Summary
Este método experimental describe una solución para el análisis cinemático de la manipulación de la acupuntura con tecnología tridimensional de seguimiento del movimiento de los dedos.
Abstract
El seguimiento de movimiento tridimensional (3D) se ha utilizado en muchos campos, como las investigaciones de habilidades deportivas y médicas. Este experimento tuvo como objetivo utilizar la tecnología de seguimiento de movimiento 3D para medir los parámetros cinemáticos de las articulaciones de los dedos durante la manipulación de la acupuntura (AM) y establecer tres indicadores técnicos "amplitud, velocidad y tiempo". Este método puede reflejar las características de operación de AM y proporcionar parámetros cuantitativos a lo largo de tres ejes de múltiples articulaciones de dedos. La evidencia actual muestra que el método tiene un gran potencial para aplicaciones futuras, como el estudio de la relación dosis-efecto de la acupuntura, la enseñanza y el aprendizaje de la AM, y la medición y preservación de la AM de los acupunturistas famosos.
Introduction
Como una especie de habilidades clínicas de la medicina tradicional china (MTC) y la estimulación física, la manipulación de la acupuntura (AM) a menudo se considera un factor importante que afecta el efecto terapéutico de la acupuntura1,2. Muchos estudios han confirmado que diferentes AM o diferentes parámetros de estimulación (velocidad de punción, amplitud, frecuencia, etc.) de la misma AM dieron lugar a diferentes efectos terapéuticos3,4,5,6,7. Por lo tanto, la medición de parámetros cinemáticos relevantes de la AM y el análisis de correlación con el efecto terapéutico pueden proporcionar datos útiles de apoyo y referencia para el tratamiento clínico con acupuntura8,9.
La medición de los parámetros cinemáticos de la AM comenzó en la década de 198010. En los primeros días, la tecnología de conversión de señal eléctrica basada en la resistencia variable se utilizó principalmente para convertir la señal de desplazamiento del cuerpo de la aguja en una señal de voltaje o corriente para mostrar y registrar los datos de amplitud y frecuencia de AM11. Además, el famoso probador de técnicas de acupuntura de medicina china ATP-II II (ATP-II) con esta tecnología actualmente ha sido utilizado por muchas universidades de medicina tradicional china de China12. Después de eso, con el continuo desarrollo e innovación de la tecnología de sensores, se utilizaron diferentes tipos de sensores para recopilar parámetros cinemáticos de AM. Por ejemplo, el sensor de movimiento electromagnético de tres ejes se conectó al mango de la aguja para adquirir amplitud y velocidad de punción13; el sensor de señal bioeléctrica se colocó en el asta dorsal de la médula espinal del animal para registrar la frecuencia de las punciones14, etc. Aunque la investigación cuantitativa de la AM basada en los dos tipos de tecnologías anteriores ha completado la adquisición de parámetros cinemáticos relevantes durante la punción, sus principales desventajas son la incapacidad de realizar la medición no invasiva en tiempo real y el cambio de sensación de operación causado por la modificación del cuerpo de la aguja.
En los últimos años, la tecnología de seguimiento de movimiento se aplicó gradualmente a la investigación cuantitativa de AM15,16. Debido a que se basa en el análisis fotograma a fotograma del video de punción, la medición de los parámetros de acupuntura se puede adquirir durante la operación in vivo sin modificar el cuerpo de la aguja. Esta tecnología se ha utilizado para medir los parámetros cinemáticos como la amplitud, la velocidad, la aceleración y la frecuencia de cuatro puntos de seguimiento del pulgar y el índice durante la punción en un plano bidimensional (2D) y se ha establecido la figura de punción del dedo correspondiente15. Algunos estudios también midieron el rango de cambio de ángulo de la articulación interfalángica (IP) del pulgar y el índice con tecnología similar9,17,18. Sin embargo, los estudios actuales sobre el análisis de AM todavía se limitan principalmente al plano de movimiento 2D, y el número de puntos de seguimiento es relativamente pequeño. Hasta ahora, no existe un método completo de medición y análisis cinemático tridimensional (3D) para la AM, y no se publicaron datos relacionados.
Para resolver los problemas anteriores, este estudio utilizará la tecnología de seguimiento de movimiento 3D para medir los parámetros cinemáticos de los siete puntos de seguimiento de la mano durante la punción. Este protocolo tiene como objetivo proporcionar una solución técnica completa para el análisis cinemático en AM, así como el estudio adicional sobre la correlación dosis-efecto de la acupuntura.
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Protocol
Este estudio fue aprobado por el comité de ética del Hospital Yueyang, afiliado a la Universidad de Medicina Tradicional China de Shanghai (referencia no. 2021-062), y cada participante firmó un formulario de consentimiento informado.
1. Preparación del experimento
- Configuración de la cámara:
- Coloque tres trípodes frente a la mesa de operaciones y conéctelos con tres cámaras.
- Configure los parámetros de disparo de las cámaras de la siguiente manera: resolución 1280 x720 píxeles, formato MP4, modo manual completo (M), apertura F1.2, obturador 1/1000s, ISO 6400, balance de blancos automático, zoom óptico de 0 mm.
NOTA: Se requiere que el ángulo entre cada dos cámaras se establezca en 60 °-120 ° (Figura 1A).
- Colocación del marcador de seguimiento:
- Coloque siete bolas reflectantes con un diámetro de 6,5 mm en la mano de la aguja de sujeción de cada participante para la grabación de video como se detalla en los pasos 1.2.2-1.2.4 y se muestra en la Figura 2A.
- Muñeca: Coloque una bola en el punto medio del cúbito y el estiloide radial definido como punto de seguimiento "articulación de la muñeca" (WJ)
- Pulgar: Coloque una bola cada una en el centro de la uña del pulgar definida como punto de seguimiento "punta del pulgar" (TT), la articulación IP definida como punto de seguimiento "articulación del extremo del pulgar" (TEJ) y la articulación metacarpofalángica (MCP) definida como punto de seguimiento "articulación base del pulgar" (TBJ), respectivamente.
- Dedo índice: Coloque una bola cada una en el centro de la uña del dedo índice definida como punto de seguimiento "punta del índice" (FT), la articulación interfalángica proximal (PIP) definida como punto de seguimiento "articulación media del índice" (FMJ) y la articulación MCP definida como punto de seguimiento "articulación base del dedo índice" (FBJ), respectivamente.
2. Grabación y edición de video
- Coloque un pequeño marco de calibración 3D de 15 cm x 15 cm x 15 cm con 8 puntos en la mesa de operaciones para la calibración 3D (Figura 1B, C).
- Retire el fotograma de la mesa después de tomar un vídeo del fotograma de calibración durante al menos 8 s.
- Instruya a los participantes a realizar AM en el punto de acupuntura LI11 (Quchi) del voluntario, incluidas las habilidades de levantamiento-empuje y giro, para controlar la aguja para moverse hacia arriba y hacia abajo y girar con el pulgar y el índice, respectivamente. Tome los videos de las habilidades anteriores durante al menos 10 ciclos.
NOTA: Se enumeran los criterios de inclusión y exclusión de los participantes para realizar AM y voluntarios para proporcionar puntos de acupuntura para la punción. Inclusión de participantes: (1) el profesor o estudiante de acupuntura terminó el capítulo "Habilidad de elevación-empuje" y "habilidad de giro" en el libro de texto del curso titulado 'Técnicas y manipulaciones de acupuntura y moxibustión19; (2) el participante debe tener experiencia práctica en punción con el cuerpo humano durante más de 5 veces. Exclusión de participantes: (1) profesores o estudiantes que no son de acupuntura; (2) estudiantes de acupuntura sin ninguna experiencia práctica de punción con el cuerpo humano. Inclusión voluntaria: (1) edad entre 16-60 años; (2) ningún daño obvio en la piel, ruptura, supuración o exudación obvia alrededor de LI11 en el brazo derecho. Exclusión voluntaria: (1) personas con antecedentes de tabaquismo, abuso de alcohol o drogas; (2) individuos con enfermedades del sistema sanguíneo o tendencia obvia al sangrado; (3) individuos con enfermedades mentales crónicas o trastornos mentales; (4) mujeres embarazadas; (5) individuos con antecedentes de agujas de desmayadas. - Exporte todos los videos de las cámaras al disco designado de la computadora. Cambie el nombre de los videos de calibración 3D en las cámaras 1, 2, 3 como "ca-1.mp4", "ca-2.mp4" y "ca-3.mp4".
- Sincronice todos los videos de manipulación en el software de edición de video (por ejemplo, Adobe premiere pro) y expórtelos nombrados como "lifting-thrusting-1.avi", "lifting-thrusting-2.avi", "lifting-thrusting-3.avi", "twirling-1.avi", "twirling-2.avi" y "twirling-3.avi", respectivamente.
NOTA: Consulte el Archivo suplementario 1 para obtener las instrucciones de sincronización de video del software de edición de video utilizado en este estudio.
3. Configuración del proyecto de Simi Reality Motion System (software de captura y análisis de movimiento)
- Abra el software de captura y análisis de movimiento y elija Create a New Project (Crear un nuevo proyecto). Establezca el nombre del proyecto en Etiqueta de proyecto y haga clic en Crear y guardar para guardar el proyecto en el disco designado.
- Elija Especificación > puntos > mano derecha/izquierda y arrastre los puntos de seguimiento anteriores desde el cuadro Puntos predefinidos hasta el cuadro Puntos usados , luego haga clic en el botón Cerrar para continuar.
NOTA: Todos los pasos siguientes toman los puntos de seguimiento de la mano derecha como ejemplo. - Elija Especificación > Conexiones y haga clic en Nueva conexión
- Nombre de conexión de entrada "forefinger III right". Seleccione "forefinger middle joint right" como punto de partida y línea hasta el punto "forefinger tip right" en la misma ventana
- Haga clic en los botones Aplicar y Cerrar para finalizar el establecimiento de la conexión.
- Agregar y cambiar el nombre de los grupos de cámaras
- Haga clic con el botón derecho en Cámaras > Agregar grupo de cámaras para agregar nuevos grupos de cámaras.
- Haga clic con el botón derecho en Cámaras > Cambiar nombre para cambiar el nombre de los grupos de cámaras como "grupo de cámaras de elevación y empuje" y "grupo de cámaras giratorias", respectivamente.
- Haga clic con el botón derecho en el grupo de cámaras de elevación-empuje > Agregar cámara
- Haga clic en el botón Seleccionar archivo en el cuadro Seguimiento .
- Haga clic en Abrir archivo existente y seleccione el video de operación "lifting-thrusting-1.avi" en la siguiente ventana, luego haga clic en Aplicar para finalizar la importación de video.
- Similar a las acciones anteriores, haga clic en Seleccionar archivo en el cuadro Calibración 3D e importe el video de calibración correspondiente "ca-1.mp4".
- De acuerdo con el paso 3.5, continuar importando los videos de operación "lifting-thrusting-2.avi" y "lifting-thrusting-3.avi", y sus correspondientes videos de calibración "ca-2.mp4" y "ca-3.mp4" en el Grupo de Cámaras de Elevación-Empuje, respectivamente.
NOTA: Debe haber 3 cámaras en el grupo de cámaras de elevación-empuje en la ventana del proyecto después de las secciones 3.4 y 3.5. - De acuerdo con los pasos 3.4, 3.5 y 3.6, importe los videos de habilidad de giro y calibración al Grupo de cámaras giratorias.
4. Análisis de vídeo
- Calibración 3D para cada cámara
- Expanda Grupo de cámaras de elevación-empuje y haga clic con el botón derecho en Propiedades de elevación-empuje-1 >.
- Haga clic en el botón Calibración 3D en el cuadro Calibración 3D ; ingrese la descripción y agregue 8 puntos haciendo clic en el botón Agregar punto por 8 veces
- Haga clic en Aplicar después de establecer el nombre y el valor X, Y, Z correspondiente para cada punto de acuerdo con los parámetros de calibración (Tabla 1).
- Después de configurar todos los puntos, mueva el mouse para hacer clic en cada punto final del video de calibración para finalizar la calibración 3D.
- Siga los pasos 4.1.1-4.1.4 para completar la calibración 3D de las otras cámaras del mismo grupo y de las cámaras del grupo de cámaras giratorias.
- Seguimiento del movimiento de los dedos en 3D
- Haga clic con el botón derecho en Grupo de cámaras de elevación-empuje > seguimiento 3D, seleccione todas las cámaras y haga clic en el botón Aceptar para abrir la ventana de seguimiento 3D .
- Establezca la coincidencia de patrones de seguimiento (todos los puntos) para todas las cámaras y haga clic manualmente en todos los puntos de seguimiento en el primer fotograma.
- Haga clic en el botón Buscar automáticamente para iniciar el seguimiento 3D automático fotograma a fotograma.
- Siga los pasos 4.2.1-4.2.3 para completar el seguimiento de movimiento del grupo de cámaras giratorias.
NOTA: Si se pierde un punto de seguimiento durante el seguimiento 3D automático, seleccione la línea de punto perdida, haga clic con el botón derecho en Descartar punto desde aquí y, a continuación, vuelva a hacer clic en el punto y en el botón Buscar automáticamente . Seleccione Sí si se ha establecido el mensaje "No se ha establecido ningún fotograma de inicio para el seguimiento para 3 cámaras seleccionadas). se puede configurar individualmente en las propiedades de la cámara. ¿Desea establecer el fotograma de inicio en el fotograma 0 para todas las cámaras sin fotograma de inicio y continuar ahora?" aparece.
- Exportación de datos
- Haga clic con el botón derecho en Grupo de cámaras de elevación y empuje > nuevo cálculo 3D, seleccione todas las cámaras y marque Actualizar datos continuamente y Almacenar datos explícitamente en archivo en la ventana Crear datos 3D . Haga clic en el botón Aceptar para continuar.
- Haga clic con el botón derecho en la carpeta Lifting-Thrusting-3D Coordinates Data > Export, verifique los encabezados de columna, los nombres de seguimiento, la hora de inicio y la frecuencia, la información de tiempo en la primera columna, X, Y, Z, v (X), v (Y), v (Z) en la ventana Exportar
- Haga clic en el botón Exportar para exportar el archivo de datos (*.txt) con el nombre personalizado. Exporte el archivo de datos del grupo de cámaras giratorias de la misma manera.
5. Análisis de datos
NOTA: Se utiliza un script PHP original para examinar y analizar los archivos de datos exportados por el software de captura y análisis de movimiento. Todo el código fuente se ha compartido en un repositorio de GitHub20.
- Después de cargar los archivos de datos exportados desde el software de captura y análisis de movimiento en una carpeta de servidor específica que ejecute este script, abra el script e ingrese el nombre de usuario y la contraseña para iniciar sesión.
- Haga clic en Agregar nuevo participante, seleccione el tipo de participante y el género, e ingrese el nombre del participante, la edad y el tiempo de práctica en la página emergente; haga clic en Enviar para terminar de agregar un nuevo participante.
- Haga clic en Agregar nuevo registro correspondiente al participante recién agregado en la página de lista, luego ingrese el Nombre de carpeta que contiene los archivos de datos cargados del software de captura y análisis de movimiento y seleccione la Fecha de operación; haga clic en Enviar para continuar.
- Haga clic en Análisis correspondiente al registro de operación recién agregado, luego seleccione Habilidad y haga clic en Enviar. El script identificará y mostrará todas las crestas y valles válidos para su revisión manual.
NOTA: Una determinada cresta o canal se puede volver a seleccionar manualmente en la lista desplegable correspondiente si el script lo identifica incorrectamente. Sobre la base de estas crestas y valles, los valores promedio de amplitudes y velocidades a lo largo de tres ejes de cada punto de seguimiento y el tiempo de operación de las acciones de elevación, empuje, giro a la izquierda y giro a la derecha se pueden calcular y mostrar mediante el script. El método de cálculo de estos parámetros se muestra en la Figura 3.
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Representative Results
Después de establecer este método experimental, las habilidades de elevación-empuje y giro de am básica de diecinueve profesores de acupuntura de la Escuela de Acupuntura-Moxibustión y Tuina de la Universidad de Shanghai de TCM se midieron utilizando el seguimiento de movimiento 3D. De acuerdo con la definición de un sistema de coordenadas articulares (JCS) para el hombro, el codo, la muñeca y la mano propuesta por el Comité de Normalización y Terminología (STC) de la Sociedad Internacional de Biomecánica21, se han seleccionado siete puntos de seguimiento de dedos. La vista de palanca generada por el software de captura y análisis de movimiento basada en las posiciones anatómicas de estos puntos se muestra en la Figura 2B. Las curvas típicas de tiempo de coordenadas a lo largo de tres ejes de cada punto se muestran en la Figura 4, y dos videos de habilidades de elevación-empuje y giro con vista de palanca (Video 1 y Video 2).
Como se muestra en la Figura 4C, E, debido a la amplitud mínima de movimiento a lo largo de los ejes de movimiento principales durante diferentes habilidades (el eje Z de la habilidad de elevación-empuje y el eje Y de la habilidad de giro) de la articulación de la muñeca (WJ) se puede fijar, y el movimiento parece ocurrir desde el pulgar y el dedo índice. Por lo tanto, los datos de los otros seis puntos fueron exportados por el software de captura y análisis de movimiento para un análisis cinemático adicional de AM. Después del análisis de los datos, los valores medios de amplitud y velocidad a lo largo de tres ejes y el tiempo de funcionamiento de la acción "elevación", "empuje", "giro a la izquierda" y "giro a la derecha" de cada punto de seguimiento con los dedos se calcularon y se mostraron en la Tabla 2, Tabla 3 y Tabla 4.
Además, también se realizó un seguimiento del movimiento de los dedos de los participantes cuando realizaron AM en ATP-II. Los datos derivados de ATP-II se compararon con los datos exportados por el software de captura y análisis de movimiento. Los resultados muestran que la forma de la curva de coordenadas-tiempo de TT a lo largo del eje Z fue similar a la curva de voltaje-tiempo generada por ATP-II durante la habilidad de elevación-empuje. Mientras tanto, durante la habilidad de giro, la forma de la curva amplitud-tiempo a lo largo del eje Y de TT también fue similar a la curva voltaje-tiempo de ATP-II. Además, después del cálculo, los ciclos de funcionamiento promedio de estos dos tipos de curvas fueron básicamente los mismos (Figura 5).
Figura 1: Posiciones de la cámara y colocación del marco de calibración 3D. (A) Las posiciones de tres cámaras. (B) Vista frontal del marco de calibración 3D. (C) Vista superior del marco de calibración 3D. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Las posiciones de los marcadores de seguimiento y su vista de palanca. (A) Las posiciones de los marcadores de seguimiento disponibles. (B) La vista de palanca generada por el software de captura y análisis de movimiento en función de las posiciones anatómicas de estos puntos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Diagrama esquemático del método de cálculo de parámetros cinemáticos. La amplitud y la velocidad medias se pueden calcular en función de la cresta de la curva y el posicionamiento de la vaguada. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: Curvas típicas de tiempo de coordenadas durante las habilidades de elevación-empuje y giro. (A, B, C) Las curvas típicas de tiempo de coordenadas a lo largo del eje X, Y, Z de cada punto de seguimiento durante la habilidad de elevación-empuje, respectivamente. (D,E,F) Las curvas con los mismos ajustes de la habilidad de elevación-empuje durante la habilidad de giro. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: Comparación de las curvas generadas por ATP-II y el software de captura y análisis de movimiento. (A) Los movimientos de los dedos de los participantes fueron rastreados cuando realizaron AM en ATP-II. (B) La curva voltaje-tiempo de ATP-II durante la habilidad de elevación-empuje. (C) La curva de coordenadas-tiempo a lo largo del eje Z de TT durante la habilidad de elevación-empuje. (D) La curva voltaje-tiempo de ATP-II durante la habilidad de giro. (E) La curva de coordenadas-tiempo a lo largo del eje Y de TT durante la habilidad de giro. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Tabla 1: Parámetros de coordenadas de los puntos de calibración. Los valores de coordenadas de tres ejes de ocho puntos de calibración. Haga clic aquí para descargar esta tabla.
Tabla 2: Datos cinemáticos de cada punto de seguimiento durante la habilidad de elevación-empuje. Los valores promedio de amplitud y velocidad a lo largo de tres ejes de cada punto de seguimiento en las figuras durante la habilidad de elevación-empuje. Haga clic aquí para descargar esta tabla.
Tabla 3: Datos cinemáticos de cada punto de seguimiento durante la habilidad de giro. Los valores promedio de amplitud y velocidad a lo largo de tres ejes de cada punto de seguimiento en las figuras durante la habilidad de giro. Haga clic aquí para descargar esta tabla.
Tabla 4: Tiempo de funcionamiento durante las habilidades de elevación-empuje y giro Los valores promedio del tiempo de operación en los procesos de elevación, empuje, giro a la izquierda y giro a la derecha Acciones Haga clic aquí para descargar esta Tabla.
Video 1: Habilidad de elevación-empuje. (Arriba a la izquierda) La vista de palo de la mano. (Arriba a la derecha, Abajo a la izquierda, Abajo a la derecha) La típica curva dinámica de tiempo de coordenadas a lo largo del eje X, Y, Z de cada punto de seguimiento durante la habilidad de elevación-empuje Haga clic aquí para descargar este video.
Video 2: Habilidad de giro: La vista de palanca de la mano y las curvas dinámicas típicas de tiempo de coordenadas con la misma configuración que el Video 1 durante la habilidad de giro. Haga clic aquí para descargar este video.
Archivo complementario 1: Instrucciones de sincronización de vídeo. Capturas de pantalla y pasos de las instrucciones de sincronización de video del software de edición de video utilizado en este estudio. Haga clic aquí para descargar este archivo.
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Discussion
Este estudio estableció el método de medición de los parámetros cinemáticos de la AM in vivo y obtuvo los datos de amplitud de movimiento, velocidad y tiempo de operación de los seis puntos de seguimiento importantes en el pulgar y el índice a lo largo de tres ejes. Mientras tanto, en función del marco de calibración 3D, se generó una vista de palanca 3D y la animación correspondiente del pulgar y el índice durante la punción. El movimiento del pulgar y el índice de AM se puede mostrar completamente con la reproducción síncrona de la curva de parámetros cinemáticos y la animación de palo, lo que puede ayudar a los investigadores a explorar las características del movimiento y comparar las similitudes y diferencias de diferentes habilidades de AM.
A lo largo de todo el proceso experimental, se pueden resumir algunos pasos críticos que afectan los resultados del análisis: primero, la configuración del entorno experimental. La temperatura recomendada del ambiente experimental es constante 22-25 ° C, y la humedad relativa es de aproximadamente el 60% sin un flujo de aire obvio en la habitación. Mientras tanto, no hay ruido fuerte e interferencia de fuente electromagnética en el entorno circundante. En segundo lugar, las ubicaciones de la cámara y el trípode. En el proceso de seguimiento de movimiento, todos los puntos de seguimiento deben ser registrados por todas las cámaras para obtener datos de alta precisión. Por lo tanto, una posición razonable de la cámara es clave para reducir los errores experimentales. Además, los trípodes deben ajustarse a una altura adecuada (más alta que la mesa y garantizar que los dispositivos experimentales en la mesa y la mano del participante puedan registrarse claramente). En tercer lugar, la calibración y el seguimiento automático del movimiento. Todos los datos de análisis se calculan en función de la posición de cada punto de seguimiento en el sistema de calibración 3D en cada fotograma del video en movimiento; por lo tanto, la calibración exitosa y el seguimiento automático de cada punto son requisitos previos para realizar cálculos. Por último, identificación de crestas y abrevaderos. Los indicadores técnicos de AM se pueden calcular mediante el posicionamiento de las crestas y valles en cada ciclo. En este protocolo, los pasos de identificación automática y revisión manual están diseñados para garantizar la precisión de los datos experimentales.
Con el fin de aplicar la tecnología de seguimiento de movimiento 3D al análisis cinemático de AM, se realizaron dos modificaciones a esta tecnología comúnmente utilizada en las grandes articulaciones de las extremidades humanas. Primero, la personalización de un pequeño marco de calibración 3D para los dedos. Se personalizó un marco de calibración 3D de 15×15×15 cm para mejorar la precisión de medición de los movimientos de los dedos. A través del escaneo láser 3D, la precisión de calibración del marco es de 0,01 mm. En segundo lugar, el establecimiento de indicadores técnicos de la am. y métodos de cálculo relacionados. De acuerdo con las características de movimiento de AM y los datos en bruto exportados por el sistema de seguimiento de movimiento, se establecieron tres indicadores técnicos, "amplitud, velocidad y tiempo" a lo largo de tres ejes para cada punto de seguimiento de dedos. Estos parámetros se pueden calcular mediante script PHP basado en el reconocimiento del punto de inflexión de la curva coordenada-tiempo. Las posibles crestas y valles se pueden identificar de acuerdo con la expresión lógica (1) y (2), respectivamente.
(1)
(2)
Donde dc, dt y dt2 son las diferenciaciones de valor de coordenadas, tiempo y tiempo al cuadrado, d2c es la diferenciación cuadrática de coordenadas. De acuerdo con los resultados de las pruebas de los datos de la muestra experimental, se establecieron dos tipos de umbrales para verificar las validez de estas crestas y valles. El umbral de tiempo es el 80% del ciclo operativo promedio, los umbrales de cresta y valle son el 75% y el 25% de la amplitud máxima de operación. Después de atravesar todas las crestas y valles, la cresta cuyo tiempo de intervalo de la cresta anterior es mayor que el umbral de tiempo y el valor de coordenadas es mayor que el umbral de cresta se identifica como la cresta válida. El valle cuyo tiempo de intervalo desde la cresta anterior es mayor que el umbral de tiempo y el valor de coordenadas es menor que el umbral de valle se identifica como el valle válido. Aunque, en la mayoría de los casos, las crestas y valles se pueden identificar automáticamente, todavía hay algunos casos que deben ajustarse manualmente. Por lo tanto, como la principal limitación de esta solución, el algoritmo de reconocimiento debe mejorarse en futuros trabajos. El análisis preliminar de los datos experimentales mostró que la amplitud de movimiento y la velocidad de las articulaciones MCP eran las más pequeñas, y los parámetros relacionados de la articulación IP o PIP y las yemas de los dedos eran más grandes y más grandes, respectivamente. Además, el cuerpo de la aguja era impulsado por el movimiento vertical o tangencial de las yemas de los dedos para moverse hacia arriba y hacia abajo o girar sobre un eje fijo. En resumen, la AM es un tipo de movimiento rítmico realizado por las yemas de los dedos impulsadas por las articulaciones MCP del pulgar y el índice. Además, no importa qué habilidad de AM se haya utilizado, se produjo un cierto rango de movimiento a lo largo de tres ejes en todos los puntos de seguimiento, lo que sugiere que durante la operación de la habilidad de elevación-empuje, aunque las yemas de los dedos se mueven principalmente en la dirección vertical, todavía está acompañada por un movimiento acoplado tangencial, y la habilidad de giro basada en la tangencial también está acompañada por un movimiento acoplado vertical. Estos resultados indican que la AM no es un simple movimiento de un solo eje.
Al igual que otros estudios que utilizan esta tecnología para analizar el movimiento de los dedos, la tecnología de seguimiento de movimiento en este protocolo también proporciona datos cinemáticos de tres ejes de las articulaciones de los dedos con alta precisión22. Sin embargo, se realizó un análisis secundario sobre datos brutos de acuerdo con las características de habilidad de AM, y se establecieron los indicadores técnicos correspondientes en este protocolo para un análisis comparativo adicional. Además, en comparación con los dispositivos portátiles, fáciles de usar y de bajo costo de seguimiento de movimiento manual como Leap Motion, el análisis de seguimiento de movimiento basado en marcadores estándar tiene las ventajas de una mayor precisión y un rango de aplicación más amplio23,24. En comparación con el dispositivo de análisis AM tradicional ATP-II, la curva amplitud-tiempo a lo largo del eje de movimiento principal derivado del análisis de seguimiento de movimiento y la curva voltaje-tiempo derivada por ATP-II tienen una conformidad significativa en la misma habilidad AM. Además, los ciclos de funcionamiento calculados por los dos métodos de medición también fueron relativamente consistentes. Estos resultados mostraron que este método experimental no solo puede reflejar características de habilidad similares a las de ATP-II, sino que también proporciona más parámetros cinemáticos a lo largo de tres ejes de múltiples puntos de seguimiento, que no pueden ser medidos por tecnología experimental previa.
Este método experimental proporciona una forma eficiente de analizar los movimientos complicados de los dedos involucrados en la AM. Tiene un gran potencial para futuras aplicaciones. En primer lugar, el estudio de la relación dosis-efecto de la acupuntura. La tecnología de seguimiento del movimiento de los dedos en 3D proporciona una solución para determinar la cantidad de estimulación de la acupuntura manual y se puede utilizar para llevar a cabo estudios como el análisis de correlación entre la velocidad de punción, la amplitud y el efecto terapéutico, a fin de proporcionar más datos científicos que respalden la aplicación clínica de la acupuntura. En segundo lugar, la evaluación cuantitativa y la retroalimentación para la enseñanza y el aprendizaje de la AM. Los resultados del análisis de datos combinados con la retroalimentación verbal del profesor pueden ayudar a los alumnos a ajustar sus acciones con los dedos y reducir la carga cognitiva24,25. Estudios previos han utilizado los datos proporcionados por la tecnología de seguimiento de movimiento 3D para mejorar el efecto del aprendizaje de habilidades motoras, como el lanzamiento repetitivo de brazos26 y el rendimiento musical27,28. Algunos informes también mostraron que habilidades médicas como la colonoscopia29, laparoscópica30, artroscopio31 y otros endoscopios32,33 también podrían mejorarse con esta tecnología. Y otro estudio sugirió que la autorreflexión y la discusión basadas en video con los estudiantes se involucran a un nivel cognitivo más alto que la retroalimentación descriptiva estándar34. En tercer lugar, la medición y preservación de la AM de los acupunturistas famosos. Debido a que todo el AM se recopila, graba y analiza en función de los videos de movimiento almacenados en la base de datos, estos videos y datos relevantes de AM pueden ser navegados por los investigadores en cualquier momento para un mayor aprendizaje y herencia.
El establecimiento de este método experimental abre un nuevo camino para la investigación cuantitativa de la AM. En el futuro, se pueden aplicar más posiciones de cámara, lentes de mayor definición y marcos de calibración de mayor precisión para mejorar aún más la precisión de los datos y extraer indicadores técnicos más significativos para proporcionar más referencias de datos para la aplicación clínica, la educación y la promoción de la acupuntura.
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Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (número de subvención 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
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