Summary
Här presenterar vi ett protokoll för att använda akupunktur Manipulation utbildningssystemet (AMES) i utbildningen av akupunktur manipulation färdigheter med hjälp av fantom akupunkter.
Introduction
Akupunktur Manipulation utbildningssystem (AMES) har utvecklats för att förbättra elevernas akupunktur manipulation kompetens, med målet att lära akupunktur manipulation genom visuo-motorisk inlärning. Detta program är en ny metod för att akupunktur utbildning som använder ett grafiskt användargränssnitt (GUI) programvara. Detta system gör det möjligt för eleverna att samtidigt observera sin egen verkliga rörelsen och den avsedda rörelsen. Detta visuell feedback hjälper eleverna att förbättra sina akupunktur manipulation färdigheter.
Olika metoder och verktyg, såsom detaljerade skriftliga instruktioner eller flexibla formar för tandvård, har utvecklats för att utbilda studenter om medicinska procedurer 1-2. I akupunktur, har klassiska medicinska texter ingår instruktioner om olika metoder för akupunktur manipulation som har olika effekter på patienter. Nyligen föreslog en virtuell verklighetssystem för akupunktur utbildning med hjälp av en 3D-stereo disp flera studierlåg och realistisk haptisk återkoppling i realtid 3-4. Medan många av de senaste utvecklingen fokuserat på de anatomiska strukturer som deltar i medicinska procedurer 5-6, har den senaste utvecklingen inom akupunktur utbildning inriktad på känslan av nålning eller en virtuell verklighet system med konstgjord hud kuddar för att ge en inställning som liknar den i vilken faktiska klinisk praxis av akupunktur nålning sker 7-8. Som förklaras i tidigare studier, ger det nya systemet ett återgivningssystem för visualisering av akupunktur manipulation som möjliggör enkel hantering av akupunkturnål med hjälp av billiga och portabla verktyg för att öva nålning 9. Med hjälp av en rörelsesensor avsedd för akupunktur 10, hjälper detta system studenter och unga läkare att förbättra sin akupunktur manipulation prestanda när du använder visuell feedback och visuo-motor lärande 11-12.
Protocol
De förfaranden som presenteras nedan godkändes av Institutional Review Board of Korea University, Seoul, Sydkorea.
1. Konstruera Phantom Akupunkter
Obs: Skapandet av en fantom acupoint med en liknande vridmoment amplitud som en mänsklig acupoint är viktigt vid tillämpningen av denna metod eftersom öva akupunktur manipulation på en fantom acupoint inte måste känna annorlunda i kvalitet från öva på en mänsklig acupoint. Således är en grundlig utveckling och valideringsprocess som krävs för att kvalificera en fantom acupoint som en fördefinierad mänsklig acupoint. En 5% -ig agarosgel visade sig ha en liknande moment amplitud (59,2 ± 4,5 och 58,7 ± 4,6 μNm, respektive) till LI4 acupoint, som ligger mellan tummen och pekfingret 13.
- Lägga 0,75 g agaros till 15 ml destillerat vatten och lös upp agarosgelen; värma lösningen i en mikrovågsugn under 20 s tills agarosen blir transparent. Använda en Koncentratjon av 5% (0,75 g) för att göra fantomakupunkturpunkter för moment amplituder som liknar dem av humana akupunkturpunkter (t.ex., den LI4 acupoint; Figur 1).
- Dela upp agarosgelen i 2 ml portioner och försegla dem i fem rör. Se till att bära handskar för att undvika brännskador. Vara noga med att placera rören vinkelrätt vid rumstemperatur (25 ° C) under 2 timmar.
- Utvärdera graden av stimulans och biomekanisk kraft nyskapade fantom akupunkter med hjälp av en akupunkturnål och rörelsesensorn särskilt utformade för att mäta akupunktur manipulation 10. Positionera en akupunkturnål i ett hål som finns i mitten av sensorn innan utvärderingen. Utvärdera frekvensen med ström i frekvensdomänen beräknas av Fourier transformation.
- Applicera akupunktur till fantom acupoint. När nålen är 15 mm djupare än gelytan, rotera nålen för 15 sekunder medan du roterar en full cirkel medsols och kontra CLOckwise i en sekund (1 Hz). Om möjligt, kontrollera rotationshastigheten med en rörelsesensor i realtid grafen. Dra nålen från gelén efter akupunktur manipulation.
2. Genomförandet av akupunktur manipulation Utbildningssystemet
- Bered en 5% agarosgel fantom acupoint (process som nämns i steg 1,1) som visar en vridmoment amplitud liknande den hos en verklig mänsklig arm, såsom acupoint LI4, vilket är en akupunkturpunkt belägen mellan tummen och pekfingret.
- Desinficera händerna med ett alkoholbaserat hand sanitizer innan akupunktur manipulation för att undvika eventuella sår eller infektion samtidigt som man övar akupunktur manipulation.
- Praxis akupunktur med detta program. Ladda ner programmet från webbplatsen: http://cmslab.khu.ac.kr/downloads/ames och installera programmet. Starta programmet på datorn och förbereda rörelsesensorn. Placera en akupunkturnål genom hålet befinner sig i mitten av sensorn före starting utvärderingen. Eftersom akupunkturnål inte är fäst vid sensorn, vara beredd att flytta nålen genom hålet medan sensorn mäter rörelsen av nålen. Förbered fantom acupoint att infoga och manipulera nålen.
- Välja mellan olika mallar av akupunktur manipulation, inklusive olika frekvenser och asymmetriska rörelser. Innan du startar manipulation väljer att lyfta / drivande eller roterande manipulation teknik genom att trycka på en av de två alternativknapparna som visas på det grafiska användargränssnittet (GUI) programvara och besluta om den avsedda rörelsen för praktiken följer mönstret av en 1: 1-förhållande , en 1: 2-förhållande, eller en 2: 1-förhållande sine graf.
- Placera akupunkturnål (0,25 x 40 mm) i rörelsesensorn, så att det är redo att manipuleras. Placera fantom acupoint under nålen och sensorn.
- Kalibrera rörelsesensorn med användning av en två-axlig ställdon. Placera akupunkturnål med participant finger och tryck Kalibrera på skärmen. Genom kalibreringen kommer tvåaxliga ställdon igen och justera den aktuella positionen som ett nollvärde på djupet.
- Manipulera en akupunkturnål på fantom acupoint under ca 1 min medan den verkliga rörelsen av akupunktur manipulation mäts. Har deltagaren titta på skärmen när de manipulerar nålen för att visa den verkliga rörelsen av hans eller hennes akupunktur manipulation samtidigt, tillsammans med den avsedda rörelsen. Överförs verkliga rörelsen visas som den gröna linjen, och mallen av den avsedda rörelsen samtidigt lappas som den röda linjen.
- Förvärva realtid rörelse ljuddata (80,3 Hz samplingsfrekvens) för lyft / stack metod för akupunktur manipulation med hjälp av rörelsesensorn genom att klicka på knappen som presenteras i programmet. Realtids rörelse våg data kan också förvärvas med hjälp av rotationsmetoden.
- Upprepa detta minst åtta gånger för att förbättra acupuncture manipulation färdigheter.
3. Data Processing
- Filtrera bort de fluktuerande lågfrekventa signaler (<0,2 Hz) och högfrekventa brussignaler (> 5 Hz) genom att tillämpa IIR-filter (IIR). Använda Butterworth-filter, som möjliggör filtrering av information i en frekvenssignal som antingen är lägre än 0,2 Hz eller högre än 5 Hz.
- Separera de filtrerade signalerna från deltagarna i upprepade rörelse enheter genom att upptäcka lokala högsta och lägsta.
- För att generera ett mönster mall för varje deltagare, normalisera varaktighet (längd rörelseenheten samplas) och amplitud (storlek av lyft- / stack eller rotation) i varje samplade enhet.
- Beräkna den genomsnittliga amplitud och varaktighet för en rörelseenhet samplas för varje deltagare.
- Extrahera huvudfrekvensen från den verkliga rörelsen med hjälp av en Fourier-transform, så att felet mellan huvudfrekvensen och frekvensen hos den intended rörelse visas på programfönstret efter deltagaren avslutar ett 1-minuters träningspass.
- Analysera normaliserade rörelseenheterna för varje deltagare med hjälp av en generaliserad additiv blandad modell (GAMM) metod 9.
Obs! I GAMM, modell en enda manipulation rörelse (M) för en deltagare som summan av smidig funktion i tiden (t) och slumpmässiga fångar för enskilda enheter (u). Med andra ord, modell M = s (t) + B (U), där M är förslaget till en deltagare, s (t) är en smidig funktion i tid, och B (U) är slumpmässiga fångar för enskilda enheter. Vår tidigare studie förklarade GAMM modellen och beräkningen av medelkvadratfelet (MSE) i detalj 9. - Beräkna medelkvadratfelet (MSE) mellan den avsedda rörelsen och den extraherade rörelsemönstret för den verkliga rörelsen av deltagaren mellan den första och den sista försök av akupunktur manipulation 9.
- Analysera data från den första och den sista studie med en tvåprovs t-test för att identifiera förändringar i akupunktur manipulation efter visuell feedback.
Representative Results
Akupunktur Manipulation Education System (AMES) är ett utbildningssystem som visualiserar den roterande manipulation eller lyft / drivande metod för akupunktur. Här visar vi ett exempel på vågformen rådata av rörelse och vridmoment amplitud under en 1-Hz roterande manipulation (Figur 1). Såsom visas i fig 2A, programmet samtidigt visualiserar den verkliga rörelsen och den avsedda rörelsen med hjälp av olika färglinjer, vilket möjliggör en visuo-motorisk inlärning. Dessutom finns det olika mallar för att rotera och lyfta / drivande rörelser beroende på symmetrin och förekomst av olika rörelser (Figur 2B). Efter att deltagarna slutföra akupunktur manipulation, är rådata i realtid rörelse bearbetas för att producera ett extraherat prov rörelse av varje deltagares faktiska akupunktur manipulation. Den samplade rörelse används för att beräkna feletmellan den avsedda rörelsen och den verkliga rörelsen efter bearbetning (Figur 3). Vid analys, är rörelsemönster akupunktur manipulation under komplexa lyft / stack session förbättras. De beräknade rörelsemönster regressionskurvor är närmare rörelse mallen i efter utbildning test jämfört med pre-utbildning test (figur 4A). Dessutom finns det en betydande minskning formfel i komplexa lyft / drivande session efter avslutad utbildning (figur 4B).
Figur 1. Exempel på Waverådata of Motion Amplitude och vridmoment under en 1 Hz Roterande Manipulation (vänster: Human acupoint, Höger: Phantom Akupunkt). En koncentration av 5% (0,75 g) agaros användes för att skapa fantom akupunkter med moment amplituder liknar mänsklig acupoints (t.ex. den LI4 acupoint). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2. Översikt över programmet. A) En skärmbild av programmet. Överförs verkliga rörelsen från rörelsesensorn visas som den gröna linjen, och mallen av den avsedda rörelsen samtidigt överlappas, visas som den röda linjen. B) Olika mallar för akupunktur manipulation rörelse. Detta utbildningsprogram för akupunktur stöder utbildning för både roterande och lyft / drivande rörelser akupunkturnål. Olika mallar finns för att lära sig olika frekvenser och asymmetriska rörelser. Ple as klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3. Extraktion av provet Motion av deltagaren genom databehandling och Fel Beräkningar. (A) Rå rörelsedata i en prövning, (b) identifieras samplade rörelseenhet (c) normalisering med samplas av antalet observerade data till en visst antal (50), (d) normalisering med omfördelning av lyft / stack amplitud mellan 0 och 1, och (e) beräkning av medelkvadratfelet mellan enskilda rörelser och mall form. klicka här för att se en större version av denna siffra.
3fig4.jpg "/>
Figur 4. Data Analysis Före och efter träningen. A) Jämförelse av rörelsemönster mellan förberedande utbildning och efter träningsförsök. Åtta träningsförsök utfördes mellan före och efter träning. Enda rörelse enheter (blå streckad linje), den anpassade modell (röd linje) genom en generaliserad additiv blandad modell (GAMM), och mallen av den avsedda rörelsen (svart linje) före och efter träning visas. B) Box och morrhår tomt på MSE-värden. Medelkvadratfelet (MSE) jämfördes mellan pre-utbildning och efter träningen rättegång. Det framgår att denna deltagare visade en signifikant lägre MSE värde i den post-utbildning prov än i pre-utbildning rättegång efter att ha använt det här programmet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Discussion
Det nuvarande förfarandet spårar processen av akupunktur manipulation utbildning från skapandet av fantom akupunkter och tillämpningen av AMES programmet till analys av data förvärvats från deltagarnas prövningar. Fantom acupoints genereras från agarosgel, och lösningen måste justeras noggrant för att likna de rörelse- och moment amplituderna hos mänskliga akupunkturpunkter. Vi utvecklat olika typer av fantom akupunkter med moment amplituder som liknade dem i andra akupunkturpunkter; dessa kan tillämpas på ett mer omfattande akupunktur manipulation utbildning protokoll, såsom en hjälp akupunkter med olika anatomiska särdrag 13. Dessutom, användning av en rörelsesensor medger kvantifiering av nål manipulation i form av rörelse och kraft mönster 10. Använda fantom akupunkter och akupunkturnålar, kan detta program tillämpas på utbildning olika typer av akupunktur manipulation genom att ändra sina lägen från than roterande eller lyft / drivande metod och genom att ändra frekvensen och mönstret. Dessutom, genom att extrahera provet rörelse deltagaren genom databehandling, kan deltagaren se sin akupunktur manipulation rörelse och omedelbart jämföra skillnaden mellan de faktiska och avsedda rörelser. Dessutom GAMM, baserat på den generaliserade additiv modell (GAM) metoden möjliggör specifikation av släta funktioner inom en blandad ram modell. Genom att jämföra rörelsemönster före och efter träning, kan deltagarna få information om förbättringar i akupunktur manipulation som ett resultat av träning.
Det finns olika metoder och verktyg för att utbilda och reglera medicinska procedurer. Den ena är en detaljerad skrivna instruktionsuppsättning, såsom en standardrutin (SOP). Målet med denna metod är att uppnå enhetlighet i utförandet av en specifik funktion för att uppfylla målen för god klinisk praxis 1 2. En tidigare studie använde force feedback för träning med en epidural injektion simulator för att få cerebrospinalvätska 14. En fantom acupoint är användbar i en fantom baserat utbildningsprogram som utbildar eleverna att utföra akupunktur manipulationer. Detta är ett viktigt framsteg i utbildningsprogram i samband med medicinska procedurer, inklusive akupunktur. Å andra sidan, på grund av avsaknaden av kvantitativa och objektiva upplysningar om nålen manipuleringsrörelseparametrar, är det svårt att lära sig de sofistikerade rörelser akupunktur manipulation. För att lösa detta problem, Davis et al. Utvecklat en rörelse och kraftsensor för att kvantifiera olika nålning rörelse- och kraftmönster för två olika akupunktur tekniker 10.
Sensorimotor lärande bygger på sensorisk återkoppling, som syftar till att minska discrepancies mellan önskade och faktiska rörelser. Människan kan uppskatta fel gradienter av varje komponent i sina rörelser och förbättra sina resultat genom iterativa korrigeringar baserade på rörelse fel. Visuell feedback under en isometrisk mål förvärv uppgift visade sig förbättra prestanda på två olika sätt: samtidig visuell feedback förbättrade motorprestanda genom automatisk omkalibrering av visuo-motor kartläggning, medan efter rättegången visuell återkoppling inducerade förbättringar med hjälp av en kognitiv strategi. AMES presenterar akupunktur manipulation i form av en svängning som ständigt rör sig i enlighet med deltagarens rörelse, vilket gör att deltagaren att få feedback och ändra hans eller hennes manipulation teknik.
Det kritiska steget i detta protokoll är att justera positionen av akupunkturnål så det är varken för djupt eller för grunt i fantom acupoint så att programmet kommer att känna igen positionen av nålen som baSeline och show rörelse på samma nivå som mallen på skärmen. Deltagaren måste kontrollera skärmen och placeringen av akupunkturpunkt noggrant innan manipulation rörelsen.
Genom att modulera frekvensen, amplituden, och förhållandet mellan den sinusvåg, de visualiseringar av den avsedda rörelsen och den faktiska rörelsen hos akupunktur manipulation ge feedback till deltagaren. Denna feedback i realtid till deltagaren tillåter minimering av manipulation fel. Visualiseringen i detta program medger återgivning av förändringar i tidsintervallet eller i hastigheten av rotationen och lyft / stack rörelse akupunktur manipulation, liksom i mönstret för rörelsen. Till exempel, kan läget av lyft- / stack vara i förhållandet 1: 1, 2: 1, eller 1: 2, och sättet för roterande medurs / moturs kan vara vid 0,5, 1, eller 2 Hz. För att förstärka effekten av realtids visuell återkoppling och ge studenterna möjlighet att förstå rörelsen felet,Programmet ger information om skillnaden mellan den avsedda och faktiska rörelser som antagits av deltagaren efter studie med feedback fel baserat på en kvantifierad mätning 12.
Standardisering av akupunktur utbildning är svårt på grund av de komplicerade manipulationer av akupunkturnålar som är involverade i denna praxis. Olika former av rörelse som krävs för att visualisera olika metoder för akupunktur, såsom förfriskning och reduktionsmetoder i lyft / tryckkraftalstrande rörelse. Nyligen genomförda studier har fokuserat på displaysystem för att förbättra visualisering av kroppsstrukturer under medicinska procedurer samt simuleringar av de verktyg och metoder som används i medicinska förfaranden, såsom fantom modeller 10-11. Genom att visuellt presentera rörelsemönster handrörelser som utförts under akupunktur manipulation, detta system hjälper studenter och unga läkare att förbättra sina resultat av sofistikerade handrörelserkrävs för akupunkturnål manipulation. Därför föreslår vårt program en ny form av akupunktur utbildning som kan ge standardiserad akupunktur med enkel och effektiv förberedelse. Dessutom ger detta program riklig uppgifter om akupunktur nålningen utförs av deltagarna, som kan användas för att ge visuo-motorisk inlärning i akupunktur utbildning.
Begränsningarna hos den teknik som presenteras här är följande. Först, kommer mallen kurvan för manipulation på konstgjord väg genererade, vilket innebär att den kan skilja sig från den manipulation rörelse i en verklig miljö. För det andra är information om rotations metoder som tillhandahålls av svängning inte intuitivt självklart, eftersom riktning medsols och motsols rörelse är inte väl representerade i visualisering. Slutligen innehåller våra protokoll omfattar inte program som ger utbildning i kombinations kompetens roterande och lyft / drivande tillsammans, vilket är en annan acupuncture manipulation skicklighet. I vår framtida studier, kommer vi att ge mallar från skickliga kliniker som inkluderar kombinations kompetens roterande och lyft / sköt att övervinna några av dessa begränsningar.
Sammanfattningsvis, vår nyutvecklade program för akupunktur utbildning använder visuell feedback och ger en ny metod för akupunktur utbildning, användning av en anordning som möjliggör enkel hantering av akupunkturnålar och exakt mätning av akupunktur rörelse. Det är också ett kostnadseffektivt verktyg för att öva akupunktur nålning. Gå längre än ett visualiseringssystem kroppsdelar under medicinska procedurer, använder programmet grafer för att ge en visualisering av medicinsk åtgärd själv. Vårt program föreslår en ny metod för akupunktur utbildning som är enkel och effektiv och resulterar i standardiserade metoder och uppgifter om akupunktur nålning.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Agarose | Lonza | 50002 | |
| Safe-Lock Tube | Eppendorf | T2795-1000EA | |
| motion and force sensor | Stromatec | Acusensor | www.stromatec.com |
| acupuncture needle | Seirin | J Type Japanese needle |
References
- Thompson, C., et al. Effects of a clinical-practice guideline and practice-based education on detection and outcome of depression in primary care: Hampshire Depression Project randomised controlled trial. Lancet. 355 (9199), 185-191 (2000).
- Dental teaching model. U.S. Patent No. Moore, D. J., Drisko, C. L. , 5,120,229 (1992).
- Heng, P. A., et al. Intelligent inferencing and haptic simulation for Chinese acupuncture learning and training. IEEE Trans Inf Technol Biomed. 10, 28-41 (2006).
- Leung, K. M., Heng, P. A., Sun, H., Wong, T. T. A haptic needle manipulation simulator for Chinese acupuncture. Stud Health Technol Inform. 94, 187-189 (2003).
- Wang, H. S., Yan, Z. G., Cheng, Z., Shao, S. J., Zhuang, T. G. Study on force feedback of acupuncture manipulation at Jianliao (TE 14) based on VOXEL-MAN. Zhongguo Zhen Jiu. 29, 745-748 (2009).
- Li, J., Grierson, L. E., Wu, M. X., Breuer, R., Carnahan, H. Perceptual motor features of expert acupuncture lifting-thrusting skills. Acupunct Med. 31, 172-177 (2013).
- Display system for enhancing visualization of body structures during medical procedures. U.S. Patent. Dumoulin, C. L., Darrow, R. D., Adams, W. J. , 5,526,812 (1996).
- Method for carrying out a medical procedure using a three-dimensional tracking and imaging system. U.S. Patent. Vesely, I., Smith, W. , 5,797,849 (1998).
- Seo, Y. J., et al.
- Davis, R. T., Churchill, D. L., Badger, G. J., Dunn, J., Langevin, H. M. A new method for quantifying the needling component of acupuncture treatments. Acupunct Med. 30 (2), 113-119 (2012).
- Lee, I. S., Lee, Y. S., Park, H. J., Lee, H., Chae, Y. Evaluation of phantom-based education system for acupuncture manipulation. PLoS One. 10 (2), e0117992 (2015).
- Jung, W. M., et al. Sensorimotor learning of acupuncture needle manipulation using visual feedback. PLoS One. 10 (9), e0139340 (2015).
- Lee, I. S., et al. Haptic Simulation for Acupuncture Needle Manipulation. J Altern Complement Med. 20 (8), 654-660 (2014).
- Dang, T., Annaswamy, T. M., Srinivasan, M. A. Development and evaluation of an epidural injection simulator with force feedback for medical training. Stud Health Technol Inform. 81, 97-102 (2001).
