Summary
Deze experimentele methode beschrijft een oplossing voor de kinematische analyse van acupunctuurmanipulatie met driedimensionale vingerbewegingsvolgtechnologie.
Abstract
Driedimensionale (3D) motion tracking is op veel gebieden gebruikt, zoals de onderzoeken naar sport en medische vaardigheden. Dit experiment was gericht op het gebruik van 3D-bewegingsvolgtechnologie om de kinematische parameters van de gewrichten van vingers te meten tijdens acupunctuurmanipulatie (AM) en drie technische indicatoren "amplitude, snelheid en tijd" vast te stellen. Deze methode kan de werkingskenmerken van AM weerspiegelen en kwantitatieve parameters bieden langs drie assen van meerdere vingergewrichten. Het huidige bewijs toont aan dat de methode een groot potentieel heeft voor toekomstige toepassingen, zoals de studie van de dosis-effectrelatie van acupunctuur, het onderwijzen en leren van AM, en het meten en bewaren van de AM van beroemde acupuncturisten.
Introduction
Als een soort van de klinische vaardigheden van de traditionele Chinese geneeskunde (TCM) en fysieke stimulatie, wordt acupunctuurmanipulatie (AM) vaak beschouwd als een belangrijke factor die het therapeutische effect van acupunctuur beïnvloedt1,2. Veel studies hebben bevestigd dat verschillende AM of verschillende stimulatieparameters (needlingsnelheid, amplitude, frequentie, enz.) van dezelfde AM resulteerden in verschillende therapeutische effecten3,4,5,6,7. Daarom kan het meten van relevante kinematische parameters van AM en correlatieanalyse met het therapeutische effect nuttige gegevensondersteuning en referentie bieden voor de klinische behandeling met acupunctuur8,9.
De meting van kinematische parameters van de AM begon in de jaren 198010. In de begindagen werd de elektrische signaalconversietechnologie op basis van variabele weerstand voornamelijk gebruikt om het verplaatsingssignaal van het naaldlichaam om te zetten in een spannings- of stroomsignaal voor het weergeven en registreren van de amplitude- en frequentiegegevens van AM11. Bovendien is de beroemde ATP-II Chinese geneeskunde acupunctuurtechniek tester II (ATP-II) met deze technologie momenteel gebruikt door vele traditionele Chinese geneeskunde universiteiten van China12. Daarna, met de voortdurende ontwikkeling en innovatie van sensortechnologie, werden verschillende soorten sensoren gebruikt om kinematische parameters van AM te verzamelen. De drie assen elektromagnetische bewegingssensor was bijvoorbeeld bevestigd aan de naaldgreep om needling amplitude en snelheid te verkrijgen13; de bio-elektrische signaalsensor werd op de rughoorn van het ruggenmerg van het dier geplaatst om de needlingfrequentie te registreren14, enz. Hoewel het kwantitatieve onderzoek van AM op basis van de bovenstaande twee soorten technologieën de verwerving van relevante kinematische parameters tijdens needling heeft voltooid, zijn de belangrijkste nadelen het onvermogen om de real-time niet-invasieve meting uit te voeren en de verandering van het bedieningsgevoel veroorzaakt door de wijziging van het naaldlichaam.
In de afgelopen jaren werd motion tracking technologie geleidelijk toegepast op het kwantitatieve onderzoek van AM15,16. Omdat het gebaseerd is op de frame-voor-frame analyse van needling video, kan de meting van acupunctuurparameters worden verkregen tijdens in vivo operatie zonder het naaldlichaam te wijzigen. Deze technologie is gebruikt om de kinematische parameters zoals amplitude, snelheid, versnelling en frequentie van vier volgpunten van duim en wijsvinger tijdens needling in een tweedimensionaal (2D) vlak te meten en de bijbehorende vingerprikfiguur vast te stellen15. Sommige studies maten ook het hoekveranderingsbereik van interfalangeale (IP) gewrichten van duim en wijsvinger met vergelijkbare technologie9,17,18. De huidige studies over AM-analyse zijn echter nog steeds voornamelijk beperkt tot het 2D-bewegingsvlak en het aantal volgpunten is relatief klein. Tot nu toe is er geen volledige driedimensionale (3D) kinematica meet- en analysemethode voor AM en zijn er geen gerelateerde gegevens gepubliceerd.
Om de bovenstaande problemen op te lossen, zal deze studie 3D motion tracking-technologie gebruiken om de kinematische parameters van de zeven volgpunten van de hand tijdens needling te meten. Dit protocol heeft tot doel een complete technische oplossing te bieden voor de kinematische analyse op AM, evenals de verdere studie naar de dosis-effectcorrelatie van acupunctuur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Deze studie werd goedgekeurd door de ethische commissie van het Yueyang Hospital, verbonden aan de Shanghai University of Traditional Chinese Medicine (referentienummer 2021-062), en elke deelnemer ondertekende een formulier voor geïnformeerde toestemming.
1. Experimenteervoorbereidingen
- Camera-instellingen:
- Plaats drie statieven voor de bedieningstafel en sluit ze aan op drie camera's.
- Stel de opnameparameters van de camera's als volgt in: resolutie 1280 x720 pixels, formaat MP4, volledig handmatige modus (M), diafragma F1.2, sluiter 1/1000s, ISO 6400, automatische witbalans, optische zoom 0mm.
OPMERKING: De hoek tussen elke twee camera's moet worden ingesteld op 60°-120° (figuur 1A).
- Plaatsing van markeringen bijhouden:
- Bevestig zeven reflecterende ballen met een diameter van 6,5 mm op de hand van de naald van elke deelnemer voor video-opname zoals beschreven in de stappen 1.2.2-1.2.4 en weergegeven in figuur 2A.
- Pols: Bevestig één bal op het middelpunt van de ellepijp en radiale styloïde gedefinieerd als volgpunt "polsgewricht" (WJ)
- Duim: Bevestig elk één bal op het midden van de duimnagel gedefinieerd als tracking point "thumb tip" (TT), het IP-gewricht gedefinieerd als tracking point "thumb end joint" (TEJ) en het metacarpophalangeal (MCP) gewricht gedefinieerd als tracking point "thumb base joint" (TBJ), respectievelijk.
- Wijsvinger: Bevestig elk één kogel op het midden van de wijsvingernagel gedefinieerd als trackingpunt "wijsvingerpunt" (FT), het proximale interfalangeale (PIP) gewricht gedefinieerd als trackingpunt "wijsvinger middengewricht" (FMJ) en het MCP-gewricht gedefinieerd als trackingpunt "voorefingerbasisgewricht" (FBJ), respectievelijk.
2. Video-opnamen en -bewerking
- Plaats een klein 3D-kalibratieframe van 15 cm x 15 cm x 15 cm met 8 punten op de operatietafel voor 3D-kalibratie (figuur 1B,C).
- Verwijder het frame uit de tabel nadat u een video van het kalibratieframe gedurende ten minste 8 s hebt gemaakt.
- Instrueer de deelnemers om AM uit te voeren op het acupunctuurpunt LI11 (Quchi) van de vrijwilliger, inclusief til-duw- en twirlingvaardigheden, om de naald te besturen om op en neer te bewegen en te draaien met respectievelijk duim en wijsvinger. Neem de video's van de bovenstaande vaardigheden gedurende ten minste 10 cycli.
OPMERKING: De in- en uitsluitingscriteria van de deelnemers om AM uit te voeren en vrijwilligers om acupunctuurpunten voor needling te bieden, worden vermeld. Deelnemer inclusie: (1) acupunctuur docent of student voltooide het hoofdstuk "lifting-thrusting skill" en "twirling skill" in het cursusboek getiteld 'Acupuncture and Moxibustion Techniques and Manipulations19; (2) de deelnemer moet meer dan 5 keer hands-on needling-ervaring hebben met het menselijk lichaam. Uitsluiting deelnemer: (1) niet-acupunctuur docenten of studenten; (2) acupunctuur studenten zonder enige hands-on needling ervaring met het menselijk lichaam. Vrijwilligerswerk: (1) leeftijd tussen 16-60 jaar oud; (2) geen duidelijke huidbeschadiging, scheuring, ettering of duidelijke exsudatie rond LI11 op de rechterarm. Uitsluiting van vrijwilligers: (1) personen met een voorgeschiedenis van roken, alcohol- of drugsmisbruik; (2) personen met ziekten van het bloedsysteem of duidelijke bloedingsneiging; (3) personen met chronische psychische aandoeningen of psychische stoornissen; (4) zwangere vrouwen; (5) personen met een voorgeschiedenis van flauwvallende naalden. - Exporteer alle video's van de camera's naar de aangewezen schijf van de computer. Hernoem de 3D-kalibratievideo's in camera's 1, 2, 3 als "ca-1.mp4", "ca-2.mp4" en "ca-3.mp4".
- Synchroniseer alle manipulatievideo's in de videobewerkingssoftware (bijv. Adobe premiere pro) en exporteer ze met de naam "lifting-thrusting-1.avi", "lifting-thrusting-2.avi", "lifting-thrusting-3.avi", "twirling-1.avi", "twirling-2.avi" en "twirling-3.avi".
OPMERKING: Raadpleeg aanvullend bestand 1 voor de videosynchronisatie-instructies van de videobewerkingssoftware die in dit onderzoek wordt gebruikt.
3. Projectconfiguratie van Simi Reality Motion System (motion capture- en analysesoftware)
- Open de motion capture- en analysesoftware en kies Een nieuw project maken. Stel de projectnaam in Projectlabel in en klik op Maken en opslaan om het project op de aangewezen schijf op te slaan.
- Kies Specificatie > punten > rechter-/linkerhand , sleep de bovenstaande trackingpunten uit het vak Vooraf gedefinieerde punten naar het vak Gebruikte punten en klik vervolgens op de knop Sluiten om door te gaan.
OPMERKING: Bij alle volgende stappen worden de volgpunten van de rechterhand als voorbeeld genomen. - Kies Specificatie > verbindingen en klik op Nieuwe verbinding
- Ingangsverbindingsnaam "wijsvinger III rechts". Selecteer "wijsvinger middenverbinding rechts" als het beginpunt en lijn naar het punt "wijsvingerpunt rechts" in hetzelfde venster
- Klik op de knoppen Toepassen en Sluiten om het tot stand brengen van de verbinding te voltooien.
- De cameragroepen toevoegen en de naam ervan wijzigen
- Klik met de rechtermuisknop op Camera's > Cameragroep toevoegen om nieuwe cameragroepen toe te voegen.
- Klik met de rechtermuisknop op Camera's > Hernoemen om de cameragroepen te hernoemen naar respectievelijk "lifting-thrusting camera group" en "twirling camera group".
- Klik met de rechtermuisknop op de groep Hef-duwende camera > Camera toevoegen
- Klik op de knop Bestand selecteren in het vak Bijhouden .
- Klik op Bestaand bestand openen en selecteer de bedieningsvideo "lifting-thrusting-1.avi" in het volgende venster en klik vervolgens op Toepassen om het importeren van video te voltooien.
- Klik net als bij de bovenstaande acties op Bestand selecteren in het vak 3D-kalibratie en importeer de bijbehorende kalibratievideo "ca-1.mp4".
- Volgens stap 3.5, blijf de operatievideo's "lifting-thrusting-2.avi" en "lifting-thrusting-3.avi" en de bijbehorende kalibratievideo's "ca-2.mp4" en "ca-3.mp4" importeren in respectievelijk de Lifting-Thrusting Camera Group.
OPMERKING: Er moeten 3 camera's in de Lifting-Thrusting Camera Group in het projectvenster zijn na secties 3.4 en 3.5. - Volgens stap 3.4, 3.5 en 3.6 importeert u de twirling-vaardigheid en kalibratievideo's in de Twirling Camera Group.
4. Video analyse
- 3D-kalibratie voor elke camera
- Vouw de groep Hef-Duwende Camera uit en klik met de rechtermuisknop op Lifting-Thrusting-1 > Eigenschappen.
- Klik op de knop 3D-kalibratie in het vak 3D-kalibratie ; voer de beschrijving in en voeg 8 punten toe door 8 keer op de knop Punt toevoegen te klikken
- Klik op Toepassen na het instellen van de naam en de bijbehorende X-, Y- en Z-waarde voor elk punt volgens de kalibratieparameters (tabel 1).
- Nadat u alle punten hebt geconfigureerd, beweegt u de muis om op elk eindpunt van de kalibratievideo te klikken om de 3D-kalibratie te voltooien.
- Volg stap 4.1.1-4.1.4 om de 3D-kalibratie van de andere camera's in dezelfde groep en de camera's in de Twirling Camera Group te voltooien.
- 3D-vingerbewegingen volgen
- Klik met de rechtermuisknop op Lifting-Thrusting Camera Group > 3D Tracking, selecteer alle camera's en klik op de knop OK om het 3D-trackingvenster te openen.
- Stel de Track Using Pattern Matching (alle punten) in voor alle camera's en klik handmatig op alle trackingpunten in het eerste frame.
- Klik op de knop Automatisch zoeken om de automatische 3D-tracking frame voor frame te starten.
- Volg de stappen 4.2.1-4.2.3 om het volgen van bewegingen van de Twirling Camera Group te voltooien.
OPMERKING: Als een trackingpunt verloren gaat tijdens de automatische 3D-tracking, selecteert u de lijn voor het verloren punt, klikt u met de rechtermuisknop op Punt verwijderen vanaf hier en klikt u opnieuw op het punt en de knop Automatisch zoeken . Selecteer Ja als het bericht "No start frame for tracking has been set for 3 selected camera(s). het kan individueel worden ingesteld in camera-eigenschappen. Wil je startframe instellen op frame 0 voor alle camera's zonder startframe en nu doorgaan?" verschijnt.
- Gegevens exporteren
- Klik met de rechtermuisknop op Lifting-Thrusting Camera Group > Nieuwe 3D-berekening, selecteer alle camera's en vink Gegevens continu bijwerken en Gegevens expliciet opslaan in Bestand in het venster 3D-gegevens maken aan. Klik op de knop OK om door te gaan.
- Klik met de rechtermuisknop op de map Lifting-Thrusting-3D Coordinates Data > Export, controleer kolomkoppen, trackingnamen, starttijd en frequentie, tijdinformatie in eerste kolom, X, Y, Z, v (X), v (Y), v (Z) in het exportvenster
- Klik op de knop Exporteren om het gegevensbestand (*.txt) met de aangepaste naam te exporteren. Exporteer het gegevensbestand van de Twirling Camera Group op dezelfde manier.
5. Data-analyse
OPMERKING: Een origineel PHP-script wordt gebruikt om de gegevensbestanden te doorzoeken en te analyseren die zijn geëxporteerd door de motion capture- en analysesoftware. Alle broncode is gedeeld in een GitHub repository20.
- Nadat de gegevensbestanden die zijn geëxporteerd uit de motion capture- en analysesoftware zijn geüpload naar een specifieke servermap waarop dit script wordt uitgevoerd, opent u het script en voert u de gebruikersnaam en het wachtwoord in om u aan te melden.
- Klik op Nieuwe deelnemer toevoegen, selecteer het type deelnemer en geslacht en voer de naam, leeftijd en oefentijd van de deelnemer in de pop-uppagina in; klik op Verzenden om het toevoegen van een nieuwe deelnemer te voltooien.
- Klik op Nieuwe record toevoegen die overeenkomt met de nieuw toegevoegde deelnemer op de lijstpagina, voer vervolgens de mapnaam in met de geüploade gegevensbestanden van de motion capture- en analysesoftware en selecteer de bewerkingsdatum; klik op Verzenden om door te gaan.
- Klik op Analyse die overeenkomt met de nieuw toegevoegde bewerkingsrecord, selecteer vervolgens Vaardigheid en klik op Verzenden. Het script identificeert en toont alle geldige toppen en troggen voor handmatige beoordeling.
OPMERKING: Een bepaalde top of trog kan handmatig opnieuw worden gekozen in de bijbehorende vervolgkeuzelijst als het script deze onjuist identificeert. Op basis van deze toppen en dalen kunnen de gemiddelde waarden van amplitudes en snelheden langs drie assen van elk volgpunt en de bedrijfstijd van heffen, duwen, draaien naar links en draaien naar rechts worden berekend en weergegeven door het script. De berekeningsmethode van deze parameters is weergegeven in figuur 3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Na het opzetten van deze experimentele methode werden de til-duw- en twirlingvaardigheden van basis AM van negentien acupunctuurleraren van de School of Acupuncture-Moxibustion en Tuina van de Shanghai University of TCM gemeten met behulp van 3D-bewegingstracking. Volgens de definitie van een gewrichtscoördinatensysteem (JCS) voor de schouder, elleboog, pols en hand voorgesteld door de Standardization and Terminology Committee (STC) van de International Society of Biomechanics21, zijn zeven vingervolgpunten geselecteerd. De stickweergave die door de motion capture- en analysesoftware wordt gegenereerd op basis van de anatomische posities van deze punten, is weergegeven in figuur 2B. De typische coördinaten-tijdcurven langs drie assen van elk punt worden weergegeven in figuur 4 en twee video's van hef-duw- en twirlingvaardigheden met stickweergave (video 1 en video 2).
Zoals te zien is in figuur 4C,E, kan door de minimale bewegingsamplitude langs de hoofdbewegingsassen tijdens verschillende vaardigheden (de Z-as van lifting-thrusting skill en de Y-as van twirling skill) van het polsgewricht (WJ) worden gefixeerd en lijkt de beweging vanuit de duim en wijsvinger plaats te vinden. Daarom werden de gegevens van de andere zes punten geëxporteerd door de motion capture- en analysesoftware voor verdere kinematische analyse van AM. Na gegevensanalyse werden de gemiddelde waarden van amplitude en snelheid langs drie assen en de bedrijfstijd van de actie "heffen", "duwen", "naar links draaien" en "draaien naar rechts" van elk volgpunt op vingers berekend en weergegeven in tabel 2, tabel 3 en tabel 4.
Daarnaast werd ook de vingerbeweging van deelnemers bijgehouden wanneer ze AM op ATP-II uitvoerden. De gegevens afgeleid van ATP-II werden vergeleken met de gegevens die werden geëxporteerd door de motion capture- en analysesoftware. De resultaten laten zien dat de vorm van de coördinaat-tijdcurve van TT langs de Z-as vergelijkbaar was met de spanning-tijdcurve gegenereerd door ATP-II tijdens de hef-duwvaardigheid. Ondertussen was tijdens de twirling-vaardigheid de vorm van de amplitude-tijdcurve langs de Y-as van TT ook vergelijkbaar met de spanningstijdcurve van ATP-II. Bovendien waren na berekening de gemiddelde bedrijfscycli van deze twee soorten curven in principe hetzelfde (figuur 5).
Figuur 1: Cameraposities en de plaatsing van het 3D-kalibratieframe. (A) De posities van drie camera's. (B) Vooraanzicht van 3D-kalibratieframe. (C) Bovenaanzicht van 3D-kalibratieframe. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: De posities van trackingmarkers en hun stickweergave. (A) De posities van tracking markers bij de hand. (B) De stick view gegenereerd door de motion capture en analyse software op basis van de anatomische posities van deze punten. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Schematisch diagram van de berekeningsmethode van kinematische parameters. De gemiddelde amplitude en snelheid kunnen worden berekend op basis van curve crest en trough positionering. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Typische coördinaten-tijdcurven tijdens hef-duw- en twirlingvaardigheden. (A,B,C) De typische coördinaten-tijdcurven langs de X-, Y-, Z-as van elk volgpunt tijdens de hef-duwvaardigheid, respectievelijk. (D,E,F) De bochten met dezelfde instellingen van hef-duwvaardigheid tijdens twirling-vaardigheid. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5: Vergelijking van de curven gegenereerd door ATP-II en motion capture en analyse software. (A) Vingerbewegingen van deelnemers werden bijgehouden wanneer ze AM uitvoerden op ATP-II. (B) De spanning-tijdcurve van ATP-II tijdens de lifting-Thrusting vaardigheid. (C) De coördinaat-tijdcurve langs de Z-as van TT tijdens de hef-duwvaardigheid. (D) De spanning-tijdcurve van ATP-II tijdens twirling vaardigheid. (E) De coördinaat-tijdcurve langs de Y-as van TT tijdens het draaien. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Tabel 1: Coördinatenparameters van de kalibratiepunten. De coördinatenwaarden van drie assen van acht kalibratiepunten. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 2: Kinematicagegevens van elk volgpunt tijdens de hef-duwvaardigheid. De gemiddelde waarden van amplitude en snelheid langs drie assen van elk volgpunt op figuren tijdens de hef-duwvaardigheid. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 3: Kinematicagegevens van elk volgpunt tijdens twirling-vaardigheid. De gemiddelde waarden van amplitude en snelheid langs drie assen van elk volgpunt op cijfers tijdens twirling skill. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 4: Bedrijfstijd tijdens hef-duw- en twirlingvaardigheden De gemiddelde waarden van de bedrijfstijd in de processen van heffen, duwen, draaien naar links en draaien naar rechts Acties Klik hier om deze tabel te downloaden.
Video 1: Til-duwvaardigheid. (Linksboven) Het stokaanzicht van de hand. (Rechtsboven, linksonder, rechtsonder) De typische coördinaat-tijd dynamische curve langs de X-, Y-, Z-as van elk volgpunt tijdens de hef-duwvaardigheid Klik hier om deze video te downloaden.
Video 2: Twirling vaardigheid: De stickweergave van de hand en typische coördinaat-tijd dynamische curven met dezelfde instellingen als Video 1 tijdens de twirling skill. Klik hier om deze video te downloaden.
Aanvullend bestand 1: Instructies voor videosynchronisatie. Screenshots en stappen van videosynchronisatie-instructies van de videobewerkingssoftware die in dit onderzoek wordt gebruikt. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Deze studie stelde de meetmethode van de kinematische parameters van AM in vivo vast en verkreeg de gegevens van bewegingsamplitude, snelheid en bedrijfstijd van de zes belangrijke volgpunten op duim en wijsvinger langs drie assen. Ondertussen werden op basis van het 3D-kalibratieframe een 3D-stickweergave en bijbehorende animatie van duim en wijsvinger tijdens needling gegenereerd. De duim- en wijsvingerbeweging van AM kan volledig worden weergegeven met de synchrone weergave van kinematische parametercurve en stickanimatie, wat onderzoekers kan helpen de bewegingskenmerken te verkennen en de overeenkomsten en verschillen van verschillende AM-vaardigheden te vergelijken.
Gedurende het hele experimentele proces kunnen enkele kritieke stappen die van invloed zijn op de resultaten van de analyse worden samengevat - eerst de configuratie van de experimentele omgeving. De aanbevolen temperatuur van de experimentele omgeving is constant 22-25 ° C en de relatieve vochtigheid is ongeveer 60% zonder duidelijke luchtstroom in de kamer. Ondertussen is er geen sterke ruis en elektromagnetische broninterferentie in de omgeving. Ten tweede de plaatsingen van de camera en het statief. Tijdens het volgen van bewegingen moeten alle trackingpunten door alle camera's worden geregistreerd om zeer nauwkeurige gegevens te verkrijgen. Daarom is een redelijke camerapositie de sleutel tot het verminderen van experimentele fouten. Verder moeten de statieven op een juiste hoogte worden ingesteld (hoger dan de tafel en ervoor zorgen dat de experimentele apparaten op de tafel en de hand van de deelnemer duidelijk kunnen worden vastgelegd). Ten derde, kalibratie en automatische bewegingsregistratie. Alle analysegegevens worden berekend op basis van de positie van elk trackingpunt in het 3D-kalibratiesysteem in elk frame van de bewegingsvideo; daarom zijn succesvolle kalibratie en automatische tracking van elk punt voorwaarden voor het uitvoeren van berekeningen. Tot slot, identificatie van toppen en troggen. De technische indicatoren van AM kunnen worden berekend door de positionering van de toppen en dalen in elke cyclus. In dit protocol zijn de stappen van automatische identificatie en handmatige beoordeling ontworpen om de nauwkeurigheid van de experimentele gegevens te garanderen.
Om 3D-bewegingsvolgtechnologie toe te passen op de kinematische analyse van AM, werden twee wijzigingen aangebracht in deze technologie die vaak wordt gebruikt in de grote gewrichten van menselijke ledematen. Ten eerste de aanpassing van een klein 3D-kalibratieframe voor vingers. Een 3D××kalibratieframe van 15×15 cm is aangepast om de meetnauwkeurigheid van vingerbewegingen te verbeteren. Door middel van 3D-laserscanning is de kalibratienauwkeurigheid van het frame 0,01 mm. Ten tweede, de vaststelling van technische indicatoren van AM en gerelateerde berekeningsmethoden. Volgens de bewegingskenmerken van AM en de ruwe gegevens die door het bewegingsvolgsysteem werden geëxporteerd, werden drie technische indicatoren, "amplitude, snelheid en tijd" langs drie assen vastgesteld voor elk vingervolgpunt. Deze parameters kunnen worden berekend door PHP-script op basis van de buigpuntherkenning van de coördinaat-tijdcurve. De mogelijke toppen en troggen kunnen worden geïdentificeerd aan de hand van de logische uitdrukking (respectievelijk 1) en (2).
(1)
(2)
Waar dc, dt en dt2 de differentiaties zijn van coördinaatwaarde, tijd en tijd in het kwadraat, is d2c de kwadratische differentiatie van coördinaat. Volgens de testresultaten van experimentele steekproefgegevens werden twee soorten drempelwaarden vastgesteld voor het verifiëren van de validiteiten van deze toppen en dalen. De tijdsdrempel is 80% van de gemiddelde bedrijfscyclus, de top- en daldrempels zijn 75% en 25% van de maximale operationele amplitude. Na het doorkruisen van alle toppen en troggen, wordt de top waarvan de intervaltijd vanaf de vorige top groter is dan de tijdsdrempel en de coördinatenwaarde groter is dan de topdrempel geïdentificeerd als de geldige top. De trog waarvan de intervaltijd vanaf de vorige top groter is dan de tijdsdrempel en de coördinatenwaarde lager is dan de trogdrempel, wordt geïdentificeerd als de geldige trog. Hoewel in de meeste gevallen de toppen en troggen automatisch kunnen worden geïdentificeerd, zijn er nog steeds een paar gevallen die handmatig moeten worden aangepast. Daarom, als de belangrijkste beperking van deze oplossing, moet het herkenningsalgoritme in toekomstig werk worden verbeterd. De voorlopige analyse van de experimentele gegevens toonde aan dat de bewegingsamplitude en snelheid van MCP-gewrichten het kleinst waren en dat de gerelateerde parameters van IP- of PIP-gewricht en vingertoppen respectievelijk groter en grootst waren. Bovendien werd het naaldlichaam aangedreven door de verticale of tangentiële beweging van de vingertoppen om op en neer te bewegen of op een vaste as te draaien. Kortom, AM is een soort ritmische beweging die wordt uitgevoerd door vingertoppen aangedreven door MCP-gewrichten van duim en wijsvinger. Bovendien, ongeacht welke AM-vaardigheid werd gebruikt, vond er een bepaald bewegingsbereik plaats langs drie assen op alle volgpunten, wat suggereert dat tijdens de werking van de hef-duwvaardigheid, hoewel de vingertoppen voornamelijk in de verticale richting bewegen, het nog steeds gepaard gaat met een tangentiële gekoppelde beweging, en de tangentiaal gebaseerde twirling-vaardigheid gaat ook gepaard met een verticaal gekoppelde beweging. Deze resultaten geven aan dat de AM geen eenvoudige beweging met één as is.
Net als andere studies die deze technologie gebruiken om vingerbewegingen te analyseren, biedt de motion tracking-technologie in dit protocol ook drieassige kinematicagegevens van vingergewrichten met hoge nauwkeurigheid22. Er werd echter een secundaire analyse van ruwe gegevens uitgevoerd op basis van de vaardigheidskenmerken van AM en overeenkomstige technische indicatoren werden in dit protocol vastgesteld voor verdere vergelijkende analyse. Bovendien heeft standaard marker-gebaseerde motion tracking-analyse, in vergelijking met de draagbare, gebruiksvriendelijke en goedkope handbewegingstrackingapparaten zoals Leap Motion, de voordelen van een hogere nauwkeurigheid en een breder toepassingsbereik23,24. Vergeleken met het traditionele AM-analyseapparaat ATP-II hebben de amplitudetijdcurve langs de hoofdbewegingsas afgeleid van bewegingsvolganalyse en de spanningstijdcurve afgeleid door ATP-II significante conformiteit in dezelfde AM-vaardigheid. Bovendien waren de bedrijfscycli die met de twee meetmethoden werden berekend ook relatief consistent. Deze resultaten toonden aan dat deze experimentele methode niet alleen vergelijkbare vaardigheidskenmerken kan weerspiegelen als die van ATP-II, maar ook meer kinematicaparameters kan bieden langs drie assen van meerdere volgpunten, die niet kunnen worden gemeten met eerdere experimentele technologie.
Deze experimentele methode biedt een efficiënte manier voor het analyseren van gecompliceerde bewegingen van vingers die betrokken zijn bij AM. Het heeft een groot potentieel voor toekomstige toepassingen. Ten eerste de studie van de dosis-effect relatie van acupunctuur. 3D finger motion tracking technologie biedt een oplossing voor het bepalen van de stimulatie hoeveelheid manuele acupunctuur en kan worden gebruikt om studies uit te voeren zoals de correlatie analyse tussen needling snelheid, amplitude en therapeutisch effect, om meer wetenschappelijke gegevens ondersteuning te bieden voor de klinische toepassing van acupunctuur. Ten tweede, de kwantitatieve evaluatie en feedback voor het onderwijzen en leren van AM. De resultaten van data-analyse in combinatie met de verbale feedback van de leraar kunnen leerlingen helpen hun vingeracties aan te passen en de cognitieve belasting te verminderen24,25. Eerdere studies hebben de gegevens van 3D-bewegingsvolgtechnologie gebruikt om het effect van het leren van motorische vaardigheden te verbeteren, zoals repetitief overarmwerpen26 en muzikale prestaties27,28. Sommige rapporten toonden ook aan dat medische vaardigheden zoals colonoscopie29, laparoscopisch30, artroscoop31 en andere endoscoop32,33 ook met deze technologie kunnen worden verbeterd. En een andere studie suggereerde dat de op video gebaseerde zelfreflectie en discussie met leerlingen op een hoger cognitief niveau betrokken zijn dan de standaard beschrijvende feedback34. Ten derde, het meten en bewaren van de AM van beroemde acupuncturisten. Omdat alle AM wordt verzameld, opgenomen en geanalyseerd op basis van bewegingsvideo's die in de database zijn opgeslagen, kunnen deze video's en relevante gegevens van AM op elk gewenst moment door onderzoekers worden doorzocht voor verder leren en overerving.
De totstandkoming van deze experimentele methode opent een nieuwe weg voor het kwantitatieve onderzoek van AM. In de toekomst kunnen meer cameraposities, lenzen met een hogere definitie en kalibratieframes met hogere precisie worden toegepast om de nauwkeurigheid van gegevens verder te verbeteren en zinvollere technische indicatoren uit te graven om meer gegevensreferentie te bieden voor de klinische toepassing, opleiding en promotie van acupunctuur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Dit werk werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (Grant Number. 82174506).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D calibration frame | Any brand | 15 x 15 x 15 cm | |
| Acupuncture needles | Suzhou Medical Appliance Factory | 0.35 x 40 mm | |
| Double-sided tape | Any brand | Round, 1 cm-diameter | |
| Reflective balls | Simi Reality Motion Systems GmbH | 6.5 mm-diameter | |
| SD card | Western Digital Corporation | SDXC UHS-I | |
| SD card reader | UGREEN Group Limited | USB 3.0 | |
| Simi Motion | Simi Reality Motion Systems GmbH | Ver.8.5.15 | |
| Swab | Any brand | The volume fraction of ethanol is 70%-80% | |
| Three cameras | Victor Company of Japan, Limited | JVC GC-PX100BAC | |
| Three tripods | Any brand |
References
- Xu, G., et al. Effect of different twirling and rotating acupuncture manipulation techniques on the blood flow perfusion at acupoints. Journal of Traditional Chinese Medicine. 39 (5), 730-739 (2019).
- Lan, K. C., et al. Effects of the New Lift-Thrust Operation in Laser Acupuncture Investigated by Thermal Imaging. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine. 2019 (2), 1-8 (2019).
- Zhang, L., et al. Effects of acupuncture with needle manipulation at different frequencies for patients with hypertension: Result of a 24- week clinical observation. Complementary Therapies in Medicine. 45, 142-148 (2019).
- Sun, N., et al. Correlation between acupuncture dose and effectiveness in the treatment of knee osteoarthritis: a systematic review. Acupuncture in Medicine. 37 (5), 261-267 (2019).
- Choi, Y. J., Lee, J. E., Moon, W. K., Cho, S. H. Does the effect of acupuncture depend on needling sensation and manipulation. Complementary Therapies in Medicine. 21 (3), 207-214 (2013).
- Park, Y. J., Lee, J. M. Effect of acupuncture intervention and manipulation types on poststroke dysarthria: A systematic review and meta-analysis. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine. 2020, 4981945 (2020).
- Yang, N. N., Ma, S. M., Yang, J. W., Li, T. R., Liu, C. Z. Standardizing therapeutic parameters of acupuncture in vascular dementia rats. Brain and Behavior. 10 (10), 01781 (2020).
- Lyu, R., Gao, M., Yang, H., Wen, Z., Tang, W. Stimulation parameters of manual acupuncture and their measurement. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine. 2019, 1725936 (2019).
- Li, J., Grierson, L. E., Wu, M. X., Breuer, R., Carnahan, H. Perceptual motor features of expert acupuncture lifting-thrusting skills. Acupuncture in Medicine. 31 (2), 172-177 (2013).
- Xuemin, S., et al. Application of Twirling Replenishing and Reducing Technique and Its Quantitative Concept. Chinese Medical Journal. 05, 16-17 (1987).
- Guxing, Development of teaching test apparatus for acupuncture manipulations in TCM. Chinese Acupuncture & Moxibustion. 21 (4), 229 (2001).
- Liu, T. Y., Yang, H. Y., Li, X. J., Kuai, L., Gao, M. Exploitation and application of acupuncture manipulation information analysis system. Zhen Ci Yan Jiu. 33 (5), 330-333 (2008).
- Leow, M. Q., Cao, T., Cui, S. L., Tay, S. C. Quantifying needle motion during acupuncture: implications for education and future research. Acupuncture in Medicine. 34 (6), 482-484 (2016).
- Sun, L. Research on Acupuncture Information Transmission and Quantification System. , Tianjing University. China. Master thesis (2005).
- Tang, W. C., Yang, H. Y., Liu, T. Y., Gao, M., Xu, G. Motion video-based quantitative analysis of the 'lifting-thrusting' method: a comparison between teachers and students of acupuncture. Acupuncture in Medicine. 36 (1), 21-28 (2018).
- Zhang, A., Yan, X. K., Liu, A. G. An Introduction to a newly-developed “Acupuncture Needle Manipulation Training-evaluation System” based on optical motion capture technique. Acupuncture Research. 41 (6), 556-559 (2016).
- Zhang, A., Yan, X. K., Liu, A. G. An Introduction to A Newly-developed “Acupuncture Needle Manipulation Training-evaluation System” [Based on Optical Motion Capture Techniqu]. Zhen Ci Yan Jiu. 41 (6), 556-559 (2016).
- Yang, P., Sun, X. W., Ma, Y. K., Zhang, C. X., Zhang, W. G. Quantitative research on acupuncture manipulation based on video motion capture. Medical Biomechanics. 31 (2), 154-159 (2016).
- Wang, F. C., Ma, T. M. Acupuncture and Moxibustion Techniques and Manipulations, 4 end. , Traditional Chinese Medicine publishing co. 31-34 (2016).
- Tang, W. C., Xu, L. L., Wang, B. G., Wang, F., Yang, H. Y. Acupuncture Manipulation Analysis (AMA) Version 1.1. , Available from: https://github.com/SHUTCM-tcme/AMA (2021).
- Wu, G., et al. ISB recommendation on definitions of joint coordinate systems of various joints for the reporting of human joint motion--Part II: shoulder, elbow, wrist and hand. Journal of Biomechanics. 38 (5), 981-992 (2005).
- Metcalf, C. D., Notley, S. V., Chappell, P. H., Burridge, J. H., Yule, V. T. Validation and application of a computational model for wrist and hand movements using surface markers. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 55 (3), 1199-1210 (2008).
- Ganguly, A., Rashidi, G., Mombaur, K. Comparison of the performance of the leap motion controller(tm) with a standard marker-based motion capture system. Sensors (Basel). 21 (5), (2021).
- Cecilio-Fernandes, D., Cnossen, F., Coster, J., Jaarsma, A. D. C., Tio, R. A. The effects of expert and augmented feedback on learning a complex medical skill. Perceptual and Motor Skills. 127 (4), 766-784 (2020).
- Asadipour, A., Debattista, K., Chalmers, A. Visuohaptic augmented feedback for enhancing motor skills acquisition. The Visual Computer. 33 (4), 401-411 (2017).
- Ozkaya, G., et al. Three-dimensional motion capture data during repetitive overarm throwing practice. Scientific Data. 5, 180272 (2018).
- Maidhof, C., Kastner, T., Makkonen, T. Combining EEG, MIDI, and motion capture techniques for investigating musical performance. Behavior Research Methods. 46 (1), 185-195 (2014).
- Turner, C., Visentin, P., Oye, D., Rathwell, S., Shan, G. Pursuing artful movement science in music performance: single subject motor analysis with two elite pianists. Perceptual and Motor Skills. 128 (3), 1252-1274 (2021).
- Holden, M. S., et al. Objective assessment of colonoscope manipulation skills in colonoscopy training. International Journal for Computer Assisted Radiology and Surgery. 13 (1), 105-114 (2018).
- Oquendo, Y. A., Riddle, E. W., Hiller, D., Blinman, T. A., Kuchenbecker, K. J. Automatically rating trainee skill at a pediatric laparoscopic suturing task. Surgical Endoscopy. 32 (4), 1840-1857 (2018).
- Kwak, J. M., et al. Improvement of arthroscopic surgical performance using a new wide-angle arthroscope in the surgical training. PLoS One. 14 (3), 0203578 (2019).
- Zhenzhu, L., et al. Feasibility study of the low-cost motion tracking system for assessing endoscope holding skills. World Neurosurgery. 140, 312-319 (2020).
- Sakakura, Y., et al. Biomechanical profiles of tracheal intubation: a mannequin-based study to make an objective assessment of clinical skills by expert anesthesiologists and novice residents. BMC Medical Education. 18 (1), 293 (2018).
- Hunukumbure, A. D., Smith, S. F., Das, S. Holistic feedback approach with video and peer discussion under teacher supervision. BMC Medical Education. 17 (1), 179 (2017).
