Method Article

Tracciamento tridimensionale del movimento delle dita durante il needling: una soluzione per l'analisi cinematica della manipolazione dell'agopuntura

DOI:

10.3791/62750

⸱

October 28th, 2021

 ,  ,  , 
1School of Acupuncture-Moxibustion and Tuina, Shanghai University of Traditional Chinese Medicine

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Questo metodo sperimentale descrive una soluzione per l'analisi cinematica della manipolazione dell'agopuntura con tecnologia tridimensionale di tracciamento del movimento delle dita.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Il tracciamento tridimensionale (3D) del movimento è stato utilizzato in molti campi, come le ricerche sullo sport e le abilità mediche. Questo esperimento mirava a utilizzare la tecnologia di tracciamento del movimento 3D per misurare i parametri cinematici delle articolazioni delle dita durante la manipolazione dell'agopuntura (AM) e stabilire tre indicatori tecnici "ampiezza, velocità e tempo". Questo metodo può riflettere le caratteristiche operative dell'AM e fornire parametri quantitativi lungo tre assi di articolazioni multiple delle dita. Le prove attuali mostrano che il metodo ha un grande potenziale per applicazioni future come lo studio della relazione dose-effetto dell'agopuntura, l'insegnamento e l'apprendimento dell'AM e la misurazione e la conservazione dell'AM di famosi agopuntori.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Come una sorta di abilità cliniche della medicina tradizionale cinese (MTC) e della stimolazione fisica, la manipolazione dell'agopuntura (AM) è spesso considerata un fattore importante che influenza l'effetto terapeutico dell'agopuntura1,2. Molti studi hanno confermato che diversi AM o diversi parametri di stimolazione (velocità di needling, ampiezza, frequenza, ecc.) dello stesso AM hanno provocato diversi effetti terapeutici3,4,5,6,7. Pertanto, la misurazione dei parametri cinematici rilevanti dell'AM e l'analisi di correlazione con l'effetto terapeutico possono fornire utili dati di supporto e riferimento per il trattamento clinico con agopuntura8,9.

La misurazione dei parametri cinematici dell'AM è iniziata nel 198010. Nei primi tempi, la tecnologia di conversione del segnale elettrico basata sulla resistenza variabile veniva utilizzata principalmente per convertire il segnale di spostamento del corpo dell'ago in un segnale di tensione o corrente per visualizzare e registrare i dati di ampiezza e frequenza di AM11. Inoltre, il famoso tester di tecnica di agopuntura atP-II di medicina cinese ATP-II (ATP-II) con questa tecnologia è stato attualmente utilizzato da molte università di medicina tradizionale cinese della Cina12. Successivamente, con il continuo sviluppo e l'innovazione della tecnologia dei sensori, sono stati utilizzati diversi tipi di sensori per raccogliere i parametri cinematici dell'AM. Ad esempio, il sensore di movimento elettromagnetico a tre assi è stato collegato alla maniglia dell'ago per acquisire ampiezza e velocità del needling13; il sensore di segnale bioelettrico è stato posizionato sul corno dorsale del midollo spinale dell'animale per registrare la frequenza del needling14, ecc. Sebbene la ricerca quantitativa dell'AM basata sui due tipi di tecnologie di cui sopra abbia completato l'acquisizione di parametri cinematici rilevanti durante il needling, i suoi principali svantaggi sono l'incapacità di eseguire la misurazione non invasiva in tempo reale e il cambiamento della sensazione operativa causato dalla modifica del corpo dell'ago.

Negli ultimi anni, la tecnologia di motion tracking è stata gradualmente applicata alla ricerca quantitativa di AM15,16. Poiché si basa sull'analisi fotogramma per fotogramma del video di needling, la misurazione dei parametri di agopuntura può essere acquisita durante il funzionamento in vivo senza modificare il corpo dell'ago. Questa tecnologia è stata utilizzata per misurare i parametri cinematici come ampiezza, velocità, accelerazione e frequenza di quattro punti di tracciamento del pollice e dell'indice durante il needling in un piano bidimensionale (2D) e ha stabilito la figura del dito corrispondente15. Alcuni studi hanno anche misurato l'intervallo di variazione angolare dell'articolazione interfalangea (IP) del pollice e dell'indice con una tecnologia simile9,17,18. Tuttavia, gli attuali studi sull'analisi AM sono ancora principalmente limitati al piano di movimento 2D e il numero di punti di tracciamento è relativamente piccolo. Finora, non esiste un metodo completo di misurazione e analisi cinematica tridimensionale (3D) per l'AM e non sono stati pubblicati dati correlati.

Per risolvere i problemi di cui sopra, questo studio utilizzerà la tecnologia di tracciamento del movimento 3D per misurare i parametri cinematici dei sette punti di tracciamento della mano durante il needling. Questo protocollo mira a fornire una soluzione tecnica completa per l'analisi cinematica sull'AM, nonché l'ulteriore studio sulla correlazione dose-effetto dell'agopuntura.

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Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Questo studio è stato approvato dal comitato etico dello Yueyang Hospital, affiliato alla Shanghai University of Traditional Chinese Medicine (numero di riferimento 2021-062), e ogni partecipante ha firmato un modulo di consenso informato.

1. Preparazioni agli esperimenti

  1. Impostazioni della fotocamera:
    1. Posizionare tre treppiedi davanti al tavolo operatorio e collegarli con tre telecamere.
    2. Impostare i parametri di scatto delle fotocamere come segue: risoluzione 1280 x720 pixel, formato MP4, modalità manuale completa (M), apertura F1.2, otturatore 1/1000s, ISO 6400, bilanciamento automatico del bianco, zoom ottico 0mm.
      NOTA: l'angolo tra due telecamere ogni due deve essere impostato a 60°-120° (Figura 1A).
  2. Posizionamento del marcatore di tracciamento:
    1. Attaccare sette sfere riflettenti con un diametro di 6,5 mm sulla mano dell'ago di tenuta di ciascun partecipante per la registrazione video come dettagliato nei passaggi 1.2.2-1.2.4 e mostrato nella Figura 2A.
    2. Polso: Attaccare una palla sul punto medio dell'ulna e stiloide radiale definito come punto di tracciamento "articolazione del polso" (WJ)
    3. Pollice: attaccare una palla ciascuno sul centro dell'unghia del pollice definito come punto di tracciamento "punta del pollice" (TT), il giunto IP definito come punto di tracciamento "giunto di estremità del pollice" (TEJ) e l'articolazione metacarpofalangea (MCP) definita come punto di tracciamento "articolazione della base del pollice" (TBJ), rispettivamente.
    4. Indice: attaccare una palla ciascuno sul centro dell'unghia dell'indice definita come punto di tracciamento "punta dell'indice" (FT), il giunto interfalangeo prossimale (PIP) definito come punto di tracciamento "giunto medio dell'indice" (FMJ) e il giunto MCP definito come punto di tracciamento "giunto di base dell'indice" (FBJ), rispettivamente.

2. Riprese video e montaggio

  1. Posizionare un piccolo telaio di calibrazione 3D di 15 cm x 15 cm x 15 cm con 8 punti sul tavolo operatorio per la calibrazione 3D (Figura 1B,C).
  2. Rimuovere il fotogramma dalla tabella dopo aver acquisito un video del fotogramma di calibrazione per almeno 8 s.
  3. Istruire i partecipanti a eseguire AM sul punto di agopuntura LI11 (Quchi) del volontario, comprese le abilità di sollevamento-spinta e rotazione, per controllare l'ago per muoversi su e giù e ruotare con il pollice e l'indice, rispettivamente. Prendi i video delle abilità di cui sopra per almeno 10 cicli.
    NOTA: Sono elencati i criteri di inclusione ed esclusione dei partecipanti per eseguire AM e volontari per fornire punti di agopuntura per il needling. Inclusione dei partecipanti: (1) l'insegnante o lo studente di agopuntura ha terminato il capitolo "abilità di sollevamento-spinta" e "abilità di rotazione" nel libro di testo del corso intitolato "Tecniche e manipolazioni di agopuntura e moxibustione19; (2) il partecipante dovrebbe avere esperienza pratica di needling con il corpo umano per più di 5 volte. Esclusione dei partecipanti: (1) insegnanti o studenti non di agopuntura; (2) studenti di agopuntura senza alcuna esperienza pratica di needling con il corpo umano. Inclusione volontaria: (1) età compresa tra 16-60 anni; (2) nessun evidente danno cutaneo, rottura, suppurazione o essudazione evidente intorno a LI11 sul braccio destro. Esclusione volontaria: (1) individui con una storia di fumo, abuso di alcol o droghe; (2) individui con malattie del sistema sanguigno o evidente tendenza al sanguinamento; (3) individui con malattie mentali croniche o disturbi mentali; (4) donne incinte; (5) individui con una storia di aghi per svenimenti.
  4. Esporta tutti i video dalle telecamere sul disco designato del computer. Rinominare i video di calibrazione 3D nelle fotocamere 1, 2, 3 come "ca-1.mp4", "ca-2.mp4" e "ca-3.mp4".
  5. Sincronizza tutti i video di manipolazione nel software di editing video (ad esempio, Adobe Premiere Pro) ed esportali denominati rispettivamente "lifting-thrusting-1.avi", "lifting-thrusting-2.avi", "lifting-thrusting-3.avi", "twirling-1.avi", "twirling-2.avi" e "twirling-3.avi".
    NOTA: fare riferimento al file supplementare 1 per le istruzioni di sincronizzazione video del software di editing video utilizzato in questo studio.

3. Configurazione del progetto Simi Reality Motion System (software di motion capture e analisi)

  1. Aprire il software di motion capture e analisi e scegliere Crea un nuovo progetto. Impostare il nome del progetto in Etichetta progetto e fare clic su Crea e salva per salvare il progetto nel disco designato.
  2. Scegliete Specifiche > punti > mano destra/sinistra e trascinate i punti di tracciamento sopra riportati dalla casella Punti predefiniti nella casella Punti utilizzati, quindi fate clic sul pulsante Chiudi per continuare.
    NOTA: tutti i seguenti passaggi prendono come esempio i punti di tracciamento della mano destra.
  3. Scegliere Specifiche > Connessioni e fare clic su Nuova connessione
    1. Nome della connessione di input "indice III destra". Selezionare "giunto centrale dell'indice a destra" come punto iniziale e linea fino al punto "punta dell'indice a destra" nella stessa finestra
    2. Fare clic sui pulsanti Applica e Chiudi per completare la creazione della connessione.
  4. Aggiungere e rinominare i gruppi di telecamere
    1. Fare clic con il pulsante destro del mouse su Fotocamere > Aggiungi gruppo di telecamere per aggiungere nuovi gruppi di telecamere.
    2. Fare clic con il pulsante destro del mouse su Telecamere > Rinomina per rinominare i gruppi di telecamere rispettivamente come "gruppo di telecamere di sollevamento-spinta" e "gruppo di telecamere rotanti".
  5. Fare clic con il pulsante destro del mouse sul gruppo di telecamere di sollevamento-spinta > Aggiungi fotocamera
    1. Fare clic sul pulsante Seleziona file nella casella Monitoraggio .
    2. Fare clic su Apri file esistente e selezionare il video dell'operazione "lifting-thrusting-1.avi" nella finestra successiva, quindi fare clic su Applica per completare l'importazione del video.
    3. Simile alle azioni di cui sopra, fare clic su Seleziona file nella casella Calibrazione 3D e importare il video di calibrazione corrispondente "ca-1.mp4".
  6. Secondo il passaggio 3.5, continuare a importare i video operativi "lifting-thrusting-2.avi" e "lifting-thrusting-3.avi" e i relativi video di calibrazione "ca-2.mp4" e "ca-3.mp4" rispettivamente nel lifting-thrusting Camera Group.
    NOTA: nella finestra del progetto dovrebbero essere presenti 3 telecamere nel gruppo di telecamere di sollevamento-spinta dopo le sezioni 3.4 e 3.5.
  7. In base ai passaggi 3.4, 3.5 e 3.6, importare l'abilità di rotazione e i video di calibrazione nel Twirling Camera Group.

4. Analisi video

  1. Calibrazione 3D per ogni telecamera
    1. Espandere Gruppo telecamere di sollevamento-spinta e fare clic con il pulsante destro del mouse su Proprietà > sollevamento-spinta-1.
    2. Fare clic sul pulsante Calibrazione 3D nella casella Calibrazione 3D ; inserisci la descrizione e aggiungi 8 punti facendo clic sul pulsante Aggiungi punto per 8 volte
    3. Fare clic su Applica dopo aver impostato il nome e il valore X, Y, Z corrispondente per ciascun punto in base ai parametri di calibrazione (Tabella 1).
    4. Dopo aver configurato tutti i punti, spostare il mouse per fare clic su ciascun punto finale del video di calibrazione per completare la calibrazione 3D.
    5. Seguire i passaggi 4.1.1-4.1.4 per completare la calibrazione 3D delle altre telecamere dello stesso gruppo e delle telecamere del gruppo di telecamere Twirling.
  2. Tracciamento 3D del movimento delle dita
    1. Fare clic con il pulsante destro del mouse su Lifting-Thrusting Camera Group > 3D Tracking, selezionare tutte le telecamere e fare clic sul pulsante OK per aprire la finestra di tracciamento 3D .
    2. Impostate la traccia utilizzando la corrispondenza di pattern (tutti i punti) per tutte le telecamere e fate clic manualmente su tutti i punti di tracciamento nel primo fotogramma.
    3. Fare clic sul pulsante Cerca automaticamente per avviare il tracciamento 3D automatico fotogramma per fotogramma.
    4. Seguire i passaggi 4.2.1-4.2.3 per completare il rilevamento del movimento del Twirling Camera Group.
      NOTA: se un punto di tracciamento viene perso durante il tracciamento 3D automatico, selezionare la linea del punto perso, fare clic con il pulsante destro del mouse su Discard Point From Here, quindi fare nuovamente clic sul punto e sul pulsante Cerca automaticamente . Selezionare Sì se il messaggio "Nessun fotogramma iniziale per il tracciamento è stato impostato per 3 fotocamere selezionate. può essere impostato individualmente nelle proprietà della fotocamera. Vuoi impostare il fotogramma iniziale su fotogramma 0 per tutte le fotocamere senza fotogramma iniziale e continua ora?" si apre.
  3. Esportazione dei dati
    1. Fare clic con il pulsante destro del mouse su Gruppo telecamere di sollevamento-spinta > nuovo calcolo 3D, selezionare tutte le telecamere e selezionare Aggiorna dati continuamente e Memorizza i dati in modo esplicito nel file nella finestra Crea dati 3D . Fare clic sul pulsante OK per continuare.
    2. Fare clic con il pulsante destro del mouse sulla cartella Lifting-Thrusting-3D Coordinates Data > Export, controllare le intestazioni di colonna, i nomi di tracciamento, l'ora e la frequenza di inizio, le informazioni sull'ora nella prima colonna, X, Y, Z, v(X), v(Y), v(Z) nella finestra Esporta
    3. Fare clic sul pulsante Esporta per esportare il file di dati (*.txt) con il nome personalizzato. Esportare il file di dati del Twirling Camera Group nello stesso modo.

5. Analisi dei dati

NOTA: uno script PHP originale viene utilizzato per sfogliare e analizzare i file di dati esportati dal software di motion capture e analisi. Tutto il codice sorgente è stato condiviso in un repository GitHub20.

  1. Dopo che i file di dati esportati dal software di motion capture e analisi sono stati caricati in una cartella server specifica che esegue questo script, aprire lo script e inserire il nome utente e la password per accedere.
  2. Fai clic su Aggiungi nuovo partecipante, seleziona il tipo e il sesso del partecipante e inserisci il nome del partecipante, l'età e il tempo di pratica nella pagina pop-up; clicca su Invia per completare l'aggiunta di un nuovo partecipante.
  3. Fare clic su Aggiungi nuovo record corrispondente al partecipante appena aggiunto nella pagina dell'elenco, quindi inserire il Nome cartella contenente i file di dati caricati del software di motion capture e analisi e selezionare la Data operazione; clicca su Invia per continuare.
  4. Fai clic su Analisi corrispondente al record dell'operazione appena aggiunto, quindi seleziona Abilità e fai clic su Invia. Lo script identificherà e visualizzerà tutti gli stemmi e le depressioni validi per la revisione manuale.
    NOTA: un determinato stemma o trogolo può essere riselezionato manualmente nell'elenco a discesa corrispondente se lo script lo identifica in modo errato. Sulla base di queste creste e depressioni, i valori medi di ampiezze e velocità lungo tre assi di ciascun punto di tracciamento e il tempo operativo delle azioni di sollevamento, spinta, rotazione a sinistra e rotazione a destra possono essere calcolati e visualizzati dallo script. Il metodo di calcolo di questi parametri è illustrato nella Figura 3.

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Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dopo aver stabilito questo metodo sperimentale, le abilità di sollevamento-spinta e rotazione dell'AM di base di diciannove insegnanti di agopuntura della School of Acupuncture-Moxibustion e Tuina dell'Università di Shanghai di TCM sono state misurate utilizzando il tracciamento del movimento 3D. Secondo la definizione di un sistema di coordinate articolari (JCS) per spalla, gomito, polso e mano proposta dal Comitato di standardizzazione e terminologia (STC) della Società internazionale di biomeccanica2...

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Questo studio ha stabilito il metodo di misurazione dei parametri cinematici dell'AM in vivo e ha ottenuto i dati di ampiezza del movimento, velocità e tempo di funzionamento dei sei importanti punti di tracciamento sul pollice e sull'indice lungo tre assi. Nel frattempo, sulla base del fotogramma di calibrazione 3D, è stata generata una vista 3D dello stick e la corrispondente animazione del pollice e dell'indice durante il needling. Il movimento del pollice e dell'indice dell'AM può essere completamente visual...

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China (Grant Number. 82174506).

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Cornice di calibrazione 3DQualsiasi marca15 x 15 x 15 cm
Aghi per agopuntura SuzhouMedical Appliance Factory0,35 x 40 mm
Nastro biadesivoQualsiasi marcaRotondo, 1 cm di diametro
Sfere riflettentiSimi Reality Motion Systems GmbHda 6,5 mm di diametro
Western Digital CorporationSDXC UHS-I
Lettore di schede SDUGREEN Group LimitedUSB 3.0
Simi MotionSimi Reality Motion Systems GmbHVer.8.5.15
TamponeQualsiasi marcaLa frazione di volume dell'etanolo è del 70% -80%
Tre fotocamereVictor Company of Japan, LimitedJVC GC-PX100BAC
Tre treppiedi Qualsiasimarca
Scheda SD

References

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