针刺过程中的三维手指运动跟踪:针灸操作运动学分析的解决方案
October 28th, 2021
该实验方法描述了一种利用三维手指运动跟踪技术进行针灸操作运动学分析的解决方案。
众所周知，针灸操作是针灸治疗的重要基础。针灸操作的定量分析可为其临床应用提供数据支持。这种运动方法的建立是基于三维运动跟踪技术。
它为针灸操作的定量研究开辟了一条新途径。该实验方法为人工针灸的刺激量测定和针灸操作的教学和学习的定量评价提供了解决方案。首先，取七个直径为6.5毫米的反光球，以附着在参与者的握针手上。
在尺骨和桡骨茎的中点处附着一个球，定义为腕关节的跟踪点，在掌指关节处附着一个球，定义为拇指底关节的跟踪点，在指间关节处附着一个球，定义为拇指尖的跟踪点，在缩略图的中心附加一个球，定义为拇指尖的跟踪点。接下来，在定义为追踪点食指基关节的掌指关节处附着一个球。在前指间关节的近端连接一个球，定义为追踪点食指中关节，在前指甲中心连接一个球，定义为追踪点食指尖端。
对于 3D 校准，请在手术台上放置一个带有 8 个点的小型 3D 校准框架。在拍摄校准帧的视频至少八秒钟后，从表中移除移动帧。指导参与者对志愿者的针灸关节LI11进行针灸操作，包括举起推力和旋转技能，以控制针头上下移动并用拇指和食指旋转。
接下来，将视频从相机导出到计算机的指定磁盘，并将相机中的3D校准视频重命名为ca-1.mp4。同样，重命名相机二和三的视频。同步视频编辑软件中的所有操作视频，并将其导出为升降推力-1。
avi， 提升-推力-2.avi，提升推力-3。avi， twirling-1.
狂热，旋转-2。avi，和旋转-3。分别是阿维。
打开运动捕捉分析软件，然后选择创建新项目。设置项目名称和项目标签，单击创建并保存，将项目保存在指定的磁盘中。选择后跟点的规范，然后选择右侧并将跟踪点从预定义点框拖动到已用点框中。
单击关闭按钮继续。接下来，选择规范，然后选择连接，然后单击新连接并输入连接名称作为前指 III 右侧。选择食指中间关节右侧作为起点，选择食指尖端作为同一窗口中的线两点。
单击"应用并关闭"按钮以完成连接的建立。要添加新的摄像机组，请右键单击摄像机，然后选择添加摄像机组。然后，再次右键单击摄像机，选择"重命名"以将摄像机组分别重命名为提升推力摄像机组和旋转摄像机组。
右键单击提升推力摄像机组，选择添加摄像机，然后在跟踪框中单击选择文件按钮。然后点击打开的现有文件，选择提升-推力-1的操作视频。avi在下一个窗口中，然后单击应用以完成视频导入。
同样，导入相应的校准视频 ca-1。mp4 通过单击 3D 校准框中的选择文件，然后继续导入其他操作和相应的校准视频。接下来，将旋转技能和校准视频导入到旋转摄像机组中，类似于提升推力摄像机组中的视频导入。
对于每个摄像机的 3D 校准，请展开提升-推力摄像机组，右键单击提升-推力 1，然后选择属性。在 3D 校准框中，单击 3D 校准按钮，然后输入描述并通过单击添加点按钮八次添加八个点。根据校准参数为每个点设置名称和对应的 XYZ 值，然后单击应用。
配置完所有点后，单击校准视频的每个端点以完成 3D 校准，然后同样完成同一组中其他摄像机和旋转摄像机组中摄像机的 3D 校准。对于 3D 手指运动跟踪，请右键单击提升推力摄像机组，选择 3D 跟踪，选择所有摄像机，然后单击确定以打开 3D 跟踪窗口。使用与所有摄像机的所有点匹配的图案设置轨迹，并手动单击第一帧中的所有跟踪点。
单击自动搜索按钮以逐帧启动自动3D跟踪。同样，完成旋转相机组的运动跟踪。要导出数据，请右键单击提升推力相机组，选择新的 3D 计算，选择所有相机，连续检查更新数据并将数据显式存储在文件中并创建 3D 数据窗口，然后单击确定继续。
接下来，右键单击文件夹升降推力相机组3D坐标，选择导出以打开导出窗口，并检查列标题，跟踪名称，开始时间和频率，第一列中的时间信息X，Y，Z，VX，VY，VZ参数。单击导出按钮以导出具有自定义名称的数据文件，并以相同的方式导出旋转摄像机组数据文件。在本研究中，在提升-推力和旋转技能期间，记录了沿每个点的三个轴的典型坐标时间曲线。
对实验资料的初步分析表明，掌指关节的运动、振幅和速度参数在指间关节中最小、较大，在近端指间关节中最大。由于运动最小，腕关节不同技能期间沿主运动轴的振幅可以固定，并且运动似乎是从拇指和食指发生的。通过对比ATP2获得的数据和动作捕捉分析软件导出的数据，发现TT沿z轴的坐标时间曲线的形状与ATP2在提升推力技能中产生的电压时间曲线相似。
同时，在旋转技巧中，沿TT y轴的幅值时间曲线的形状也与ATP2的电压时间曲线相似，两类曲线的平均工作周期相同。在运动跟踪过程中，应正确识别所有跟踪点，以获得高精度数据。建议使用图案匹配算法进行自动3D跟踪以快速定位点。
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概述
这种实验方法描述了一种利用三维手指运动跟踪技术进行针刺操作运动学分析的解决方案。这种方法促进了针刺操作的定量研究，提高了其临床应用。
关键研究组成部分
科学领域
- 针灸
- 运动跟踪技术
- 定量分析
背景
- 针刺操作是针灸治疗的基础。
- 定量分析为临床应用提供数据支持。
- 此分析使用了三维运动跟踪技术。
- 这种方法有助于评估手动针刺技术。
研究目的
- 建立针刺操作的运动方法。
- 确定手动针刺的刺激量。
- 定量评估针灸技术的教学和学习。
使用的方法
- 在参与者的持针手上附加七个反光球。
- 利用三维运动跟踪技术。
- 对针刺操作期间的手指运动进行定量分析。
- 收集数据以支持临床应用。
主要结果
- 建立了一种可靠的运动学分析方法。
- 增强了对针刺操作技术的理解。
- 为临床应用提供了定量数据。
- 支持针灸方法的教学和学习。
结论
- 这种方法为针灸研究开辟了新的途径。
- 定量分析可以改善临床实践。
- 三维跟踪技术对此目的有效。
常见问题
Executive Industry Relevance
Three-dimensional finger motion tracking enables quantitative kinematic analysis of manual procedures, supporting objective assessment and standardization in skill-based interventions. For biopharma R&D, such quantitative motion capture provides reproducible metrics that can inform translational research, training, and mechanistic de-risking of manual therapeutic techniques. This capability strengthens predictive confidence and supports portfolio decisions where manual skill variability impacts experimental or therapeutic outcomes.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Quantitative motion tracking clarifies the biomechanical basis of manual interventions for hypothesis testing.
- Objective kinematic parameters enable mechanistic de-risking of operator-dependent procedures.
- Standardized metrics support reproducible target validation in disease-relevant models.
Screening & Assay Development
- Validated motion capture systems prepare manual procedures for integration into quantitative assay workflows.
- Reproducible amplitude, velocity, and timing outputs enable assay standardization and cross-operator comparability.
- Quantitative data facilitate reliable evaluation of intervention-dependent biological responses.
Translational & Preclinical Research
- Kinematic analysis aligns manual intervention parameters with translational biomarker studies.
- Quantitative outputs support continuity from discovery through preclinical validation where manual skills are a variable.
- Objective measurement reduces ambiguity in cross-study and cross-site comparisons.
Pipeline & Workflow Integration
This method positions quantitative motion tracking at the interface of discovery biology, assay development, and translational research for manual interventions.
- Discovery Biology: Enables hypothesis-driven analysis of manual technique effects on biological systems.
- Screening: Provides reproducible, quantitative outputs for integration into screening and validation workflows.
- Analytics: Delivers time-resolved amplitude and velocity data for robust statistical comparison across conditions.
- Translational Research: Supports alignment of manual intervention parameters with preclinical and biomarker endpoints.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for quantitative assessment of manual skills across therapeutic areas.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in manual interventions.
- Operational Value: Enables standardization, reproducibility, and scalability of skill-based procedures.
- Strategic Value: Supports informed go/no-go decisions and reduces late-stage risk from operator variability.
- Portfolio Impact: Facilitates risk-adjusted prioritization of programs involving manual techniques.
Implementation Considerations
- Requires expertise in motion capture technology and kinematic data analysis.
- Needs multi-camera systems, reflective markers, and specialized analysis software.
- Demands rigorous cross-team standardization of tracking protocols and calibration.
- Adaptation may be needed for different manual procedures or anatomical sites.
- High-precision tracking depends on correct marker placement and algorithmic accuracy.
