטרומגנטי בסביבה שמסביב. שנית, מיקומי המצלמה והחצובה. בתהליך של מעקב תנועה, כל נקודות המעקב צריכות להיות מתועדות על ידי כל המצלמות כדי לקבל נתונים מדויקים. לכן, מיקום מצלמה סביר הוא המפתח להפחתת שגיאות ניסיוניות. יתר על כן, יש להתאים את החצובה לגובה מתאים (גבוה יותר מהשולחן ולוודא שניתן להקליט בבירור את המכשירים הניסיוניים על השולחן ואת ידו של המשתתף). שלישית, כיול ומעקב תנועה אוטומטי. כל נתוני הניתוח מחושבים בהתבסס על המיקום של כל נקודת מעקב במערכת הכיול התלת-ממדית בכל מסגרת של סרטון התנועה; לכן, כיול מוצלח ומעקב אוטומטי אחר כל נקודה הם תנאים מוקדמים לביצוע חישובים. לבסוף, זיהוי של פסגות ואבוסים. האינדיקטורים הטכניים של AM יכולים להיות מחושבים על ידי מיקום של פסגות ואבוסים בכל מחזור. בפרוטוקול זה, שלבי הזיהוי האוטומטי והסקירה הידנית נועדו להבטיח את הדיוק של הנתונים הניסיוניים.

על מנת ליישם את טכנולוגיית מעקב התנועה התלת-ממדית על הניתוח הקינמטי של AM, בוצעו שני שינויים בטכנולוגיה זו הנפוצה במפרקים הגדולים של הגפיים האנושיות. ראשית, ההתאמה האישית של מסגרת כיול תלת-ממדית קטנה לאצבעות. מסגרת כיול תלת-ממדית בגודל 15×15×15 ס"מ הותאמה אישית לשיפור דיוק המדידה של תנועות האצבעות. באמצעות סריקת לייזר תלת-ממדית, דיוק הכיול של המסגרת הוא 0.01 מ"מ. שנית, הקמת אינדיקטורים טכניים של AM ושיטות חישוב קשורות. על פי מאפייני התנועה של AM והנתונים הגולמיים המיוצאים על ידי מערכת מעקב התנועה, נקבעו שלושה אינדיקטורים טכניים, "משרעת, מהירות וזמן" לאורך שלושה צירים עבור כל נקודת מעקב אחר אצבעות. פרמטרים אלה יכולים להיות מחושבים על ידי סקריפט PHP בהתבסס על זיהוי נקודת ההטיה של עקומת זמן הקואורדינטות. ניתן לזהות את הפסגות והשפלים האפשריים על פי הביטוי הלוגי (1) ו- (2), בהתאמה.

Equation 1(1)
Equation 2(2)

כאשר dc, dt ו- dt2 הם ההבחנות של ערך הקואורדינטות, הזמן והזמן בריבוע, d2c הוא ההבחנה הריבועית של הקואורדינטות. על פי תוצאות הבדיקה של נתוני מדגם ניסיוני, נקבעו שני סוגים של סף לאימות תוקפם של פסגות ואבוסים אלה. סף הזמן הוא 80% ממחזור ההפעלה הממוצע, סף הפסגה והשפל הם 75% ו -25% מהמשרעת התפעולית המרבית. לאחר חציית כל הפסגות והאבוסים, הפסגה שזמן ההפסקה שלה מהפסגה הקודמת גדול מסף הזמן וערך הקואורדינטות גדול מסף הפסגה מזוהה כפסגה חוקית. השוקת שזמן המרווח שלה מהפסגה הקודמת גדול מסף הזמן וערך הקואורדינטות קטן מסף השוקת מזוהה כשוקת חוקית. אמנם, ברוב המקרים, פסגות שוקת ניתן לזהות באופן אוטומטי, יש עדיין כמה מקרים שיש להתאים באופן ידני. לכן, כמגבלה העיקרית של פתרון זה, יש לשפר את אלגוריתם הזיהוי בעבודה עתידית. הניתוח הראשוני של הנתונים הניסיוניים הראה כי משרעת התנועה והמהירות של מפרקי MCP היו הקטנים ביותר, והפרמטרים הקשורים של מפרקי IP או PIP וקצות האצבעות היו גדולים וגדולים יותר, בהתאמה. יתר על כן, גוף המחט היה מונע על ידי התנועה האנכית או המשיק של קצות האצבעות לנוע למעלה ולמטה או לסובב על ציר קבוע. לסיכום, AM הוא סוג של תנועה קצבית המבוצעת על ידי קצות האצבעות המונעים על ידי מפרקי MCP של האגודל והאצבע. יתר על כן, לא משנה באיזו מיומנות AM נעשה שימוש, טווח מסוים של תנועה התרחש לאורך שלושה צירים בכל נקודות המעקב, מה שמצביע על כך שבמהלך פעולת מיומנות ההרמה-דחף, אם כי קצות האצבעות נעות בעיקר בכיוון האנכי, הוא עדיין מלווה בתנועה מצמידה משיקה, ומיומנות הסיבוב המבוססת על משיק מלווה גם בתנועה מצמדית אנכית. תוצאות אלה מצביעות על כך ש- AM אינה תנועה פשוטה של ציר יחיד.

בדומה למחקרים אחרים המשתמשים בטכנולוגיה זו כדי לנתח תנועת אצבעות, טכנולוגיית מעקב התנועה בפרוטוקול זה מספקת גם נתונים קינמטיים תלת-ציריים של מפרקי אצבע בדיוק גבוה22. עם זאת, בוצע ניתוח משני של נתונים גולמיים על פי מאפייני המיומנות של AM, ואינדיקטורים טכניים מתאימים נקבעו בפרוטוקול זה לניתוח השוואתי נוסף. יתר על כן, בהשוואה למכשירי מעקב תנועה ידניים ניידים, קלים לשימוש ובעלות נמוכה כגון Leap Motion, ניתוח מעקב תנועה מבוסס סמן סטנדרטי יש את היתרונות של דיוק גבוה יותר וטווח יישומים רחב יותר23,24. בהשוואה למכשיר הניתוח המסורתי AM ATP-II, עקומת זמן המשרעת לאורך ציר התנועה הראשי הנגזר מניתוח מעקב תנועה ועקומת המתח-זמן הנגזרת מ- ATP-II יש התאמה משמעותית באותה מיומנות AM. יתר על כן, מחזורי ההפעלה שחושבו על ידי שתי שיטות המדידה היו גם עקביים יחסית. תוצאות אלה הראו כי שיטה ניסיונית זו יכולה לא רק לשקף מאפייני מיומנות דומים לאלה של ATP-II, אלא גם לספק פרמטרים קינמטיים יותר לאורך שלושה צירים של נקודות מעקב מרובות, אשר לא ניתן למדוד על ידי טכנולוגיה ניסיונית קודמת.

שיטה ניסיונית זו מספקת דרך יעילה לניתוח תנועות מסובכות של אצבעות המעורבות ב- AM. יש לו פוטנציאל גדול עבור יישומים עתידיים. ראשית, המחקר של יחסי אפקט המינון של דיקור סיני. טכנולוגיית מעקב אחר תנועות אצבע תלת-ממדית מספקת פתרון לקביעת כמות הגירוי של דיקור ידני וניתן להשתמש בה לביצוע מחקרים כגון ניתוח המתאם בין מהירות, משרעת ואפקט טיפולי, כדי לספק תמיכה נוספת בנתונים מדעיים ליישום הקליני של דיקור סיני. שנית, ההערכה הכמותית והמשוב להוראה ולמידה של AM. התוצאות מניתוח נתונים בשילוב עם המשוב המילולי של המורה יכולות לעזור ללומדים להתאים את פעולות האצבעות שלהם ולהפחית את העומס הקוגניטיבי222,25. מחקרים קודמים השתמשו בנתונים המסופקים על ידי טכנולוגיית מעקב תנועה תלת-ממדית כדי לשפר את ההשפעה של למידה של מיומנויות מוטוריות, כגון זריקת יתר חוזרת ונשנית של 26 וביצועים מוזיקליים27,28. כמה דוחות הראו גם כי מיומנויות רפואיות כגון קולונוסקופיה29, לפרוסקופיק30, ארתרוסקופ31 ואנדוסקופ אחר32,33 יכול להיות משופר גם עם טכנולוגיה זו. ומחקר אחר הציע כי השתקפות עצמית מבוססת וידאו ודיון עם לומדים העוסקים ברמה קוגניטיבית גבוהה יותר מאשר משוב תיאורי סטנדרטי34. שלישית, המדידה והשימור של הדיקורים המפורסמים AM. מכיוון שכל ה- AM נאסף, מוקלט ומנותח על סמך סרטוני תנועה המאוחסנים במסד הנתונים, ניתן לעיין בסרטונים אלה ובנתונים הרלוונטיים של AM על ידי חוקרים בכל עת ללמידה נוספת וירושה.

הקמת שיטה ניסיונית זו פותחת דרך חדשה למחקר הכמותי של AM. בעתיד, ניתן ליישם יותר עמדות מצלמה, עדשות בחדות גבוהה יותר ומסגרות כיול דיוק גבוהות יותר כדי לשפר עוד יותר את דיוק הנתונים ולחפור אינדיקטורים טכניים משמעותיים יותר כדי לספק התייחסות רבה יותר לנתונים עבור היישום הקליני, השכלה וקידום דיקור סיני.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מספר מענק. 82174506).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3D calibration frame Any brand 15 x 15 x 15 cm
Acupuncture needles Suzhou Medical Appliance Factory 0.35 x 40 mm
Double-sided tape Any brand Round, 1 cm-diameter
Reflective balls Simi Reality Motion Systems GmbH 6.5 mm-diameter
SD card Western Digital Corporation SDXC UHS-I
SD card reader UGREEN Group Limited USB 3.0
Simi Motion Simi Reality Motion Systems GmbH Ver.8.5.15
Swab Any brand The volume fraction of ethanol is 70%-80%
Three cameras Victor Company of Japan, Limited JVC GC-PX100BAC
Three tripods Any brand

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Xu, G., et al. Effect of different twirling and rotating acupuncture manipulation techniques on the blood flow perfusion at acupoints. Journal of Traditional Chinese Medicine. 39 (5), 730-739 (2019).
  2. Lan, K. C., et al. Effects of the New Lift-Thrust Operation in Laser Acupuncture Investigated by Thermal Imaging. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine. 2019 (2), 1-8 (2019).
  3. Zhang, L., et al. Effects of acupuncture with needle manipulation at different frequencies for patients with hypertension: Result of a 24- week clinical observation. Complementary Therapies in Medicine. 45, 142-148 (2019).
  4. Sun, N., et al. Correlation between acupuncture dose and effectiveness in the treatment of knee osteoarthritis: a systematic review. Acupuncture in Medicine. 37 (5), 261-267 (2019).
  5. Choi, Y. J., Lee, J. E., Moon, W. K., Cho, S. H. Does the effect of acupuncture depend on needling sensation and manipulation. Complementary Therapies in Medicine. 21 (3), 207-214 (2013).
  6. Park, Y. J., Lee, J. M. Effect of acupuncture intervention and manipulation types on poststroke dysarthria: A systematic review and meta-analysis. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine. 2020, 4981945 (2020).
  7. Yang, N. N., Ma, S. M., Yang, J. W., Li, T. R., Liu, C. Z. Standardizing therapeutic parameters of acupuncture in vascular dementia rats. Brain and Behavior. 10 (10), 01781 (2020).
  8. Lyu, R., Gao, M., Yang, H., Wen, Z., Tang, W. Stimulation parameters of manual acupuncture and their measurement. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine. 2019, 1725936 (2019).
  9. Li, J., Grierson, L. E., Wu, M. X., Breuer, R., Carnahan, H. Perceptual motor features of expert acupuncture lifting-thrusting skills. Acupuncture in Medicine. 31 (2), 172-177 (2013).
  10. Xuemin, S., et al. Application of Twirling Replenishing and Reducing Technique and Its Quantitative Concept. Chinese Medical Journal. 05, 16-17 (1987).
  11. Guxing, Development of teaching test apparatus for acupuncture manipulations in TCM. Chinese Acupuncture & Moxibustion. 21 (4), 229 (2001).
  12. Liu, T. Y., Yang, H. Y., Li, X. J., Kuai, L., Gao, M. Exploitation and application of acupuncture manipulation information analysis system. Zhen Ci Yan Jiu. 33 (5), 330-333 (2008).
  13. Leow, M. Q., Cao, T., Cui, S. L., Tay, S. C. Quantifying needle motion during acupuncture: implications for education and future research. Acupuncture in Medicine. 34 (6), 482-484 (2016).
  14. Sun, L. Research on Acupuncture Information Transmission and Quantification System. , Tianjing University. China. Master thesis (2005).
  15. Tang, W. C., Yang, H. Y., Liu, T. Y., Gao, M., Xu, G. Motion video-based quantitative analysis of the 'lifting-thrusting' method: a comparison between teachers and students of acupuncture. Acupuncture in Medicine. 36 (1), 21-28 (2018).
  16. Zhang, A., Yan, X. K., Liu, A. G. An Introduction to a newly-developed “Acupuncture Needle Manipulation Training-evaluation System” based on optical motion capture technique. Acupuncture Research. 41 (6), 556-559 (2016).
  17. Zhang, A., Yan, X. K., Liu, A. G. An Introduction to A Newly-developed “Acupuncture Needle Manipulation Training-evaluation System” [Based on Optical Motion Capture Techniqu]. Zhen Ci Yan Jiu. 41 (6), 556-559 (2016).
  18. Yang, P., Sun, X. W., Ma, Y. K., Zhang, C. X., Zhang, W. G. Quantitative research on acupuncture manipulation based on video motion capture. Medical Biomechanics. 31 (2), 154-159 (2016).
  19. Wang, F. C., Ma, T. M. Acupuncture and Moxibustion Techniques and Manipulations, 4 end. , Traditional Chinese Medicine publishing co. 31-34 (2016).
  20. Tang, W. C., Xu, L. L., Wang, B. G., Wang, F., Yang, H. Y. Acupuncture Manipulation Analysis (AMA) Version 1.1. , Available from: https://github.com/SHUTCM-tcme/AMA (2021).
  21. Wu, G., et al. ISB recommendation on definitions of joint coordinate systems of various joints for the reporting of human joint motion--Part II: shoulder, elbow, wrist and hand. Journal of Biomechanics. 38 (5), 981-992 (2005).
  22. Metcalf, C. D., Notley, S. V., Chappell, P. H., Burridge, J. H., Yule, V. T. Validation and application of a computational model for wrist and hand movements using surface markers. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 55 (3), 1199-1210 (2008).
  23. Ganguly, A., Rashidi, G., Mombaur, K. Comparison of the performance of the leap motion controller(tm) with a standard marker-based motion capture system. Sensors (Basel). 21 (5), (2021).
  24. Cecilio-Fernandes, D., Cnossen, F., Coster, J., Jaarsma, A. D. C., Tio, R. A. The effects of expert and augmented feedback on learning a complex medical skill. Perceptual and Motor Skills. 127 (4), 766-784 (2020).
  25. Asadipour, A., Debattista, K., Chalmers, A. Visuohaptic augmented feedback for enhancing motor skills acquisition. The Visual Computer. 33 (4), 401-411 (2017).
  26. Ozkaya, G., et al. Three-dimensional motion capture data during repetitive overarm throwing practice. Scientific Data. 5, 180272 (2018).
  27. Maidhof, C., Kastner, T., Makkonen, T. Combining EEG, MIDI, and motion capture techniques for investigating musical performance. Behavior Research Methods. 46 (1), 185-195 (2014).
  28. Turner, C., Visentin, P., Oye, D., Rathwell, S., Shan, G. Pursuing artful movement science in music performance: single subject motor analysis with two elite pianists. Perceptual and Motor Skills. 128 (3), 1252-1274 (2021).
  29. Holden, M. S., et al. Objective assessment of colonoscope manipulation skills in colonoscopy training. International Journal for Computer Assisted Radiology and Surgery. 13 (1), 105-114 (2018).
  30. Oquendo, Y. A., Riddle, E. W., Hiller, D., Blinman, T. A., Kuchenbecker, K. J. Automatically rating trainee skill at a pediatric laparoscopic suturing task. Surgical Endoscopy. 32 (4), 1840-1857 (2018).
  31. Kwak, J. M., et al. Improvement of arthroscopic surgical performance using a new wide-angle arthroscope in the surgical training. PLoS One. 14 (3), 0203578 (2019).
  32. Zhenzhu, L., et al. Feasibility study of the low-cost motion tracking system for assessing endoscope holding skills. World Neurosurgery. 140, 312-319 (2020).
  33. Sakakura, Y., et al. Biomechanical profiles of tracheal intubation: a mannequin-based study to make an objective assessment of clinical skills by expert anesthesiologists and novice residents. BMC Medical Education. 18 (1), 293 (2018).
  34. Hunukumbure, A. D., Smith, S. F., Das, S. Holistic feedback approach with video and peer discussion under teacher supervision. BMC Medical Education. 17 (1), 179 (2017).

Tags

רפואה גיליון 176
מעקב אחר תנועת אצבע תלת מימדית במהלך הצורך: פתרון לניתוח קינמטי של מניפולציה בדיקור סיני
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Xu, L. L., Wang, F., Yang, H. Y.,… More

Xu, L. L., Wang, F., Yang, H. Y., Tang, W. C. Three-Dimensional Finger Motion Tracking during Needling: A Solution for the Kinematic Analysis of Acupuncture Manipulation. J. Vis. Exp. (176), e62750, doi:10.3791/62750 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter