鍼の操作でモーションパターンを可視化

Summary

ここでは、ファントムツボを使用して鍼灸操作技能の訓練で鍼灸操作教育システム（AMES）を使用するためのプロトコルを提示します。

Abstract

鍼灸操作は臨床現場の開業医によって大きく異なり、初心者の学生に鍼灸操作の技術を巧みに行う方法を教えることは困難です。鍼灸マニピュレーション教育システム(AMES)は、視覚的なフィードバックを使用して鍼灸マニピュレーションのスキルを向上させるために設計されたオープンソースのソフトウェアシステムです。鍼灸マニピュレーショントレーニングの方法は、ファントムツボとモーションセンサーを使用して、マニピュレーションスキルが持ち上げたり、突き刺したり、回転したりしているかどうかに関係なく、最適な動きや意図された動きに加えて、生徒の鍼マニピュレーションの実際の動きを視覚的にフィードバックします。その結果、学生はこの方法を使用してトレーニングすることで操作スキルを向上させることができることがわかりました。このビデオでは、ファントムツボの製造プロセスを示し、ファントムツボの作成やこのシステムの操作に関心のある個人の注意が必要ないくつかの問題について説明します。

Introduction

鍼灸操作教育システム（AMES）はvisuo-運動学習を通して鍼操作を教えることを目的に、学生の鍼治療の操作スキルを強化するために開発されました。このプログラムは、グラフィックユーザインタフェース（GUI）ソフトウェアを使用して鍼治療のトレーニングの新規なアプローチです。このシステムは、学生が同時に自分の実際の動きと意図した動きを観察することができます。この視覚的なフィードバックは、学生が自分の鍼操作スキルを向上させることができます。

このような詳細な指示書または歯科用の柔軟な金型など、さまざまな手法やツールは、医療処置^1-2について学生を教育するために開発されています。鍼治療では、古典的な医療テキストは患者に対して異なる効果を持っている鍼操作の様々な方法の指示が含まれています。最近、いくつかの研究は、3DステレオDISPを使用して鍼灸トレーニングのためのバーチャル・リアリティシステムを提案しましたリアルタイム^3-4に触覚フィードバックを置き、現実的。過去の開発の多くは、医療処置^5-6に関与解剖学的構造に焦点を当てたのに対し、鍼治療のトレーニングにおける最近の発展は、ニードリングの感覚またはどのと同様の設定を提供するために、人工皮膚パッドを使用して、仮想現実システムに焦点を当てています鍼灸鍼の実際の臨床実習が^7-8を発生します。以前の研究で説明したように、新しいシステムは^、9をニードリング練習すると安価でポータブルなツールを使用して鍼灸針の容易な取り扱いを可能に鍼操作を視覚化するための表示システムを提供します。鍼¹⁰用に設計されたモーションセンサーを使用して、このシステムは、学生や若い医師は、視覚的なフィードバックと^11-12の学習visuoモータを使用して鍼灸操作のパフォーマンスを向上させることができます。

Protocol

以下に示す手順では、高麗大学、ソウル、大韓民国の治験審査委員会によって承認されました。

1.ファントムツボを構築

注：ファントムツボに鍼の操作を練習することは人間のツボに練習から品質の異なる感じていなければならないので、人間のツボと同様のトルク振幅を持つファントムツボの作成は、この方法を適用する上で重要です。このように、徹底的な開発と検証プロセスは、事前に定義された人間のツボとしてファントムツボを修飾するために必要です。 5％のアガロースゲルは、親指と人差し指¹³との間に配置されLI4のツボと同様トルク振幅（59.2±4.5および58.7±4.6μNm、それぞれ）を有することが示されました。

1. 15ミリリットルの蒸留水に0.75グラムアガロースを追加し、アガロースゲルを溶解します。アガロースが透明になるまで20秒間電子レンジ内に溶液を温めます。 concentratを使用してください人間のツボと同様のトルク振幅を有するファントムツボを作るための5％（0.75 g）でのイオン（ 例えば 、LI4のツボ; 図1）。
2. 2ミリリットルの部分にアガロースゲルを分割し、5チューブでそれらを封印。火傷を避けるために手袋を着用していることを確認します。 2時間室温（25℃）で垂直にチューブを配置するように注意してください。
3. 刺激と特異的に鍼操作^10を測定するように設計された鍼とモーションセンサーを使用して、新しく作成したファントムツボの生体力学的な力の程度を評価します。評価を開始する前に、センサの中心に位置する穴の中に鍼を置きます。フーリエ変換により算出された周波数領域での電力を使用して周波数を評価します。
4. ファントムツボに鍼を適用します。針がゲル表面よりも15ミリメートル深い場合には1フルサークルを時計回りと反CLOを回転させながら、15秒間針を回転させます1秒（1 Hz）でckwise。可能な場合は、モーションセンサー、リアルタイムのグラフと回転の速度を確認します。鍼操作後のゲルから針を引き出します。

鍼灸操作教育システムの2.実施

1. このような親指と人差し指の間に位置するツボですツボLI4、など実際の人間の腕、のと同様のトルク振幅を示し、5％アガロースゲルファントムツボを（プロセスはステップ1.1で説明）を準備します。
2. 鍼の操作を練習しながら、可能な創傷または感染を避けるために鍼を操作する前に、アルコールベースの​​手の消毒剤を使用して手を消毒します。
3. このプログラムを使用して鍼治療を実践。このプログラムは、Webサイトからダウンロード：http://cmslab.khu.ac.kr/downloads/amesして、プログラムをインストールします。コンピュータ上のプログラムを起動し、モーションセンサーを準備します。駅の前に、センサの中心に位置する穴を通して鍼を置き評価をrting。鍼灸針をセンサに接続されていないので、センサーが針の動きを計測しながら、穴を通って針を動かすために準備すること。針を挿入し、操作するためのファントムツボを準備します。
4. 様々な周波数および非対称の動きなど、鍼操作のさまざまなテンプレートから選択してください。操作を開始する前に、グラフィック・ユーザ・インタフェース（GUI）ソフトウェア上で表示される2つのラジオボタンのいずれかを押すことによって持ち上げ/突き上げまたは回転操作技術から選択して、練習のための意図した動きが1のパターンは以下のかどうかを決める：1の比率を、1：2の比率、または2：1の比正弦グラフ。
5. モーションセンサーで位置鍼（0.25×40ミリメートル）、それを操作する準備ができているように。針とセンサーの下でファントムツボを置きます。
6. 2軸アクチュエータを使用して、モーションセンサを較正します。 participで鍼を置きアリの指を押し、画面に調整します。キャリブレーションにより、2軸アクチュエータは、深さがゼロ値として現在の位置を認識し、調整します。
7. 鍼操作の実際の移動が測定されている間に、約1分間、ファントムのツボに鍼を操作します。彼らが意図した移動に伴って、同時に彼または彼女の鍼操作の実際の動きを表示するには、針を操作するように、参加者が画面を見ています。送信された実際の動きは緑の線として表示され、目的とする運動のテンプレートは同時に赤い線のように重なっています。
8. リアルタイムモーション波データを取得するソフトウェアで提示ボタンをクリックすることで、モーションセンサを使用して、鍼治療操作の持ち上げ/押圧法（80.3 Hzのサンプリングレート）。リアルタイムモーション波データはまた、回転法を使用して取得することができます。
9. acupuncを強化するために、この少なくとも8回繰り返しトゥーレの操作スキル。

3.データ処理

1. 無限インパルス応答（IIR）を適用することによって、変動低周波信号（<0.2 Hz）と、高周波ノイズ信号（> 5 Hz）を除外する。より低い0.2 Hzまたは5ヘルツよりも高いのいずれかである周波数信号内の情報のフィルタリングを可能にするバターワースフィルタを使用します。
2. 極大と極小点を検出することにより、繰り返し運動部への参加者のフィルタリングされた信号を分離します。
3. 各参加者のためのパターンテンプレートを生成するには、すべてのサンプリング単位で時間（サンプリングされた運動単位の長さ）と振幅（リフティング/スラストまたは回転の大きさ）を正規化します。
4. 参加者ごとにサンプリングされた運動単位の平均振幅と持続時間を計算します。
5. 、フーリエ変換を用いて、実際の動きからの主な周波数を抽出するようにintendeの主な周波数と周波数との誤差参加者は、1分間のトレーニングセッションを終了した後、Dの動きは、プログラム画面に表示されています。
6. 一般化加法混合モデル（GAMM）メソッド^9を用いて^、各参加者の正規化された運動単位を分析します。
   注：GAMMでは、モデルの個々の単位（U）のための時間（t）における平滑関数の和として参加し、ランダムインターセプトのための単一の操作運動（M）。換言すれば、モデルM = 秒（T）+ Mは、参加者の動きであるB（U）、S（t）は時間的に滑らかな関数であり、B（U）は 、個々のユニットのランダムな切片です。我々の以前の研究では、詳細⁹にGAMMモデルと平均二乗誤差（MSE）の計算を説明しました。
7. 第一および鍼操作⁹の最後の裁判の間に参加者が意図した動きと実際の動きの抽出された動きパターンとの間の平均二乗誤差（MSE）を計算します。
8. 視覚フィードバック後の鍼操作の変化を識別するために、二標本t検定を使用して、最初と最後の試験からのデータを分析します。

Results

鍼灸操作教育システム（AMES）は、回転操作や鍼治療のリフティング/突き上げ法を可視化する教育システムです。ここでは、1-Hzの回転操作（ 図1）の間の動きとトルク振幅の波形生データの一例を示します。 図2Aに示すように、プログラムが同時にvisuo-運動学習を可能にする、異なる色のラインを使用して実際の動きと意図された動きを可視化します。また、異なる動き（ 図2B）の対称性と周波数に応じた動きを突き/回転および昇降のための様々なテンプレートがあります。参加者は鍼操作を完了した後、リアルタイムモーションの生データは、各参加者の実際の鍼操作の抽出サンプルモーションを生成するために処理されます。サンプリングされた動きは、エラーを計算するために使用され意図した動きと処理後の実際の動き（ 図3）の間。分析時に、複雑な持ち上げ/押圧セッション中鍼操作の動きパターンが改善されます。推定された動きパターンの回帰曲線は、事前訓練試験（ 図4A）と比較して訓練後試験における運動テンプレートに近いです。また、トレーニング（ 図 4B）は、次の複雑なリフティング/突っ込みセッションで重大な形状誤差の減少があります。

1 Hzの回転操作時のモーション振幅とトルクの波形生データの図1の例（左：人間のツボ、右：ファントム経穴）。5％（0.75グラム）のアガロースの濃度は、トルク振幅を有するファントムツボを作成するために使用されました人間のツボと同様のS（ 例えば 、LI4経穴）。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

プログラム。Aの図2.概要 ）プログラムのスクリーンショット。モーションセンサーから送信された実際の動きは緑の線として表示され、意図した動きのテンプレートが同時に重なっている、赤い線として現れる。B）鍼操作運動の様々なテンプレート。鍼治療のためのこの教育プログラムは、回転すると、鍼のリフト/スラスト運動の両方のためのトレーニングをサポートしています。様々なテンプレートが様々な周波数および非対称の動きを学ぶために設けられている。 PLE ASEこの図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

に観測されたデータ数のリサンプリングとデータ処理とエラー計算を通じて参加者のサンプルモーションの図3.抽出。裁判で（a）は、生のモーションデータ、（b）は同定されたサンプリングされたモーションユニット、（c）の正規化特定の番号（50）、0と1の間の振幅を突っ込みリフティングのリスケーリング（d）の正規化/、および（e）は、個々 の運動とテンプレート形状との間の平均二乗誤差を計算する。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

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図4.データ解析トレーニング前と後。事前研修や訓練後の試験間の動きのパターンのA）の比較。エイト訓練試行は、事前・事後研修との間で行われました。一般化加法混合モデル（GAMM）、および意図された運動（黒線）前と訓練後のテンプレートを通る単一運動単位（青い点線）、当てはめモデル（赤線）が表示されます。B）ボックスとMSE値のウィスカープロット。平均二乗誤差（MSE）は、事前トレーニングとポスト訓練試行間で比較しました。この参加者は、このプログラムを使用した後、プリ訓練試行におけるより後の訓練試行で有意に低いMSE値を示したことが分かる。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

Discussion

現在の手順では、鍼操作ファントムツボの作成から教育や参加者の臨床試験から得られたデータの分析にAMESプログラムのアプリケーションのプロセスを追跡します。ファントムツボをアガロースゲルから生成され、そして溶液を注意深くヒトツボの動きとトルクの振幅が類似するように調整する必要があります。私たちは、他の経穴のものと類似していたトルク振幅を有するファントムツボの種類を開発しました。これらは、異なる解剖学的特徴¹³とツボを使用して1つのような、より包括的な鍼操作訓練プロトコルに適用することができます。また、モーションセンサを使用することは、運動と力のパターン¹⁰の観点から針操作の定量化を可能にします。ファントムのツボと鍼治療針を使用して、このプログラムは、Tからのモードを変更することにより、鍼操作の異なる種類の訓練にも適用することができます彼の回転や/持ち上げる方法を突き出すと、周波数やパターンを変更することもできます。また、データ処理を通して参加者のサンプルの動きを抽出することにより、参加者は、その鍼操作の動きを見ると即座に実際の意図の動きとの間の差を比較することができます。さらに、GAMMは、一般化加法モデル（GAM）法に基づいて、混合モデルの枠組みの中で円滑な機能の仕様を可能にします。トレーニング前後の動きパターンを比較することにより、参加者は、訓練の結果として鍼操作の改良に関する情報を受信することができます。

教育や医療処置を調節するためのさまざまな方法やツールがあります。一つは、このような標準作業手順（SOP）のように、設定の詳細、書かれた命令です。このアプローチの目的は、優れた臨床実践の目標を達成するために特定の機能の性能の均一性を達成することである¹ 。我々のファントムツボ方法と同様の別のアプローチは、柔軟な成形型^2を含む歯科用モデル、に見出されます。以前の研究では、脳脊髄液^14を得るために^、硬膜外注射シミュレータで訓練のためのフォースフィードバックを使用していました。ファントムツボは、鍼治療の操作を実行するために学生を養成ファントムベースの教育プログラムに有用です。これは、鍼治療などの医療処置に関連する教育プログラムにおける重要な進歩です。一方、原因針操作動きパラメータに関する定量的かつ客観的な情報がないため、鍼操作の洗練された動きを学習することは困難です。この問題を解決するために、Davis らは、二つの異なる鍼技術¹⁰に異なるニードリング運動と力のパターンを定量化するための動きと力センサを開発しました。

感覚運動学習をdを低減しようとする感覚フィードバックに基づいています希望と実際の動きとの間でiscrepancies。人間は、その動きの各成分の誤差勾配を推定し、移動誤差に基づいて反復訂正を通じて性能を向上させることができます。審理後の視覚的なフィードバックが誘発されるのに対し、認知戦略を使用して改善、visuoモータマッピングの自動再校正を通じて同時視覚フィードバック強化されたモータの性能：アイソメトリックターゲット集録タスクは、2つの異なる方法でパフォーマンスを改善することが示された時に視覚的なフィードバック。 AMESは常に参加者がフィードバックを得て、彼または彼女の操作技術を修正することができ、参加者の動きに合わせて移動する振動の形で鍼の操作を提示します。

このプロトコルでの重要なステップは、プログラムのBAとして、針の位置を認識するように、それは幻のツボ内でもない深すぎず浅すぎるので、鍼灸針の位置を調整することです画面上のテンプレートと同じレベルでselineおよびshow動き。参加者は、慎重に操作運動を開始する前に、画面とツボの位置を確認する必要があります。

周波数、振幅、正弦波の比を調節することにより、意図した運動および鍼操作の実際の動きの視覚化は、参加者にフィードバックを提供します。参加者にこのリアルタイムフィードバックは、操作エラーの最小化を可能にします。このプログラムでの可視化は、時間間隔で、または鍼操作の回転および昇降/スラスト運動の速度だけでなく、動きのパターンの変化の描写を可能にします。 1,2：1、または1：たとえば、リフト/押圧のモードが1の割合であることができる2、および/反時計回りの時計回りに回転させるモードで0.5、1、または2 Hzであることができます。リアルタイムの視覚的フィードバックの効果を高め、移動誤差を把握するために学生を有効にするには、このプログラムは、定量化された測定値¹²に基づいて、誤差フィードバックを使用して試した後、参加者によって制定され、意図と実際の動きとの差異に関する情報を提供します。

鍼治療教育の標準化が原因でこのような行為に関与して鍼の複雑な操作に困難です。動きの異なる形態は、tonifyingとして鍼治療の異なる方法、及びリフティング/スラスト運動中の還元方法を可視化するために必要とされます。最近の研究は、医療処置中ならびにファントムモデル^10-11のような医療処置に使用されるツールおよび方法のシミュレーションに身体構造の可視化を向上させるための表示システムに焦点を当てています。視覚的に鍼操作中に行われる手の動きの運動パターンを提示することによって、このシステムは、学生や若い医師は、洗練された手の動きの彼らのパフォーマンスを向上させることができます鍼灸針操作のために必要。したがって、私たちのプログラムは、簡単かつ効率的に準備して標準化された鍼の練習を得ることができる鍼治療のトレーニングの新しい形を提案しています。また、このプログラムは、鍼治療教育visuo-運動学習を提供するために使用することができ、参加者によって実行鍼ニードリングに十分なデータを提供します。

次のようにここで紹介する手法の限界があります。まず、操作のためのテンプレート曲線は人工実際の設定で操作動き異なり得ることを意味し、生成されます。時計回りと反時計回りの動きの方向を可視化によく示されていないように、第2の発振によって提供される回転方法についての情報は、直感的に明らかではありません。最後に、我々のプロトコルは、別のacupunctuである、一緒に突き刺し/回転および昇降の組み合わせのスキルの訓練を提供するプログラムが含まれていません。操作スキルを再。今後の研究では、これらの制限のいくつかを克服するために突っ込み/回転および昇降の組み合わせのスキルを含む熟練した臨床医からのテンプレートを提供します。

要約すると、鍼治療のトレーニングのための新しく開発されたプログラムは、視覚的なフィードバックを使用し、鍼と鍼の動きの正確な測定の容易な取り扱いを可能にする装置を用い、鍼治療教育のための新しい方法を提供します。また、鍼灸鍼を練習すると費用対効果の高いツールです。医療処置中に身体の部分の可視化システムを越えて移動すると、このプログラムは、医療処置自体の可視化を提供するために、グラフを使用しています。私たちのプログラムはシンプルかつ効率的で、鍼ニードリング上の標準化されたプラクティスとデータで結果鍼治療のトレーニングのための新規な方法を提案しています。

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
アガロース	ロンザ	50002
セーフロックチューブ	エッペンドルフ	T2795-1000EA
モーション&フォースセンサー	ストロマテック	アキュセンサー	www.stromatec.com
鍼	セイリン		Jタイプ 和針