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

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.

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.

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

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.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
מסגרת כיול תלת מימדית	כל מותג		15 x 15 x 15 ס"מ
מחטי דיקור סיני	מפעל מכשירים רפואיים סוז'ו	0.35 x 40 מ"מ
			SDXC UHS-I
קורא כרטיסי SD	UGREEN קבוצה מוגבלת		USB 3.0
Simi Motion	Simi Reality Motion Systems GmbH		Ver.8.5.15
Swab	כל מותג		חלק הנפח של אתנול הוא 70%-80%
שלוש מצלמות	חברת ויקטור מיפן, מוגבלת		JVC GC-PX100BAC
שלוש חצובות	כל מותג