Waiting
Procesando inicio de sesión ...

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

Medicine

تتبع حركة الإصبع ثلاثي الأبعاد أثناء الإبر: حل للتحليل الحركي للتلاعب بالوخز بالإبر

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

تصف هذه الطريقة التجريبية حلا للتحليل الحركي للتلاعب بالوخز بالإبر باستخدام تقنية تتبع حركة الإصبع ثلاثية الأبعاد.

Abstract

تم استخدام تتبع الحركة ثلاثي الأبعاد (3D) في العديد من المجالات ، مثل أبحاث الرياضة والمهارات الطبية. تهدف هذه التجربة إلى استخدام تقنية تتبع الحركة 3D لقياس المعلمات الحركية لمفاصل الأصابع أثناء التلاعب بالوخز بالإبر (AM) وإنشاء ثلاثة مؤشرات فنية "السعة والسرعة والوقت". يمكن أن تعكس هذه الطريقة خصائص تشغيل AM وتوفر معلمات كمية على طول ثلاثة محاور لمفاصل أصابع متعددة. تظهر الأدلة الحالية أن هذه الطريقة لديها إمكانات كبيرة للتطبيقات المستقبلية مثل دراسة العلاقة بين الجرعة والتأثير للوخز بالإبر ، وتعليم وتعلم AM ، وقياس والحفاظ على AM للوخز بالإبر الشهيرة.

Introduction

كنوع من المهارات السريرية للطب الصيني التقليدي (TCM) والتحفيز البدني ، غالبا ما يعتبر التلاعب بالوخز بالإبر (AM) عاملا مهما يؤثر على التأثير العلاجي للوخز بالإبر1,2. أكدت العديد من الدراسات أن AM المختلفة أو معلمات التحفيز المختلفة (سرعة الإبرة ، السعة ، التردد ، إلخ) لنفس AM أدت إلى تأثيرات علاجية مختلفة3،4،5،6،7. لذلك ، يمكن أن يوفر قياس المعلمات الحركية ذات الصلة ل AM وتحليل الارتباط مع التأثير العلاجي دعما مفيدا للبيانات ومرجعا للعلاج السريري بالوخز بالإبر8,9.

بدأ قياس المعلمات الحركية ل AM في 1980s10. في الأيام الأولى ، تم استخدام تقنية تحويل الإشارة الكهربائية القائمة على المقاومة المتغيرة بشكل أساسي لتحويل إشارة الإزاحة لجسم الإبرة إلى إشارة جهد أو تيار لعرض وتسجيل بيانات السعة والتردد الخاصة ب AM11. علاوة على ذلك ، تم استخدام اختبار تقنية الوخز بالإبر الصيني ATP-II الشهير ATP-II (ATP-II) مع هذه التكنولوجيا حاليا من قبل العديد من جامعات الطب الصيني التقليدي في الصين12. بعد ذلك ، مع التطوير المستمر والابتكار في تكنولوجيا الاستشعار ، تم استخدام أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار لجمع المعلمات الحركية ل AM. فعلى سبيل المثال، تم توصيل مستشعر الحركة الكهرومغناطيسية للمحاور الثلاثة بمقبض الإبرة للحصول على سعة الإبرة وسرعتها13؛ تم وضع مستشعر الإشارة الكهروحيوي على القرن الظهري للحبل الشوكي للحيوان لتسجيل تردد الإبر14 ، إلخ. على الرغم من أن البحث الكمي ل AM استنادا إلى النوعين المذكورين أعلاه من التقنيات قد أكمل اكتساب المعلمات الحركية ذات الصلة أثناء الإبرة ، إلا أن عيوبه الرئيسية هي عدم القدرة على إجراء القياس غير الغازي في الوقت الفعلي وتغيير الشعور التشغيلي الناجم عن تعديل جسم الإبرة.

في السنوات الأخيرة ، تم تطبيق تقنية تتبع الحركة تدريجيا على البحث الكمي ل AM15,16. نظرا لأنه يعتمد على تحليل كل إطار على حدة لفيديو الإبرة ، يمكن الحصول على قياس معلمات الوخز بالإبر أثناء التشغيل في الجسم الحي دون تعديل جسم الإبرة. تم استخدام هذه التقنية لقياس المعلمات الحركية مثل السعة والسرعة والتسارع والتردد لأربع نقاط تتبع من الإبهام والسبابة أثناء الإبر في مستوى ثنائي الأبعاد (2D) وأنشأت شكل عصا الإصبع المقابلة 15. قامت بعض الدراسات أيضا بقياس نطاق تغير زاوية المفصل بين السلاميات (IP) للإبهام والسبابة باستخدام تقنية مماثلة9،17،18. ومع ذلك ، لا تزال الدراسات الحالية حول تحليل AM تقتصر بشكل أساسي على مستوى الحركة 2D ، وعدد نقاط التتبع صغير نسبيا. حتى الآن ، لا توجد طريقة كاملة لقياس وتحليل الحركيات ثلاثية الأبعاد (3D) ل AM ، ولم يتم نشر أي بيانات ذات صلة.

لحل المشاكل المذكورة أعلاه ، ستستخدم هذه الدراسة تقنية تتبع الحركة 3D لقياس المعلمات الحركية لنقاط التتبع السبع لليد أثناء الإبر. يهدف هذا البروتوكول إلى توفير حل تقني كامل للتحليل الحركي على AM ، بالإضافة إلى مزيد من الدراسة حول العلاقة بين الجرعة والتأثير للوخز بالإبر.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

تمت الموافقة على هذه الدراسة من قبل لجنة الأخلاقيات في مستشفى Yueyang ، التابعة لجامعة شنغهاي للطب الصيني التقليدي (المرجع رقم 2021-062) ، ووقع كل مشارك على نموذج موافقة مستنيرة.

1. الاستعدادات للتجربة

  1. إعدادات الكاميرا:
    1. ضع ثلاث حوامل ثلاثية القوائم أمام طاولة العمليات ، وقم بتوصيلها بثلاث كاميرات.
    2. اضبط معلمات التصوير للكاميرات على النحو التالي: الدقة 1280 × 720 بكسل ، تنسيق MP4 ، الوضع اليدوي الكامل (M) ، فتحة العدسة F1.2 ، الغالق 1/1000s ، ISO 6400 ، توازن اللون الأبيض التلقائي ، التكبير البصري 0mm.
      ملاحظة: يجب ضبط الزاوية بين كل كاميرتين على 60 درجة -120 درجة (الشكل 1A).
  2. وضع علامة التتبع:
    1. قم بإرفاق سبع كرات عاكسة يبلغ قطرها 6.5 مم على يد إبرة الإمساك لكل مشارك لتسجيل الفيديو كما هو مفصل في الخطوات 1.2.2-1.2.4 والمبينة في الشكل 2A.
    2. المعصم: إرفاق كرة واحدة على نقطة منتصف الزند والستايلويد الشعاعي الذي يعرف بأنه نقطة تتبع "مفصل المعصم" (WJ)
    3. الإبهام: قم بإرفاق كرة واحدة لكل منها في مركز مسمار الإبهام المعرف على أنه نقطة التتبع "طرف الإبهام" (TT) ، ومفصل IP المعرف على أنه نقطة التتبع "مفصل نهاية الإبهام" (TEJ) ، ومفصل metacarpophalangeal (MCP) المحدد على أنه نقطة التتبع "مفصل قاعدة الإبهام" (TBJ) ، على التوالي.
    4. السبابة: قم بإرفاق كرة واحدة لكل منها على مركز مسمار السبابة الذي يعرف بأنه نقطة التتبع "طرف السبابة" (FT) ، والمفصل بين السلاميات القريب (PIP) الذي يعرف بأنه نقطة التتبع "المفصل الأوسط للسبابة" (FMJ) ، ومفصل MCP المعرف باسم نقطة التتبع "مفصل قاعدة السبابة" (FBJ) ، على التوالي.

2. تصوير الفيديو وتحريره

  1. ضع إطار معايرة ثلاثي الأبعاد صغير بحجم 15 سم × 15 سم مع 8 نقاط على طاولة التشغيل للمعايرة ثلاثية الأبعاد (الشكل 1B، C).
  2. قم بإزالة الإطار من الجدول بعد التقاط فيديو لإطار المعايرة لمدة 8 ثوان على الأقل.
  3. قم بتوجيه المشاركين لأداء AM على نقطة الوخز بالإبر LI11 (Quchi) للمتطوع ، بما في ذلك مهارات الرفع والدفع والدوران ، للتحكم في الإبرة للتحرك لأعلى ولأسفل والدوران باستخدام الإبهام والسبابة ، على التوالي. التقط مقاطع الفيديو الخاصة بالمهارات المذكورة أعلاه لمدة 10 دورات على الأقل.
    ملاحظة: يتم سرد معايير الإدراج والاستبعاد للمشاركين لأداء AM والمتطوعين لتوفير نقاط الوخز بالإبر للوخز بالإبر. إدراج المشاركين: (1) أنهى معلم الوخز بالإبر أو الطالب فصل "مهارة الرفع والدفع" و "مهارة الدوران" في الكتاب المدرسي للدورة بعنوان "تقنيات الوخز بالإبر والكى والتلاعب(19)؛ (2) يجب أن يكون لدى المشارك خبرة عملية في الوخز بالإبر مع جسم الإنسان لأكثر من 5 مرات. استبعاد المشاركين: (1) المعلمون أو الطلاب غير المصابين بالوخز بالإبر؛ (2) طلاب الوخز بالإبر دون أي خبرة عملية في الوخز بالإبر مع جسم الإنسان. إدراج المتطوعين: (1) العمر بين 16-60 سنة. (2) لا يوجد تلف واضح في الجلد أو تمزق أو تقيح أو نضح واضح حول LI11 على الذراع الأيمن. استبعاد المتطوعين: (1) الأفراد الذين لديهم تاريخ من التدخين أو الكحول أو تعاطي المخدرات. (2) الأفراد الذين يعانون من أمراض الجهاز الدمي أو الميل الواضح للنزيف ؛ (3) الأفراد الذين يعانون من مرض عقلي مزمن أو اضطرابات عقلية ؛ (4) النساء الحوامل؛ (5) الأفراد الذين لديهم تاريخ من إبر الإغماء.
  4. تصدير جميع مقاطع الفيديو من الكاميرات إلى القرص المعين للكمبيوتر. أعد تسمية مقاطع فيديو المعايرة ثلاثية الأبعاد في الكاميرات 1 و 2 و 3 باسم "ca-1.mp4" و "ca-2.mp4" و "ca-3.mp4".
  5. قم بمزامنة جميع مقاطع فيديو التلاعب في برنامج تحرير الفيديو (على سبيل المثال ، Adobe premiere pro) وقم بتصديرها باسم "الرفع -الدفع-1.avi" و "الرفع-الدفع-2.avi" و "الرفع-الدفع-3.avi" و "الدوران-1.avi" و "الدوران-2.avi" و "الدوران-3.avi" ، على التوالي.
    ملاحظة: ارجع إلى الملف التكميلي 1 للاطلاع على تعليمات مزامنة الفيديو الخاصة ببرنامج تحرير الفيديو المستخدم في هذه الدراسة.

3. تكوين مشروع نظام الحركة الواقعي Simi (برنامج التقاط الحركة وتحليلها)

  1. افتح برنامج التقاط الحركة وتحليلها واختر إنشاء مشروع جديد. قم بتعيين اسم المشروع في تسمية المشروع وانقر فوق إنشاء وحفظ لحفظ المشروع في القرص المعين.
  2. اختر المواصفات > النقاط > اليد اليمنى/اليسرى واسحب نقاط التتبع أعلاه من مربع النقاط المحددة مسبقا إلى مربع النقاط المستخدمة ، ثم انقر على زر إغلاق للمتابعة.
    ملاحظة: تأخذ جميع الخطوات التالية نقاط التتبع في اليد اليمنى كمثال.
  3. اختر المواصفات > الاتصالات وانقر على اتصال جديد
    1. اسم اتصال الإدخال "السبابة III يمين". حدد "السبابة منتصف المفصل الأيمن" كنقطة بداية وخط إلى النقطة "طرف السبابة إلى اليمين" في نفس النافذة
    2. انقر فوق الزرين تطبيق وإغلاق لإنهاء إنشاء الاتصال.
  4. إضافة مجموعات الكاميرا وإعادة تسميتها
    1. انقر بزر الماوس الأيمن فوق الكاميرات > إضافة مجموعة كاميرات لإضافة مجموعات كاميرات جديدة.
    2. انقر بزر الماوس الأيمن فوق الكاميرات > إعادة تسمية لإعادة تسمية مجموعات الكاميرا باسم "مجموعة كاميرا الرفع" و "مجموعة الكاميرا الدوارة" ، على التوالي.
  5. انقر بزر الماوس الأيمن على مجموعة كاميرا الرفع والدفع > إضافة كاميرا
    1. انقر فوق الزر تحديد ملف في مربع التتبع .
    2. انقر فوق فتح ملف موجود وحدد فيديو العملية "الرفع الدفع-1.avi" في النافذة التالية ، ثم انقر فوق تطبيق لإنهاء استيراد الفيديو.
    3. على غرار الإجراءات المذكورة أعلاه ، انقر فوق تحديد ملف في مربع المعايرة ثلاثي الأبعاد ، وقم باستيراد فيديو المعايرة المقابل "ca-1.mp4".
  6. وفقا للخطوة 3.5 ، استمر في استيراد مقاطع فيديو العملية "الرفع الدفع-2.avi" و "الرفع-الدفع-3.avi" ، ومقاطع الفيديو المعايرة المقابلة لها "ca-2.mp4" و "ca-3.mp4" في مجموعة كاميرا الرفع والدفع ، على التوالي.
    ملاحظة: يجب أن يكون هناك 3 كاميرات في مجموعة كاميرات الرفع والدفع في نافذة المشروع بعد القسمين 3.4 و 3.5.
  7. وفقا للخطوات 3.4 و 3.5 و 3.6 ، قم باستيراد مهارة الدوران ومقاطع فيديو المعايرة إلى مجموعة كاميرا الدوران.

4. تحليل الفيديو

  1. معايرة 3D لكل كاميرا
    1. قم بتوسيع مجموعة كاميرا الرفع والدفع وانقر بزر الماوس الأيمن فوق خصائص > الرفع-الدفع-1.
    2. انقر فوق زر المعايرة ثلاثية الأبعاد في مربع المعايرة ثلاثية الأبعاد ؛ أدخل الوصف وأضف 8 نقاط بالنقر فوق الزر "إضافة نقطة " لمدة 8 مرات
    3. انقر فوق تطبيق بعد تعيين الاسم وقيمة X و Y و Z المقابلة لكل نقطة وفقا لمعلمات المعايرة (الجدول 1).
    4. بعد تكوين جميع النقاط ، حرك الماوس للنقر فوق كل نقطة نهاية لفيديو المعايرة لإنهاء معايرة 3D.
    5. اتبع الخطوات 4.1.1-4.1.4 لإكمال معايرة ثلاثية الأبعاد للكاميرات الأخرى في نفس المجموعة والكاميرات الموجودة في مجموعة كاميرات الدوران.
  2. 3D تتبع حركة الإصبع
    1. انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة كاميرا الرفع والدفع > 3D Tracking ، وحدد جميع الكاميرات ، وانقر فوق الزر موافق لفتح نافذة التتبع 3D .
    2. اضبط المسار باستخدام مطابقة النمط (جميع النقاط) لجميع الكاميرات وانقر يدويا على جميع نقاط التتبع في الإطار الأول.
    3. انقر فوق الزر "بحث تلقائيا " لبدء التتبع التلقائي 3D إطارا تلو الآخر.
    4. اتبع الخطوات 4.2.1-4.2.3 لإكمال تتبع الحركة لمجموعة كاميرا الدوران.
      ملاحظة: إذا فقدت نقطة تتبع أثناء التتبع التلقائي 3D ، فحدد خط النقطة المفقودة ، وانقر بزر الماوس الأيمن فوق تجاهل النقطة من هنا ، ثم أعد النقر فوق النقطة والزر بحث تلقائيا . حدد نعم إذا كانت الرسالة "لم يتم تعيين إطار بدء للتتبع ل 3 كاميرات (كاميرات) محددة. يمكن ضبطه بشكل فردي في خصائص الكاميرا. هل تريد تعيين إطار البدء إلى الإطار 0 لجميع الكاميرات بدون إطار بدء والاستمرار الآن؟" ينبثق.
  3. تصدير البيانات
    1. انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة كاميرا الرفع والدفع > حساب ثلاثي الأبعاد جديد ، وحدد جميع الكاميرات ، وتحقق من تحديث البيانات باستمرار وتخزين البيانات بشكل صريح في ملف في نافذة إنشاء بيانات ثلاثية الأبعاد . انقر فوق الزر موافق ( OK) للمتابعة.
    2. انقر بزر الماوس الأيمن فوق المجلد Lift-Thrusting-3D إحداثيات البيانات > تصدير ، تحقق من عناوين الأعمدة ، أسماء التتبع ، وقت البدء والتردد ، معلومات الوقت في العمود الأول ، X ، Y ، Z ، v(X) ، v(Y) ، v(Z) في نافذة التصدير
    3. انقر فوق الزر تصدير لتصدير ملف البيانات (*.txt) بالاسم المخصص. تصدير ملف البيانات الخاص بمجموعة كاميرا الدوران بنفس الطريقة.

5. تحليل البيانات

ملاحظة: يتم استخدام برنامج نصي PHP أصلي لاستعراض وتحليل ملفات البيانات المصدرة بواسطة برنامج التقاط الحركة وتحليلها. تمت مشاركة جميع التعليمات البرمجية المصدرية في مستودع GitHub20.

  1. بعد تحميل ملفات البيانات المصدرة من برنامج التقاط الحركة وتحليلها إلى مجلد خادم معين يقوم بتشغيل هذا البرنامج النصي، افتح البرنامج النصي وأدخل اسم المستخدم وكلمة المرور لتسجيل الدخول.
  2. انقر فوق إضافة مشارك جديد ، وحدد نوع المشارك والجنس ، وأدخل اسم المشارك وعمره ووقت الممارسة في الصفحة المنبثقة ؛ انقر فوق إرسال لإنهاء إضافة مشارك جديد.
  3. انقر فوق إضافة سجل جديد يتوافق مع المشارك المضاف حديثا في صفحة القائمة ، ثم أدخل اسم المجلد الذي يحتوي على ملفات البيانات التي تم تحميلها لبرنامج التقاط الحركة وتحليلها وحدد تاريخ التشغيل ؛ انقر على إرسال للمتابعة.
  4. انقر فوق تحليل يتوافق مع سجل العملية المضاف حديثا ، ثم حدد مهارة وانقر فوق إرسال. سيقوم البرنامج النصي بتحديد وعرض جميع القمم والأحواض الصالحة للمراجعة اليدوية.
    ملاحظة: يمكن إعادة تحديد قمة أو حوض معين يدويا في القائمة المنسدلة المقابلة إذا قام البرنامج النصي بتعريفه بشكل غير صحيح. استنادا إلى هذه القمم والقيعان ، يمكن حساب متوسط قيم السعة والسرعات على طول ثلاثة محاور لكل نقطة تتبع ووقت التشغيل للرفع والدفع والدوران إلى اليسار والدوران إلى اليمين من خلال البرنامج النصي. تظهر طريقة حساب هذه المعلمات في الشكل 3.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

بعد إنشاء هذه الطريقة التجريبية ، تم قياس مهارات الرفع والدفع والدوران ل AM الأساسية لتسعة عشر معلما للوخز بالإبر من كلية الوخز بالإبر - الكى وتوينا من جامعة شنغهاي للطب الصيني التقليدي باستخدام تتبع الحركة 3D. وفقا لتعريف نظام الإحداثيات المشتركة (JCS) للكتف والكوع والمعصم واليد الذي اقترحته لجنة التقييس والمصطلحات (STC) التابعة للجمعية الدولية للميكانيكا الحيوية21 ، تم اختيار سبع نقاط تتبع بالأصابع. ويبين الشكل 2 باء عرض العصا الناتج عن برنامج التقاط الحركة وتحليلها استنادا إلى المواضع التشريحية لهذه النقاط. يظهر الشكل 4 منحنيات الوقت الإحداثي النموذجية على طول ثلاثة محاور لكل نقطة ، ومقطعي فيديو لمهارات الرفع والدفع والدوران مع عرض العصا (الفيديو 1 والفيديو 2).

كما هو موضح في الشكل 4C ، E ، بسبب الحد الأدنى من سعة الحركة على طول محاور الحركة الرئيسية أثناء المهارات المختلفة (المحور Z لمهارة الرفع والدفع والمحور Y لمهارة الدوران) لمفصل المعصم (WJ) يمكن إصلاحه ، ويبدو أن الحركة تحدث من الإبهام والسبابة. لذلك ، تم تصدير بيانات النقاط الست الأخرى بواسطة برنامج التقاط الحركة وتحليلها لمزيد من التحليل الحركي ل AM. وبعد تحليل البيانات، تم حساب متوسط قيم السعة والسرعة على طول ثلاثة محاور ووقت تشغيل الإجراء "الرفع" و "الدفع" و "الدوران إلى اليسار" و "الدوران إلى اليمين" لكل نقطة تتبع على الأصابع وعرضها في الجدول 2 والجدول 3 والجدول 4.

بالإضافة إلى ذلك ، تم تتبع حركة إصبع المشاركين أيضا عندما أدوا AM على ATP-II. تمت مقارنة البيانات المستمدة من ATP-II مع البيانات المصدرة بواسطة برنامج التقاط الحركة وتحليلها. أظهرت النتائج أن شكل منحنى الوقت الإحداثي ل TT على طول المحور Z كان مشابها لمنحنى وقت الجهد الناتج عن ATP-II أثناء مهارة الرفع والدفع. وفي الوقت نفسه ، خلال مهارة الدوران ، كان شكل منحنى وقت السعة على طول المحور Y من TT مشابها أيضا لمنحنى وقت الجهد ل ATP-II. علاوة على ذلك ، بعد الحساب ، كان متوسط دورات التشغيل لهذين النوعين من المنحنيات هو نفسه بشكل أساسي (الشكل 5).

Figure 1
الشكل 1: مواضع الكاميرا ووضع إطار معايرة 3D. (أ) مواضع ثلاث كاميرات. (ب) المنظر الأمامي لإطار المعايرة 3D. (ج) العرض العلوي لإطار معايرة 3D. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 2
الشكل 2: مواضع علامات التتبع وعرضها بالعصا. (أ) مواقع علامات التتبع في متناول اليد. (ب) عرض العصا الناتج عن برنامج التقاط الحركة وتحليلها استنادا إلى المواضع التشريحية لهذه النقاط. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 3
الشكل 3: مخطط تخطيطي لطريقة حساب المعلمات الحركية. يمكن حساب متوسط السعة والسرعة بناء على قمة المنحنى وتحديد موقع الحوض الصغير. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 4
الشكل 4: منحنيات الوقت الإحداثي النموذجية أثناء مهارات الرفع والدفع والدوران. (A,B,C) منحنيات الزمن الإحداثي النموذجية على طول المحور X و Y و Z لكل نقطة تتبع أثناء مهارة الرفع والدفع ، على التوالي. (دال، هاء، واو) المنحنيات مع نفس الإعدادات من مهارة الرفع والدفع أثناء مهارة الدوران. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 5
الشكل 5: مقارنة بين المنحنيات الناتجة عن ATP-II وبرنامج التقاط الحركة وتحليلها. (أ) تم تتبع حركات أصابع المشاركين عندما أدوا AM على ATP-II. (ب) منحنى وقت الجهد ل ATP-II أثناء مهارة الرفع والدفع. (ج) منحنى الوقت الإحداثي على طول المحور Z ل TT أثناء مهارة الرفع والدفع. (د) منحنى الجهد الزمني ل ATP-II أثناء مهارة الدوران. (ه) منحنى الوقت الإحداثي على طول المحور Y ل TT أثناء مهارة الدوران. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الجدول 1: إحداثيات معلمات نقاط المعايرة. القيم الإحداثية لثلاثة محاور لثماني نقاط معايرة. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الجدول.

الجدول 2: بيانات علم الحركة لكل نقطة تتبع أثناء مهارة الرفع والدفع. متوسط قيم السعة والسرعة على طول ثلاثة محاور لكل نقطة تتبع على الأرقام أثناء مهارة الرفع والدفع. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الجدول.

الجدول 3: بيانات علم الحركة لكل نقطة تتبع أثناء مهارة الدوران. متوسط قيم السعة والسرعة على طول ثلاثة محاور لكل نقطة تتبع على الأرقام أثناء مهارة الدوران. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الجدول.

الجدول 4: وقت التشغيل أثناء مهارات الرفع والدفع والدوران متوسط قيم وقت التشغيل في عمليات الرفع والدفع والدوران إلى اليسار والدوران إلى اليمين يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الجدول.

فيديو 1: مهارة الرفع والدفع. (أعلى اليسار) عرض عصا اليد. (أعلى اليمين، أسفل اليسار، أسفل اليمين) المنحنى الديناميكي النموذجي للوقت الإحداثي على طول المحور X و Y و Z لكل نقطة تتبع أثناء مهارة الرفع والدفع يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الفيديو.

الفيديو 2: مهارة الدوران: عرض العصا لليد والمنحنيات الديناميكية النموذجية للوقت الإحداثي بنفس إعدادات الفيديو 1 أثناء مهارة الدوران. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الفيديو.

الملف التكميلي 1: تعليمات مزامنة الفيديو. لقطات شاشة وخطوات تعليمات مزامنة الفيديو لبرنامج تحرير الفيديو المستخدم في هذه الدراسة. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

حددت هذه الدراسة طريقة قياس المعلمات الحركية ل AM في الجسم الحي وحصلت على بيانات سعة الحركة والسرعة ووقت التشغيل لنقاط التتبع الست المهمة على الإبهام والسبابة على طول ثلاثة محاور. وفي الوقت نفسه ، استنادا إلى إطار المعايرة ثلاثي الأبعاد ، تم إنشاء عرض عصا ثلاثي الأبعاد ورسوم متحركة مقابلة للإبهام والسبابة أثناء الإبرة. يمكن عرض حركة الإبهام والسبابة ل AM بالكامل مع التشغيل المتزامن لمنحنى المعلمة الحركية والرسوم المتحركة للعصا ، والتي يمكن أن تساعد الباحثين على استكشاف خصائص الحركة ومقارنة أوجه التشابه والاختلاف بين مهارات AM المختلفة.

طوال العملية التجريبية بأكملها ، يمكن تلخيص بعض الخطوات الحاسمة التي تؤثر على نتائج التحليل - أولا ، تكوين البيئة التجريبية. درجة الحرارة الموصى بها للبيئة التجريبية ثابتة 22-25 درجة مئوية ، والرطوبة النسبية حوالي 60 ٪ دون تدفق هواء واضح في الغرفة. وفي الوقت نفسه ، لا توجد ضوضاء قوية وتداخل مصدر كهرومغناطيسي في البيئة المحيطة. ثانيا ، مواضع الكاميرا وحامل ثلاثي القوائم. في عملية تتبع الحركة ، يجب تسجيل جميع نقاط التتبع بواسطة جميع الكاميرات للحصول على بيانات عالية الدقة. لذلك ، فإن وضع الكاميرا المعقول هو المفتاح لتقليل الأخطاء التجريبية. علاوة على ذلك ، يجب ضبط الحوامل الثلاثية على ارتفاع مناسب (أعلى من الطاولة والتأكد من أن الأجهزة التجريبية على الطاولة ويد المشارك يمكن تسجيلها بوضوح). ثالثا ، المعايرة وتتبع الحركة التلقائي. يتم حساب جميع بيانات التحليل بناء على موضع كل نقطة تتبع في نظام المعايرة 3D في كل إطار من فيديو الحركة ؛ لذلك ، تعد المعايرة الناجحة والتتبع التلقائي لكل نقطة من المتطلبات الأساسية لإجراء العمليات الحسابية. أخيرا ، تحديد القمم والقيعان. يمكن حساب المؤشرات الفنية ل AM من خلال تحديد موضع القمم والقيعان في كل دورة. في هذا البروتوكول ، تم تصميم خطوات التعرف التلقائي والمراجعة اليدوية لضمان دقة البيانات التجريبية.

من أجل تطبيق تقنية تتبع الحركة 3D على التحليل الحركي ل AM ، تم إجراء تعديلين على هذه التقنية الشائعة الاستخدام في المفاصل الكبيرة للأطراف البشرية. أولا ، تخصيص إطار معايرة 3D صغير للأصابع. تم تخصيص إطار معايرة ثلاثي الأبعاد 15×15×15 سم لتحسين دقة قياس حركات الأصابع. من خلال المسح الضوئي بالليزر 3D ، تبلغ دقة معايرة الإطار 0.01 مم. ثانيا ، إنشاء المؤشرات الفنية ل AM وطرق الحساب ذات الصلة. وفقا لخصائص الحركة ل AM والبيانات الخام المصدرة بواسطة نظام تتبع الحركة ، تم إنشاء ثلاثة مؤشرات فنية ، "السعة والسرعة والوقت" على طول ثلاثة محاور لكل نقطة تتبع إصبع. يمكن حساب هذه المعلمات بواسطة برنامج PHP النصي استنادا إلى التعرف على نقطة الانعطاف لمنحنى الوقت الإحداثي. يمكن تحديد القمم والقيعان المحتملة وفقا للتعبير المنطقي (1) و (2) ، على التوالي.

Equation 1(1)
Equation 2(2)

حيث dc و dt و dt2 هي الفروق بين القيمة الإحداثية والوقت والوقت التربيعي ، d2c هو التمايز التربيعي للإحداثيات. وفقا لنتائج اختبار بيانات العينة التجريبية ، تم تعيين نوعين من العتبات للتحقق من صحة هذه القمم والقيعان. العتبة الزمنية هي 80٪ من متوسط دورة التشغيل ، وعتبات القمة والحوض الصغير هي 75٪ و 25٪ من الحد الأقصى لسعة التشغيل. بعد اجتياز جميع القمم والقيعان ، يتم تحديد القمة التي يكون وقتها الفاصل الزمني من القمة السابقة أكبر من العتبة الزمنية والقيمة الإحداثية أكبر من عتبة القمة على أنها القمة الصالحة. يتم تحديد الحوض الصغير الذي يكون وقته الفاصل الزمني من القمة السابقة أكبر من العتبة الزمنية والقيمة الإحداثية أقل من عتبة الحوض الصغير على أنه الحوض الصالح. على الرغم من أنه في معظم الحالات ، يمكن تحديد القمم والأحواض تلقائيا ، إلا أنه لا يزال هناك عدد قليل من الحالات التي تحتاج إلى تعديل يدويا. لذلك ، باعتبارها القيد الرئيسي لهذا الحل ، يجب تحسين خوارزمية التعرف في العمل المستقبلي. أظهر التحليل الأولي للبيانات التجريبية أن سعة الحركة وسرعة مفاصل MCP كانت الأصغر ، وأن المعلمات ذات الصلة من IP أو PIP المشترك وأطراف الأصابع كانت أكبر وأكبر ، على التوالي. علاوة على ذلك ، كان جسم الإبرة مدفوعا بالحركة الرأسية أو العرضية لأطراف الأصابع للتحرك لأعلى ولأسفل أو الدوران على محور ثابت. باختصار ، AM هو نوع من الحركة الإيقاعية التي تؤديها أطراف الأصابع التي تحركها مفاصل MCP في الإبهام والسبابة. علاوة على ذلك ، بغض النظر عن مهارة AM المستخدمة ، حدث نطاق معين من الحركة على طول ثلاثة محاور في جميع نقاط التتبع ، مما يشير إلى أنه أثناء تشغيل مهارة الرفع والدفع ، على الرغم من أن أطراف الأصابع تتحرك بشكل رئيسي في الاتجاه الرأسي ، إلا أنها لا تزال مصحوبة بحركة مقترنة عرضية ، كما أن مهارة الدوران القائمة على العرضي مصحوبة أيضا بحركة رأسية مقترنة. تشير هذه النتائج إلى أن AM ليست حركة بسيطة أحادية المحور.

وعلى غرار الدراسات الأخرى التي تستخدم هذه التقنية لتحليل حركة الإصبع، توفر تقنية تتبع الحركة في هذا البروتوكول أيضا بيانات حركية ثلاثية المحاور لمفاصل الأصابع بدقة عالية22. ومع ذلك ، تم إجراء تحليل ثانوي للبيانات الخام وفقا لخصائص مهارة AM ، وتم وضع مؤشرات فنية مقابلة في هذا البروتوكول لمزيد من التحليل المقارن. علاوة على ذلك ، بالمقارنة مع أجهزة تتبع الحركة اليدوية المحمولة وسهلة الاستخدام ومنخفضة التكلفة مثل Leap Motion ، فإن تحليل تتبع الحركة القياسي القائم على العلامة يتمتع بمزايا الدقة العالية ونطاق التطبيق الأوسع23,24. بالمقارنة مع جهاز تحليل AM التقليدي ATP-II ، فإن منحنى السعة والوقت على طول محور الحركة الرئيسي المشتق من تحليل تتبع الحركة ومنحنى وقت الجهد المستمد من ATP-II لهما توافق كبير في نفس مهارة AM. وعلاوة على ذلك، كانت دورات التشغيل المحسوبة بطريقتي القياس متسقة نسبيا أيضا. أظهرت هذه النتائج أن هذه الطريقة التجريبية لا يمكن أن تعكس فقط خصائص مهارة مماثلة لخصائص ATP-II ولكن أيضا توفر المزيد من المعلمات الحركية على طول ثلاثة محاور لنقاط تتبع متعددة ، والتي لا يمكن قياسها بواسطة التكنولوجيا التجريبية السابقة.

توفر هذه الطريقة التجريبية طريقة فعالة لتحليل الحركات المعقدة للأصابع المشاركة في AM. لديها إمكانات كبيرة للتطبيقات المستقبلية. أولا ، دراسة العلاقة بين الجرعة والتأثير للوخز بالإبر. توفر تقنية تتبع حركة الإصبع 3D حلا لتحديد كمية التحفيز للوخز بالإبر اليدوي ويمكن استخدامها لإجراء دراسات مثل تحليل الارتباط بين سرعة الإبر والسعة والتأثير العلاجي ، وذلك لتوفير المزيد من دعم البيانات العلمية للتطبيق السريري للوخز بالإبر. ثانيا ، التقييم الكمي والتغذية الراجعة لتعليم وتعلم AM. يمكن أن تساعد نتائج تحليل البيانات جنبا إلى جنب مع التغذية الراجعة اللفظية للمعلم المتعلمين على ضبط تصرفات أصابعهم وتقليل الحمل المعرفي24,25. استخدمت الدراسات السابقة البيانات التي توفرها تقنية تتبع الحركة ثلاثية الأبعاد لتحسين تأثير تعلم المهارات الحركية ، مثل رمي الإبط المتكرر26 والأداء الموسيقي 27,28. وأظهرت بعض التقارير أيضا أن المهارات الطبية مثل تنظير القولون29 والمنظار30 ومنظار المفصل31 وغيرها من المنظار32,33 يمكن أيضا تعزيزها باستخدام هذه التكنولوجيا. واقترحت دراسة أخرى أن التأمل الذاتي القائم على الفيديو والمناقشة مع المتعلمين يشاركون على مستوى معرفي أعلى من التغذية الراجعة الوصفية القياسية34. ثالثا ، قياس والحفاظ على AM الوخز بالإبر الشهيرة. نظرا لأنه يتم جمع جميع AM وتسجيلها وتحليلها بناء على مقاطع الفيديو المتحركة المخزنة في قاعدة البيانات ، يمكن للباحثين تصفح مقاطع الفيديو هذه والبيانات ذات الصلة ب AM في أي وقت لمزيد من التعلم والميراث.

يفتح إنشاء هذه الطريقة التجريبية طريقة جديدة للبحث الكمي ل AM. في المستقبل ، يمكن تطبيق المزيد من مواضع الكاميرا والعدسات عالية الدقة وإطارات المعايرة عالية الدقة لزيادة تحسين دقة البيانات واستخراج مؤشرات تقنية أكثر أهمية لتوفير المزيد من مرجع البيانات للتطبيق السريري والتعليم والترويج للوخز بالإبر.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.

Acknowledgments

تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (رقم المنحة 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

الطب، العدد 176،
تتبع حركة الإصبع ثلاثي الأبعاد أثناء الإبر: حل للتحليل الحركي للتلاعب بالوخز بالإبر
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