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Suivi tridimensionnel du mouvement des doigts pendant l’aiguilletage: une solution pour l’analyse cinématique de la manipulation de l’acupuncture

Published: October 28, 2021 doi: 10.3791/62750
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1School of Acupuncture-Moxibustion and Tuina, Shanghai University of Traditional Chinese Medicine

Summary

Cette méthode expérimentale décrit une solution pour l’analyse cinématique de la manipulation de l’acupuncture avec la technologie tridimensionnelle de suivi du mouvement des doigts.

Abstract

Le suivi de mouvement tridimensionnel (3D) a été utilisé dans de nombreux domaines, tels que la recherche sur le sport et les compétences médicales. Cette expérience visait à utiliser la technologie de suivi de mouvement 3D pour mesurer les paramètres cinématiques des articulations des doigts lors de la manipulation de l’acupuncture (FA) et établir trois indicateurs techniques « amplitude, vitesse et temps ». Cette méthode peut refléter les caractéristiques de fonctionnement de la FA et fournir des paramètres quantitatifs le long de trois axes d’articulations de plusieurs doigts. Les preuves actuelles montrent que la méthode a un grand potentiel pour des applications futures telles que l’étude de la relation dose-effet de l’acupuncture, l’enseignement et l’apprentissage de la FA, et la mesure et la préservation de la FA des acupuncteurs célèbres.

Introduction

En tant que type des compétences cliniques de la médecine traditionnelle chinoise (MTC) et de la stimulation physique, la manipulation de l’acupuncture (FA) est souvent considérée comme un facteur important qui affecte l’effet thérapeutique de l’acupuncture1,2. De nombreuses études ont confirmé que différents paramètres de stimulation am ou différents paramètres de stimulation (vitesse d’aiguilletage, amplitude, fréquence, etc.) d’une même FA ont entraîné des effets thérapeutiques différents3,4,5,6,7. Par conséquent, la mesure des paramètres cinématiques pertinents de la FA et l’analyse de corrélation avec l’effet thérapeutique peuvent fournir un soutien de données utile et une référence pour le traitement clinique avec l’acupuncture8,9.

La mesure des paramètres cinématiques de l’AM a commencé dans les années 198010. Au début, la technologie de conversion du signal électrique basée sur une résistance variable était principalement utilisée pour convertir le signal de déplacement du corps de l’aiguille en un signal de tension ou de courant pour afficher et enregistrer les données d’amplitude et de fréquence d’AM11. De plus, le célèbre testeur de technique d’acupuncture de médecine chinoise ATP-II (ATP-II) avec cette technologie a actuellement été utilisé par de nombreuses universités de médecine traditionnelle chinoise de Chine12. Après cela, avec le développement continu et l’innovation de la technologie des capteurs, différents types de capteurs ont été utilisés pour collecter les paramètres cinématiques de la FA. Par exemple, le capteur de mouvement électromagnétique à trois axes a été fixé à la poignée de l’aiguille pour acquérir l’amplitude et la vitesse d’aiguilletage13; le capteur de signal bioélectrique a été placé sur la corne dorsale de la moelle épinière de l’animal pour enregistrer la fréquence d’aiguilletage14, etc. Bien que la recherche quantitative de la FA basée sur les deux types de technologies ci-dessus ait achevé l’acquisition de paramètres cinématiques pertinents lors de l’aiguilletage, ses principaux inconvénients sont l’incapacité d’effectuer la mesure non invasive en temps réel et le changement de sensation de fonctionnement causé par la modification du corps de l’aiguille.

Au cours des dernières années, la technologie de suivi de mouvement a été progressivement appliquée à la recherche quantitative de AM15,16. Parce qu’elle est basée sur l’analyse image par image de la vidéo d’aiguilletage, la mesure des paramètres d’acupuncture peut être acquise lors d’un fonctionnement in vivo sans modifier le corps de l’aiguille. Cette technologie a été utilisée pour mesurer les paramètres cinématiques tels que l’amplitude, la vitesse, l’accélération et la fréquence de quatre points de suivi du pouce et de l’index lors de l’aiguille dans un plan bidimensionnel (2D) et a établi la figure correspondante du bâton de doigt15. Certaines études ont également mesuré la plage de changement d’angle de l’articulation interphalangienne (IP) du pouce et de l’index avec une technologie similaire9,17,18. Cependant, les études actuelles sur l’analyse de la FA sont encore principalement limitées au plan de mouvement 2D, et le nombre de points de suivi est relativement faible. Jusqu’à présent, il n’existe pas de méthode complète de mesure et d’analyse cinématique tridimensionnelle (3D) pour la FA, et aucune donnée connexe n’a été publiée.

Pour résoudre les problèmes ci-dessus, cette étude utilisera la technologie de suivi de mouvement 3D pour mesurer les paramètres cinématiques des sept points de suivi de la main lors de l’aiguilletage. Ce protocole vise à fournir une solution technique complète pour l’analyse cinématique sur la FA, ainsi que pour la poursuite de l’étude sur la corrélation dose-effet de l’acupuncture.

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Protocol

Cette étude a été approuvée par le comité d’éthique de l’hôpital Yueyang, affilié à l’Université de médecine traditionnelle chinoise de Shanghai (référence n° 2021-062), et chaque participant a signé un formulaire de consentement éclairé.

1. Préparations expérimentales

  1. Paramètres de l’appareil photo :
    1. Placez trois trépieds devant la table d’opération et connectez-les avec trois caméras.
    2. Réglez les paramètres de prise de vue des appareils photo comme suit: résolution 1280 x720 pixels, format MP4, mode manuel complet (M), ouverture F1.2, obturateur 1/1000s, ISO 6400, balance des blancs automatique, zoom optique 0mm.
      REMARQUE : L’angle entre deux caméras doit être réglé entre 60°-120° (Figure 1A).
  2. Placement du marqueur de suivi :
    1. Fixez sept billes réfléchissantes d’un diamètre de 6,5 mm sur la main de l’aiguille de maintien de chaque participant pour l’enregistrement vidéo, comme indiqué aux étapes 1.2.2 à 1.2.4 et illustré à la figure 2A.
    2. Poignet: Attachez une boule sur le point médian du cubitus et du styloidé radial défini comme point de suivi « articulation du poignet » (WJ)
    3. Pouce: Attachez une boule chacune au centre de l’ongle du pouce défini comme point de suivi « pointe du pouce » (TT), l’articulation IP définie comme point de suivi « articulation de l’extrémité du pouce » (TEJ) et l’articulation métacarpophalangienne (MCP) définie comme point de suivi « articulation de base du pouce » (TBJ), respectivement.
    4. Index: Attachez une boule chacune au centre de l’ongle de l’index défini comme point de suivi « pointe de l’index » (FT), l’articulation interphalangienne proximale (PIP) définie comme point de suivi « articulation intermédiaire de l’index » (FMJ) et l’articulation MCP définie comme point de suivi « articulation de base de l’index » (FBJ), respectivement.

2. Tournage et montage vidéo

  1. Placez un petit cadre d’étalonnage 3D de 15 cm x 15 cm x 15 cm avec 8 points sur la table d’opération pour l’étalonnage 3D (Figure 1B,C).
  2. Retirez l’image de la table après avoir pris une vidéo de l’image d’étalonnage pendant au moins 8 s.
  3. Demandez aux participants d’effectuer la FA sur le point d’acupuncture LI11 (Quchi) du volontaire, y compris les compétences de levage-poussée et de virevoltage, pour contrôler l’aiguille pour se déplacer de haut en bas et tourner avec le pouce et l’index, respectivement. Prenez les vidéos des compétences ci-dessus pendant au moins 10 cycles.
    REMARQUE: Les critères d’inclusion et d’exclusion des participants pour effectuer la FA et des volontaires pour fournir des points d’acupuncture pour l’aiguilletage sont énumérés. Inclusion des participants : (1) l’enseignant ou l’étudiant en acupuncture a terminé le chapitre « habileté à soulever-pousser » et « habileté virevoltante » dans le manuel de cours intitulé « Techniques et manipulations d’acupuncture et de moxibustion19; (2) le participant doit avoir une expérience pratique de l’aiguilletage avec le corps humain plus de 5 fois. Exclusion des participants : (1) enseignants ou étudiants non pratiquant l’acupuncture; (2) les étudiants en acupuncture sans aucune expérience pratique de l’aiguilletage avec le corps humain. Inclusion des bénévoles : (1) âge entre 16 et 60 ans; (2) pas de lésions cutanées évidentes, de rupture, de suppuration ou d’exsudation évidente autour de LI11 sur le bras droit. Exclusion des bénévoles : (1) personnes ayant des antécédents de tabagisme, d’abus d’alcool ou de drogues; (2) les personnes atteintes de maladies du système sanguin ou d’une tendance évidente aux saignements; 3° les personnes atteintes d’une maladie mentale chronique ou de troubles mentaux; 4° les femmes enceintes; (5) les personnes ayant des antécédents d’évanouissement d’aiguilles.
  4. Exportez toutes les vidéos des caméras vers le disque désigné de l’ordinateur. Renommez les vidéos d’étalonnage 3D des caméras 1, 2, 3 en « ca-1 .mp4 », « ca-2 .mp4 » et « ca-3 .mp4 ».
  5. Synchronisez toutes les vidéos de manipulation dans le logiciel de montage vidéo (par exemple, Adobe premiere pro) et exportez-les nommées « lifting-thrusting-1.avi », « lifting-thrusting-2.avi », « lifting-thrusting-3.avi », « twirling-1.avi », « twirling-2.avi » et « twirling-3.avi », respectivement.
    REMARQUE : Reportez-vous au fichier supplémentaire 1 pour obtenir les instructions de synchronisation vidéo du logiciel de montage vidéo utilisé dans cette étude.

3. Configuration du projet Simi Reality Motion System (logiciel de capture et d’analyse de mouvement)

  1. Ouvrez le logiciel de capture de mouvement et d’analyse et choisissez Créer un nouveau projet. Définissez le nom du projet dans Étiquette de projet et cliquez sur Créer et enregistrer pour enregistrer le projet sur le disque désigné.
  2. Choisissez Spécification > points > main droite/gauche et faites glisser les points de suivi ci-dessus de la zone Points prédéfinis dans la zone Points utilisés , puis cliquez sur le bouton Fermer pour continuer.
    REMARQUE: Toutes les étapes suivantes prennent les points de suivi de la main droite comme exemple.
  3. Choisissez Spécification > Connexions et cliquez sur Nouvelle connexion
    1. Nom de la connexion d’entrée « index III droit ». Sélectionnez « joint du milieu de l’index à droite » comme point de départ et ligne jusqu’au point « pointe de l’index à droite » dans la même fenêtre
    2. Cliquez sur les boutons Appliquer et Fermer pour terminer l’établissement de la connexion.
  4. Ajouter et renommer les groupes de caméras
    1. Cliquez avec le bouton droit de la souris sur Caméras > Ajouter un groupe de caméras pour ajouter de nouveaux groupes de caméras.
    2. Cliquez avec le bouton droit de la souris sur Cameras > Rename pour renommer les groupes de caméras en « groupe de caméras de levage-poussée » et « groupe de caméras virevoltantes », respectivement.
  5. Cliquez avec le bouton droit de la souris sur le groupe de caméras de levage-poussée > Ajouter une caméra
    1. Cliquez sur le bouton Sélectionner un fichier dans la zone Suivi .
    2. Cliquez sur Ouvrir le fichier existant et sélectionnez la vidéo d’opération « levage-poussée-1.avi » dans la fenêtre suivante, puis cliquez sur Appliquer pour terminer l’importation de la vidéo.
    3. Semblable aux actions ci-dessus, cliquez sur Sélectionner un fichier dans la zone Calibration 3D et importez la vidéo d’étalonnage correspondante « ca-1.mp4 ».
  6. Selon l’étape 3.5, continuez à importer les vidéos d’opération « levage-poussée-2.avi » et « levage-poussée-3.avi », et leurs vidéos d’étalonnage correspondantes « ca-2.mp4 » et « ca-3.mp4 » dans le groupe de caméras de levage-poussée, respectivement.
    REMARQUE: Il doit y avoir 3 caméras dans le groupe de caméras de levage-poussée dans la fenêtre du projet après les sections 3.4 et 3.5.
  7. Conformément aux étapes 3.4, 3.5 et 3.6, importez les vidéos de compétence virevoltante et d’étalonnage dans le groupe de caméras Virevoltantes.

4. Analyse vidéo

  1. Calibrage 3D pour chaque caméra
    1. Développez Groupe de caméras de levage-poussée et cliquez avec le bouton droit de la souris sur Propriétés de > de levage-poussée-1.
    2. Cliquez sur le bouton Calibration 3D dans la boîte Calibration 3D ; entrez la description et ajoutez 8 points en cliquant sur le bouton Ajouter un point pendant 8 fois
    3. Cliquez sur Appliquer après avoir défini le nom et la valeur X, Y, Z correspondante pour chaque point en fonction des paramètres d’étalonnage (tableau 1).
    4. Après avoir configuré tous les points, déplacez la souris pour cliquer sur chaque point de terminaison de la vidéo d’étalonnage afin de terminer l’étalonnage 3D.
    5. Suivez les étapes 4.1.1 à 4.1.4 pour effectuer l’étalonnage 3D des autres caméras du même groupe et des caméras du groupe de caméras Twirling.
  2. Suivi 3D du mouvement des doigts
    1. Cliquez avec le bouton droit de la souris sur Le groupe de caméras de levage-poussée > le suivi 3D, sélectionnez toutes les caméras et cliquez sur le bouton OK pour ouvrir la fenêtre de suivi 3D .
    2. Définissez la piste à l’aide de la correspondance de motifs (tous les points) pour toutes les caméras et cliquez manuellement sur tous les points de suivi dans la première image.
    3. Cliquez sur le bouton Rechercher automatiquement pour lancer le suivi 3D automatique image par image.
    4. Suivez les étapes 4.2.1 à 4.2.3 pour terminer le suivi de mouvement du groupe de caméras Twirling.
      REMARQUE: Si un point de suivi est perdu pendant le suivi 3D automatique, sélectionnez la ligne de point perdue, cliquez avec le bouton droit sur Ignorer le point à partir d’ici, puis cliquez à nouveau sur le point et sur le bouton Rechercher automatiquement . Sélectionnez Oui si le message « Aucune image de départ pour le suivi n’a été défini pour 3 caméra(s) sélectionnée(s). il peut être réglé individuellement dans les propriétés de la caméra. Voulez-vous définir l’image de démarrage sur l’image 0 pour toutes les caméras sans image de démarrage et continuer maintenant? » apparaît.
  3. Exportation de données
    1. Cliquez avec le bouton droit de la souris sur Le groupe de caméras de levage-poussée > Nouveau calcul 3D, sélectionnez toutes les caméras et cochez Mettre à jour les données en continu et Stocker les données explicitement dans un fichier dans la fenêtre Créer des données 3D . Cliquez sur le bouton OK pour continuer.
    2. Cliquez avec le bouton droit de la souris sur le dossier Lifting-Thrusting-3D Coordinates Data > Export, vérifiez les en-têtes de colonne, les noms de suivi, l’heure et la fréquence de début, les informations de temps dans la première colonne, X, Y, Z, v(X), v(Y), v(Z) dans la fenêtre Exporter
    3. Cliquez sur le bouton Exporter pour exporter le fichier de données (*.txt) avec le nom personnalisé. Exportez le fichier de données du groupe de caméras Twirling de la même manière.

5. Analyse des données

REMARQUE: Un script PHP original est utilisé pour parcourir et analyser les fichiers de données exportés par le logiciel de capture et d’analyse de mouvement. Tout le code source a été partagé dans un dépôt GitHub20.

  1. Une fois que les fichiers de données exportés à partir du logiciel de capture et d’analyse de mouvement sont téléchargés dans un dossier serveur spécifique exécutant ce script, ouvrez le script et entrez le nom d’utilisateur et le mot de passe pour vous connecter.
  2. Cliquez sur Ajouter un nouveau participant, sélectionnez le type et le sexe du participant, puis entrez le nom du participant, l’âge et le temps de pratique dans la page contextuelle; cliquez sur Soumettre pour terminer l’ajout d’un nouveau participant.
  3. Cliquez sur Ajouter un nouvel enregistrement correspondant au participant nouvellement ajouté dans la page de liste, puis entrez le nom du dossier contenant les fichiers de données téléchargés du logiciel de capture et d’analyse de mouvement et sélectionnez la date de l’opération; cliquez sur Soumettre pour continuer.
  4. Cliquez sur Analyse correspondant à l’enregistrement d’opération nouvellement ajouté, puis sélectionnez Compétence et cliquez sur Soumettre. Le script identifiera et affichera tous les crêtes et creux valides pour une révision manuelle.
    REMARQUE : Une certaine crête ou un certain creux peut être resélectionné manuellement dans la liste déroulante correspondante si le script ne l’identifie pas correctement. Sur la base de ces crêtes et creux, les valeurs moyennes des amplitudes et des vitesses le long de trois axes de chaque point de suivi et le temps de fonctionnement des actions de levage, de poussée, de virevoltement à gauche et de virevoltement à droite peuvent être calculés et affichés par le script. La méthode de calcul de ces paramètres est illustrée à la figure 3.

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Representative Results

Après avoir établi cette méthode expérimentale, les compétences de levage-poussée et de virevoltage de base de la FA de dix-neuf professeurs d’acupuncture de l’École d’acupuncture-moxibustion et de Tuina de l’Université de MTC de Shanghai ont été mesurées à l’aide du suivi de mouvement 3D. Selon la définition d’un système de coordonnées articulaires (JCS) pour l’épaule, le coude, le poignet et la main proposée par le Comité de normalisation et de terminologie (STC) de la Société internationale de biomécanique21, sept points de suivi des doigts ont été sélectionnés. La vue en bâton générée par le logiciel de capture et d’analyse de mouvement basée sur les positions anatomiques de ces points est illustrée à la figure 2B. Les courbes de temps de coordonnées typiques le long de trois axes de chaque point sont montrées à la figure 4, et deux vidéos de levage-poussée et de virevoltage avec vue bâton (vidéo 1 et vidéo 2).

Comme le montre la figure 4C,E, en raison de l’amplitude minimale du mouvement le long des axes de mouvement principaux au cours de différentes compétences (l’axe Z de la compétence de levage-poussée et l’axe Y de la compétence de virevoltement) de l’articulation du poignet (WJ) peut être fixé, et le mouvement semble se produire à partir du pouce et de l’index. Par conséquent, les données des six autres points ont été exportées par le logiciel de capture et d’analyse de mouvement pour une analyse cinématique plus approfondie de la FA. Après analyse des données, les valeurs moyennes d’amplitude et de vitesse le long de trois axes et le temps de fonctionnement de l’action « levage », « poussée », « virevoltant à gauche » et « virevoltant à droite » de chaque point de suivi sur les doigts ont été calculés et présentés dans les tableaux 2, 3 et 4.

En outre, le mouvement des doigts des participants a également été suivi lorsqu’ils ont effectué AM sur ATP-II. Les données dérivées de l’ATP-II ont été comparées aux données exportées par le logiciel de capture et d’analyse de mouvement. Les résultats montrent que la forme de la courbe de coordonnées-temps de TT le long de l’axe Z était similaire à la courbe tension-temps générée par ATP-II pendant la compétence de levage-poussée. Pendant ce temps, pendant la compétence de virevoltement, la forme de la courbe amplitude-temps le long de l’axe Y de TT était également similaire à la courbe tension-temps de l’ATP-II. De plus, après calcul, les cycles de fonctionnement moyens de ces deux types de courbes étaient fondamentalement les mêmes (figure 5).

Figure 1
Figure 1 : Positions de la caméra et placement du cadre d’étalonnage 3D. (A) Positions de trois caméras. (B) Vue de face du cadre d’étalonnage 3D. (C) Vue de dessus du cadre d’étalonnage 3D. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 : Les positions des marqueurs de suivi et leur vue en bâton. (A) Les positions des marqueurs de suivi à portée de main. (B) La vue du bâton générée par le logiciel de capture et d’analyse de mouvement en fonction des positions anatomiques de ces points. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 : Schéma de la méthode de calcul des paramètres cinématiques. L’amplitude et la vitesse moyennes peuvent être calculées en fonction de la crête de courbe et du positionnement du creux. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4 : Courbes de temps de coordonnées typiques pendant les compétences de levage-poussée et de virevoltage. (A, B, C) Les courbes de temps de coordonnées typiques le long des axes X, Y, Z de chaque point de suivi pendant la compétence de levage-poussée, respectivement. (D,E,F) Les courbes avec les mêmes réglages de la compétence de levage-poussée pendant la compétence de virevoltant. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 5
Figure 5 : Comparaison des courbes générées par l’ATP-II et le logiciel de capture et d’analyse de mouvement. (A) Les mouvements des doigts des participants ont été suivis lorsqu’ils ont effectué AM sur ATP-II. (B) La courbe tension-temps de l’ATP-II pendant la compétence de levage-poussée. (C) La courbe de temps de coordonnées le long de l’axe Z de TT pendant la compétence de levage-poussée. (D) La courbe tension-temps de l’ATP-II pendant le virevoltement. (E) La courbe de temps de coordonnées le long de l’axe Y de TT pendant le virevoltement. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Tableau 1 : Paramètres de coordonnées des points d’étalonnage. Les valeurs de coordonnées de trois axes de huit points d’étalonnage. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tableau 2 : Données cinématiques de chaque point de suivi pendant la compétence de levage-poussée. Les valeurs moyennes d’amplitude et de vitesse le long de trois axes de chaque point de suivi sur les figures pendant la compétence de levage-poussée. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tableau 3 : Données cinématiques de chaque point de suivi pendant le virevoltement. Les valeurs moyennes d’amplitude et de vitesse le long de trois axes de chaque point de suivi sur les figures pendant l’habileté virevoltante. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tableau 4 : Temps de fonctionnement pendant les habiletés de levage-poussée et de virevoltage Les valeurs moyennes du temps de fonctionnement dans les processus de levage, de poussée, de virevoltement à gauche et de virevoltement à droite Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Vidéo 1 : Habileté à soulever-pousser. (En haut à gauche) La vue en bâton de la main. (En haut à droite, en bas à gauche, en bas à droite) La courbe dynamique typique du temps de coordonnées le long des axes X, Y, Z de chaque point de suivi pendant la compétence de levage-poussée Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.

Vidéo 2: Compétence virevoltante: La vue en bâton de la main et les courbes dynamiques typiques en temps de coordonnées avec les mêmes paramètres que la vidéo 1 pendant la compétence de virevoltement. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.

Fichier supplémentaire 1 : Instructions de synchronisation vidéo. Captures d’écran et étapes des instructions de synchronisation vidéo du logiciel de montage vidéo utilisé dans cette étude. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

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Discussion

Cette étude a établi la méthode de mesure des paramètres cinématiques de la FA in vivo et a obtenu les données d’amplitude de mouvement, de vitesse et de temps de fonctionnement des six points de suivi importants sur le pouce et l’index le long de trois axes. Pendant ce temps, sur la base du cadre d’étalonnage 3D, une vue de bâton 3D et une animation correspondante du pouce et de l’index pendant l’aiguilletage ont été générées. Le mouvement du pouce et de l’index de la FA peut être entièrement affiché avec la lecture synchrone de la courbe de paramètre cinématique et de l’animation du bâton, ce qui peut aider les chercheurs à explorer les caractéristiques du mouvement et à comparer les similitudes et les différences des différentes compétences en FA.

Tout au long du processus expérimental, certaines étapes critiques qui affectent les résultats de l’analyse peuvent être résumées - d’abord, la configuration de l’environnement expérimental. La température recommandée de l’environnement expérimental est constante de 22 à 25 ° C et l’humidité relative est d’environ 60% sans flux d’air évident dans la pièce. Pendant ce temps, il n’y a pas de bruit fort et d’interférence de source électromagnétique dans l’environnement environnant. Deuxièmement, les emplacements de l’appareil photo et du trépied. Dans le processus de suivi de mouvement, tous les points de suivi doivent être enregistrés par toutes les caméras pour obtenir des données de haute précision. Par conséquent, une position raisonnable de la caméra est essentielle pour réduire les erreurs expérimentales. De plus, les trépieds doivent être ajustés à une hauteur appropriée (plus haut que la table et s’assurer que les dispositifs expérimentaux sur la table et la main du participant peuvent être clairement enregistrés). Troisièmement, l’étalonnage et le suivi automatique des mouvements. Toutes les données d’analyse sont calculées en fonction de la position de chaque point de suivi dans le système d’étalonnage 3D dans chaque image de la vidéo animée; par conséquent, un étalonnage réussi et un suivi automatique de chaque point sont des conditions préalables à l’exécution des calculs. Enfin, l’identification des crêtes et des creux. Les indicateurs techniques de la FA peuvent être calculés par le positionnement des crêtes et des creux dans chaque cycle. Dans ce protocole, les étapes d’identification automatique et d’examen manuel sont conçues pour assurer l’exactitude des données expérimentales.

Afin d’appliquer la technologie de suivi de mouvement 3D à l’analyse cinématique de la FA, deux modifications ont été apportées à cette technologie couramment utilisée dans les grandes articulations des membres humains. Tout d’abord, la personnalisation d’un petit cadre d’étalonnage 3D pour les doigts. Un cadre d’étalonnage 3D de 15×15×15 cm a été personnalisé pour améliorer la précision de mesure des mouvements des doigts. Grâce au balayage laser 3D, la précision d’étalonnage du cadre est de 0,01 mm. Deuxièmement, l’établissement d’indicateurs techniques de la FA et des méthodes de calcul connexes. Selon les caractéristiques de mouvement de la FA et les données brutes exportées par le système de suivi de mouvement, trois indicateurs techniques, « amplitude, vitesse et temps » le long de trois axes ont été établis pour chaque point de suivi des doigts. Ces paramètres peuvent être calculés par script PHP en fonction de la reconnaissance du point d’inflexion de la courbe de coordonnées-temps. Les crêtes et les creux possibles peuvent être identifiés selon l’expression logique (1) et (2), respectivement.

Equation 1(1)
Equation 2(2)

Là où dc, dt et dt2 sont les différenciations de la valeur des coordonnées, du temps et du temps au carré, d2c est la différenciation quadratique de la coordonnée. Selon les résultats des tests des données expérimentales de l’échantillon, deux types de seuils ont été fixés pour vérifier la validité de ces crêtes et creux. Le seuil de temps est de 80% du cycle de fonctionnement moyen, les seuils de crête et de creux sont de 75% et 25% de l’amplitude de fonctionnement maximale. Après avoir traversé toutes les crêtes et les creux, la crête dont le temps d’intervalle par rapport à la crête précédente est supérieur au seuil de temps et la valeur de coordonnée est supérieure au seuil de crête est identifiée comme la crête valide. Le creux dont le temps d’intervalle par rapport à la crête précédente est supérieur au seuil temporel et dont la valeur de coordonnée est inférieure au seuil du creux est identifié comme le creux valide. Bien que, dans la plupart des cas, les crêtes et les creux puissent être identifiés automatiquement, il y a encore quelques cas qui doivent être ajustés manuellement. Par conséquent, en tant que principale limite de cette solution, l’algorithme de reconnaissance doit être amélioré dans les travaux futurs. L’analyse préliminaire des données expérimentales a montré que l’amplitude et la vitesse de mouvement des articulations MCP étaient les plus petites, et que les paramètres connexes de l’articulation IP ou PIP et du bout des doigts étaient respectivement plus grands et plus grands. De plus, le corps de l’aiguille était entraîné par le mouvement vertical ou tangentiel du bout des doigts pour se déplacer de haut en bas ou tourner sur un axe fixe. En résumé, la FA est une sorte de mouvement rythmique effectué par le bout des doigts entraîné par les articulations MCP du pouce et de l’index. De plus, quelle que soit la compétence AM utilisée, une certaine amplitude de mouvement s’est produite le long de trois axes à tous les points de suivi, ce qui suggère que pendant le fonctionnement de la compétence de levage-poussée, bien que le bout des doigts se déplace principalement dans la direction verticale, il est toujours accompagné d’un mouvement couplé tangentiel, et la compétence de virevoltement basée sur la tangentielle est également accompagnée d’un mouvement couplé vertical. Ces résultats indiquent que la FA n’est pas un simple mouvement à un seul axe.

Semblable à d’autres études qui utilisent cette technologie pour analyser le mouvement des doigts, la technologie de suivi de mouvement de ce protocole fournit également des données cinématiques à trois axes des articulations des doigts avec une grande précision22. Cependant, une analyse secondaire des données brutes en fonction des caractéristiques de compétence de la FA a été effectuée, et des indicateurs techniques correspondants ont été établis dans ce protocole pour une analyse comparative plus approfondie. En outre, par rapport aux dispositifs de suivi de mouvement manuels portables, faciles à utiliser et peu coûteux tels que Leap Motion, l’analyse de suivi de mouvement standard basée sur des marqueurs présente les avantages d’une plus grande précision et d’une gamme d’applications plus large23,24. Par rapport au dispositif d’analyse AM traditionnel ATP-II, la courbe amplitude-temps le long de l’axe de mouvement principal dérivée de l’analyse de suivi de mouvement et la courbe tension-temps dérivée par ATP-II ont une conformité significative dans la même compétence AM. De plus, les cycles de fonctionnement calculés par les deux méthodes de mesure étaient également relativement cohérents. Ces résultats ont montré que cette méthode expérimentale peut non seulement refléter des caractéristiques de compétence similaires à celles de l’ATP-II, mais également fournir plus de paramètres cinématiques le long de trois axes de points de suivi multiples, qui ne peuvent pas être mesurés par la technologie expérimentale précédente.

Cette méthode expérimentale fournit un moyen efficace d’analyser les mouvements compliqués des doigts impliqués dans la FA. Il a un grand potentiel pour de futures applications. Tout d’abord, l’étude de la relation dose-effet de l’acupuncture. La technologie de suivi du mouvement des doigts 3D fournit une solution pour déterminer la quantité de stimulation de l’acupuncture manuelle et peut être utilisée pour effectuer des études telles que l’analyse de corrélation entre la vitesse d’aiguilletage, l’amplitude et l’effet thérapeutique, afin de fournir plus de données scientifiques pour l’application clinique de l’acupuncture. Deuxièmement, l’évaluation quantitative et la rétroaction pour l’enseignement et l’apprentissage de la FA. Les résultats de l’analyse des données combinés à la rétroaction verbale de l’enseignant peuvent aider les apprenants à ajuster les actions de leurs doigts et à réduire la charge cognitive24,25. Des études antérieures ont utilisé les données fournies par la technologie de suivi de mouvement 3D pour améliorer l’effet de l’apprentissage des habiletés motrices, telles que les lancers répétitifs des aisselles26 et les performances musicales27,28. Certains rapports ont également montré que les compétences médicales telles que la coloscopie29, laparoscopie30, l’arthroscope31 et d’autres endoscopes32,33 pourraient également être améliorées avec cette technologie. Et une autre étude a suggéré que l’auto-réflexion et la discussion basées sur la vidéo avec des apprenants s’engageant à un niveau cognitif plus élevé que la rétroaction descriptive standard34. Troisièmement, la mesure et la préservation de la FA des acupuncteurs célèbres. Étant donné que toute la FA est collectée, enregistrée et analysée sur la base de vidéos animées stockées dans la base de données, ces vidéos et les données pertinentes de la FA peuvent être consultées par les chercheurs à tout moment pour un apprentissage ultérieur et un héritage.

La mise en place de cette méthode expérimentale ouvre une nouvelle voie pour la recherche quantitative de la FA. À l’avenir, davantage de positions de caméra, d’objectifs de définition plus élevée et de cadres d’étalonnage de plus grande précision pourront être appliqués pour améliorer encore la précision des données et déterrer des indicateurs techniques plus significatifs afin de fournir plus de références de données pour l’application clinique, l’éducation et la promotion de l’acupuncture.

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Disclosures

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Ce travail a été soutenu par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (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

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Médecine numéro 176
Suivi tridimensionnel du mouvement des doigts pendant l’aiguilletage: une solution pour l’analyse cinématique de la manipulation de l’acupuncture
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Xu, L. L., Wang, F., Yang, H. Y., Tang, W. C. Three-Dimensional Finger Motion Tracking during Needling: A Solution for the Kinematic Analysis of Acupuncture Manipulation. J. Vis. Exp. (176), e62750, doi:10.3791/62750 (2021).

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