Method Article

Rastreamento tridimensional do movimento do dedo durante a necessidade: uma solução para a análise cinemática da manipulação da acupuntura

DOI:

10.3791/62750

⸱

October 28th, 2021

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

In This Article

Summary

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

Este método experimental descreve uma solução para a análise cinemática da manipulação da acupuntura com tecnologia tridimensional de rastreamento de movimento de dedo.

Abstract

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

O rastreamento de movimento tridimensional (3D) tem sido usado em muitos campos, como as pesquisas de habilidades esportivas e médicas. Este experimento teve como objetivo usar a tecnologia de rastreamento de movimento 3D para medir os parâmetros cinemáticos das articulações dos dedos durante a manipulação da acupuntura (AM) e estabelecer três indicadores técnicos "amplitude, velocidade e tempo". Este método pode refletir as características de operação do AM e fornecer parâmetros quantitativos ao longo de três eixos de múltiplas articulações de dedos. As evidências atuais mostram que o método tem grande potencial para aplicações futuras, como o estudo da relação dose-efeito da acupuntura, ensino e aprendizagem do AM, e a medição e preservação do AM dos famosos acupunturistas.

Introduction

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

Como uma espécie de habilidades clínicas da medicina tradicional chinesa (TCM) e estimulação física, a manipulação da acupuntura (AM) é frequentemente considerada como um fator importante que afeta o efeito terapêutico da acupuntura1,2. Muitos estudos confirmaram que diferentes parâmetros de am ou diferentes de estimulação (velocidade de necessidade, amplitude, frequência, etc.) do mesmo AM resultaram em diferentes efeitos terapêuticos3,4,5,6,7. Portanto, a medição de parâmetros cinemáticos relevantes da AM e a análise de correlação com o efeito terapêutico podem fornecer suporte de dados útil e referência para o tratamento clínico com acupuntura8,9.

A medição dos parâmetros cinemáticos do AM começou na década de 198010. Nos primeiros dias, a tecnologia de conversão de sinal elétrico baseada na resistência variável foi usada principalmente para converter o sinal de deslocamento do corpo da agulha em um sinal de tensão ou corrente para exibição e registro dos dados de amplitude e frequência do AM11. Além disso, o famoso testador de técnica de acupuntura da medicina chinesa ATP-II II (ATP-II) com essa tecnologia tem sido usado atualmente por muitas universidades tradicionais de medicina chinesa da China12. Depois disso, com o desenvolvimento contínuo e a inovação da tecnologia de sensores, diferentes tipos de sensores foram utilizados para coletar parâmetros cinemáticos do AM. Por exemplo, o sensor de movimento eletromagnético de três eixos foi anexado à alça da agulha para adquirir amplitude e velocidade necessários13; o sensor de sinal bioelétrico foi colocado no chifre dorsal da medula espinhal do animal para registrar a frequência de necessidade14, etc. Embora a pesquisa quantitativa de AM baseada nos dois tipos de tecnologias acima tenha concluído a aquisição de parâmetros cinemáticos relevantes durante a necessidade, suas principais desvantagens são a incapacidade de realizar a medição não invasiva em tempo real e a mudança da sensação de operação causada pela modificação do corpo da agulha.

Nos últimos anos, a tecnologia de rastreamento de movimento foi gradualmente aplicada à pesquisa quantitativa de AM15,16. Por se basear na análise quadro a quadro do vídeo de necessidade, a medição dos parâmetros de acupuntura pode ser adquirida durante a operação in vivo sem modificar o corpo da agulha. Esta tecnologia tem sido usada para medir os parâmetros cinemáticos como amplitude, velocidade, aceleração e frequência de quatro pontos de rastreamento do polegar e indicador durante a necessidade em um plano bidimensional (2D) e estabeleceu a figura correspondente do dedo-de-dos15. Alguns estudos também mediram a faixa de mudança de ângulo da articulação interfalangeal (IP) do polegar e do indicador com tecnologia semelhante9,17,18. No entanto, os estudos atuais sobre análises am ainda estão limitados principalmente ao plano de movimento 2D, e o número de pontos de rastreamento é relativamente pequeno. Até o momento, não há um método completo de medição e análise de cinemática tridimensional (3D) para AM, e nenhum dado relacionado foi publicado.

Para resolver os problemas acima, este estudo usará a tecnologia de rastreamento de movimento 3D para medir os parâmetros cinemáticos dos sete pontos de rastreamento da mão durante a necessidade. Este protocolo visa fornecer uma solução técnica completa para a análise cinemática em AM, bem como o estudo mais aprofundado sobre a correlação dose-efeito da acupuntura.

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Protocol

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Este estudo foi aprovado pelo comitê de ética do Hospital Yueyang, afiliado à Universidade de Medicina Tradicional Chinesa de Xangai (referência nº 2021-062), e cada participante assinou um termo de consentimento livre e esclarecido.

1. Preparações para experimentos

  1. Configurações da câmera:
    1. Coloque três tripés em frente à mesa de operação e conecte-os com três câmeras.
    2. Defina os parâmetros de filmagem das câmeras da seguinte forma: resolução 1280 x720 pixels, formato MP4, modo manual completo (M), abertura F1.2, obturador 1/1000s, ISO 6400, balanço automático de branco, zoom óptico 0mm.
      NOTA: O ângulo entre cada duas câmeras deve ser definido em 60°-120° (Figura 1A).
  2. Colocação do marcador de rastreamento:
    1. Conecte sete bolas reflexivas com um diâmetro de 6,5 mm na mão da agulha de segurando de cada participante para gravação de vídeo conforme detalhado nas etapas 1.2.2-1.2.4 e mostrado na Figura 2A.
    2. Pulso: Conecte uma bola no ponto médio do estiloide ulna e radial definido como ponto de rastreamento "articulação do pulso "(WJ)
    3. Polegar: Fixar uma bola cada no centro da unha do polegar definida como ponto de rastreamento "ponta do polegar" (TT), a junta IP definida como ponto de rastreamento "articulação da extremidade do polegar" (TEJ) e a articulação metacarpophalangeal (MCP) definida como ponto de rastreamento "articulação base do polegar" (TBJ), respectivamente.
    4. Dedo indicador: Conecte uma bola cada no centro da unha de indicador definida como ponto de rastreamento "ponta indicadora" (FT), a articulação interfalangeal proximal (PIP) definida como ponto de rastreamento "unha do indicador" (FMJ) e a articulação do PCM definida como ponto de rastreamento "unha-de-bico articulação" (FBJ), respectivamente.

2. Filmagem e edição de vídeo

  1. Coloque um pequeno quadro de calibração 3D de 15 cm x 15 cm com 8 pontos na mesa de operação para calibração 3D (Figura 1B,C).
  2. Remova o quadro da mesa depois de tirar um vídeo do quadro de calibração por pelo menos 8 s.
  3. Instrua os participantes a realizar am no ponto de acupuntura LI11 (Quchi) do voluntário, incluindo habilidades de elevação e rodopiante, para controlar a agulha para mover-se para cima e para baixo e girar com polegar e dedo indicador, respectivamente. Faça os vídeos das habilidades acima por pelo menos 10 ciclos.
    NOTA: Os critérios de inclusão e exclusão dos participantes para a realização do AM e voluntários para fornecer pontos de acupuntura para a necessidade são listados. Inclusão do participante: (1) professor ou aluno de acupuntura terminou o capítulo "habilidade de levantamento" e "habilidade de rodagem" no livro didático do curso intitulado "Técnicas e Manipulações de Acupuntura e Moxibustion19; (2) o participante deve ter experiência prática com o corpo humano por mais de 5 vezes. Exclusão do participante: (1) professores ou alunos não acupuntura; (2) estudantes de acupuntura sem qualquer experiência prática com o corpo humano. Inclusão voluntária: (1) idade entre 16 e 60 anos; (2) nenhum dano de pele óbvio, ruptura, suppuração ou exsudação óbvia em torno de LI11 no braço direito. Exclusão voluntária: (1) indivíduos com histórico de tabagismo, abuso de álcool ou drogas; (2) indivíduos com doenças do sistema sanguíneo ou tendência sanguínea óbvia; (3) indivíduos com doença mental crônica ou transtornos mentais; (4) gestantes; (5) indivíduos com histórico de desmaios.
  4. Exporte todos os vídeos das câmeras para o disco designado do computador. Renomeie os vídeos de calibração 3D nas câmeras 1, 2, 3 como "ca-1.mp4", "ca-2.mp4" e "ca-3.mp4".
  5. Sincronizar todos os vídeos de manipulação no software de edição de vídeo (por exemplo, Adobe premiere pro) e exportá-los nomeados como "lifting-thrusting-1.avi", "lifting-thrusting-2.avi", "lifting-thrusting-3.avi", "twirling-1.avi", "rodopiando-2.avi" e "rodopiando-3.avi", respectivamente.
    NOTA: Consulte o Arquivo Suplementar 1 para obter as instruções de sincronização de vídeo do software de edição de vídeo utilizado neste estudo.

3. Configuração do projeto do Simi Reality Motion System (software de captura e análise de movimento)

  1. Abra o software de captura e análise de movimento e escolha Criar um novo projeto. Defina o nome do projeto no Project Label e clique em Criar e Salvar para salvar o projeto no disco designado.
  2. Escolha Especificação > Pontos > Mão Direita/Esquerda e arraste os pontos de rastreamento acima da caixa Pontos Predefinidos para a caixa Pontos Usados e clique no botão Fechar para continuar.
    NOTA: Todas as etapas a seguir tomam como exemplo os pontos de rastreamento da mão direita.
  3. Escolha conexões > de especificações e clique em Nova Conexão
    1. Nome de conexão de entrada "indicador III à direita". Selecione "parado médio direito" como o ponto de partida e linha até o ponto "ponta indicador direito" na mesma janela
    2. Clique nos botões Aplicar e Fechar para terminar o estabelecimento da conexão.
  4. Adicione e renomeie os grupos de câmera
    1. Clique com o botão direito do mouse em Câmeras > Adicionar grupo de câmeras para adicionar novos grupos de câmeras.
    2. O clique com o botão direito do mouse em Câmeras > Renomear para renomear os grupos de câmeras como "grupo de câmeras de elevação" e "grupo de câmeras giratórias", respectivamente.
  5. Clique com o botão direito do mouse no grupo de câmera de elevação > adicionar câmera
    1. Clique no botão Selecionar arquivo na caixa Rastreamento .
    2. Clique em Abrir arquivo existente e selecione o vídeo de operação "levantando-empurrando-1.avi" na próxima janela e clique em Aplicar para terminar a importação de vídeo.
    3. Semelhante às ações acima, clique em Selecionar arquivo na caixa de calibração 3D e importe o vídeo de calibração correspondente "ca-1.mp4".
  6. De acordo com a etapa 3.5, continue importando os vídeos de operação "levantando-empurra-2.avi" e "levantando-empurrando-3.avi", e seus vídeos de calibração correspondentes "ca-2.mp4" e "ca-3.mp4" no Grupo de Câmeras de Elevação, respectivamente.
    NOTA: Deve haver 3 câmeras no Grupo de Câmeras de Elevação na janela do projeto após as seções 3.4 e 3.5.
  7. De acordo com as etapas 3.4, 3.5 e 3.6, importe os vídeos de habilidade de rodopiante e calibração para o Twirling Camera Group.

4. Análise de vídeo

  1. Calibração 3D para cada câmera
    1. Expanda o grupo de câmeras de empuxo de elevação e clique com o botão direito do mouse nas propriedades > de elevação-impulso-1.
    2. Clique no botão de calibração 3D na caixa de calibração 3D ; inserir a descrição e adicionar 8 pontos clicando no botão Adicionar ponto por 8 vezes
    3. Clique em Aplicar após definir o nome e o valor correspondente x, Y, Z para cada ponto de acordo com os parâmetros de calibração (Tabela 1).
    4. Depois de configurar todos os pontos, mova o mouse para clicar em cada ponto final do vídeo de calibração para terminar a calibração 3D.
    5. Siga os passos 4.1.1-4.1.4 para completar a calibração 3D das outras câmeras do mesmo grupo e as câmeras do Twirling Camera Group.
  2. Rastreamento de movimento do dedo 3D
    1. Clique com o botão direito do mouse no Grupo de Câmera de Elevação > rastreamento 3D, selecione todas as câmeras e clique no botão OK para abrir a janela de rastreamento 3D .
    2. Defina a correspondência de padrões de uso (todos os pontos) para todas as câmeras e clique manualmente em todos os pontos de rastreamento do primeiro quadro.
    3. Clique no botão Pesquisar automaticamente para iniciar o rastreamento automático em 3D quadro por quadro.
    4. Siga os passos 4.2.1-4.2.3 para concluir o rastreamento de movimento do Twirling Camera Group.
      NOTA: Se um ponto de rastreamento for perdido durante o rastreamento 3D automático, selecione a linha de ponto perdida, clique com o botão direito do mouse no Ponto de Descarte Daqui e, em seguida, clique novamente no ponto e no botão Pesquisar automaticamente . Selecione Sim , se a mensagem "Nenhum quadro de início para rastreamento foi definido para 3 câmeras selecionadas). ele pode ser definido individualmente em propriedades da câmera. Você quer definir o quadro de partida para o quadro 0 para todas as câmeras sem moldura inicial e continuar agora?" aparece.
  3. Exportação de dados
    1. Clique com o botão direito do mouse no Grupo de Câmera de Elevação > novo cálculo 3D, selecione todas as câmeras e verifique atualizar dados continuamente e armazenar dados explicitamente em arquivo na janela Criar dados 3D . Clique no botão OK para continuar.
    2. Clique com o botão direito do mouse na pasta Levantando-thrusting-3D Coordena dados > exportação, verifique títulos de coluna, nomes de rastreamento, tempo de partida e frequência, informações de tempo na primeira coluna, X, Y, Z, v(X), v(Y), v(Z) na janela de exportação
    3. Clique no botão Exportar para exportar o arquivo de dados (*.txt) com o nome personalizado. Exporte o arquivo de dados do Twirling Camera Group da mesma forma.

5. Análise de dados

NOTA: Um script PHP original é usado para navegar e analisar os arquivos de dados exportados pelo software de captura e análise de movimento. Todo o código-fonte foi compartilhado em um repositório do GitHub20.

  1. Depois que os arquivos de dados exportados do software de captura e análise de movimento forem carregados em uma pasta específica do servidor executando este script, abra o script e insira o nome de usuário e senha para fazer login.
  2. Clique em Adicionar novo participante, selecione o tipo e gênero do participante e insira o Nome do Participante, Idade e Tempo de Prática na página pop-up; clique em Enviar para terminar de adicionar um novo participante.
  3. Clique em Adicionar novo registro correspondente ao participante recém-adicionado na página da lista e, em seguida, insira o Nome da Pasta contendo os arquivos de dados carregados do software de captura e análise de movimento e selecione a Data de Operação; clique em Enviar para continuar.
  4. Clique em Análise correspondente ao registro de operação recém-adicionado, em seguida, selecione Habilidade e clique em Enviar. O script identificará e exibirá todas as cristas e cochos válidos para revisão manual.
    NOTA: Uma determinada crista ou cocho pode ser reselecionado manualmente na lista de drop-down correspondente se o script o identificar incorretamente. Com base nessas cristas e cochos, os valores médios de amplitudes e velocidades ao longo de três eixos de cada ponto de rastreamento e o tempo de operação de elevação, empuxo, rodopiando para a esquerda e girando ações certas podem ser calculados e exibidos pelo script. O método de cálculo desses parâmetros é mostrado na Figura 3.

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Results

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Após o estabelecimento deste método experimental, as habilidades de elevação e rodopiante de am básicos de dezenove professores de acupuntura da Escola de Acupuntura-Moxibustion e Tuina da Universidade de Xangai de TCM foram medidas usando rastreamento de movimento 3D. De acordo com a definição de um sistema de coordenadas articulares (JCS) para o ombro, cotovelo, pulso e mão proposto pelo Comitê de Padronização e Terminologia (STC) da Sociedade Internacional de Biomecânica21, foram selecionados s...

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Discussion

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

Este estudo estabeleceu o método de medição dos parâmetros cinemáticos de AM in vivo e obteve os dados de amplitude de movimento, velocidade e tempo de operação dos seis pontos de rastreamento importantes no polegar e indicador ao longo de três eixos. Enquanto isso, com base no quadro de calibração 3D, foram geradas uma visão de vara 3D e uma animação correspondente do polegar e do indicador durante a necessidade. O movimento do polegar e do indicador de AM pode ser totalmente exibido com a reprodução síncrona d...

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Disclosures

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Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgements

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

Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciência Natural da China (Grant Number. 82174506).

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Quadro de calibração 3DQualquer marca15 x 15 x 15 cm
Agulhas de acupunturaSuzhou Medical Appliance Factory0,35 x 40 mm
Fita dupla faceQualquer marcaRedondo, 1 cm de diâmetro
Bolas reflexivasSimi Reality Motion Systems GmbHCartão SD de 6,5 mm de diâmetro
Western Digital CorporationSDXC UHS-I
Leitor de cartão SDUGREEN Group LimitedUSB 3.0
Simi MotionSimi Reality Motion Systems GmbHVer.8.5.15
SwabQualquer marcaA fração de volume do etanol é de 70% -80%
Três câmerasVictor Company of Japan, LimitedJVC GC-PX100BAC
Três tripésQualquer marca

References

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