Трехмерное отслеживание движения пальцев во время иглоукалывания: решение для кинематического анализа акупунктурных манипуляций
Summary
Этот экспериментальный метод описывает решение для кинематического анализа акупунктурных манипуляций с трехмерной технологией отслеживания движения пальцев.
Abstract
Трехмерное (3D) отслеживание движения использовалось во многих областях, таких как исследования спортивных и медицинских навыков. Этот эксперимент был направлен на использование технологии 3D-отслеживания движения для измерения кинематических параметров суставов пальцев при акупунктурной манипуляции (АМ) и установления трех технических показателей «амплитуда, скорость и время». Этот метод может отражать эксплуатационные характеристики АМ и обеспечивать количественные параметры по трем осям множественных пальцевых соединений. Текущие данные показывают, что метод имеет большой потенциал для будущих применений, таких как изучение зависимости доза-эффект иглоукалывания, преподавание и изучение АМ, а также измерение и сохранение АМ известных иглотерапевтов.
Introduction
Как разновидность клинических навыков традиционной китайской медицины (ТКМ) и физической стимуляции, манипуляции иглоукалыванием (АМ) часто рассматриваются как важный фактор, влияющий на терапевтический эффект иглоукалывания1,2. Многие исследования подтвердили, что различные АМ или различные параметры стимуляции (скорость иглоукалывания, амплитуда, частота и т.д.) одного и того же АМ приводили к различным терапевтическим эффектам3,4,5,6,7. Поэтому измерение соответствующих кинематических параметров АМ и корреляционный анализ с терапевтическим эффектом могут обеспечить полезную информационную поддержку и ссылку для клинического лечения иглоукалыванием8,9.
Измерение кинематических параметров АМ началось в 1980-х10 годах. В первые дни технология преобразования электрического сигнала, основанная на переменном сопротивлении, в основном использовалась для преобразования сигнала смещения корпуса иглы в сигнал напряжения или тока для отображения и записи амплитудных и частотных данных AM11. Более того, знаменитая методика иглоукалывания ATP-II (ATP-II) с этой технологией в настоящее время используется многими университетами традиционной китайской медицины Китая12. После этого, с непрерывным развитием и инновациями сенсорных технологий, различные типы датчиков стали использоваться для сбора кинематических параметров АМ. Например, трехосный электромагнитный датчик движения был прикреплен к рукоятке иглы для получения амплитуды и скорости иглоукалывания13; датчик биоэлектрического сигнала помещали на спинной рог спинного мозга животного для записи частоты иглоукалывания14 и т.д. Хотя количественное исследование АМ на основе вышеуказанных двух типов технологий завершило приобретение соответствующих кинематических параметров при иглоукалывании, его основными недостатками являются невозможность выполнения неинвазивного измерения в режиме реального времени и изменение ощущения работы, вызванное модификацией тела иглы.
В последние годы технология отслеживания движения постепенно применялась к количественным исследованиям AM15,16. Поскольку он основан на покадровом анализе видео иглоукалывания, измерение параметров иглоукалывания может быть получено во время операции in vivo без изменения тела иглы. Эта технология была использована для измерения кинематических параметров, таких как амплитуда, скорость, ускорение и частота четырех точек слежения большого и указательного пальцев во время иглоукалывания в двумерной (2D) плоскости и установила соответствующую палку пальца фигуры 15. В некоторых исследованиях также измеряли диапазон изменения угла межфалангового (IP) сустава большого и указательного пальцев с аналогичной технологией9,17,18. Тем не менее, текущие исследования по анализу AM по-прежнему в основном ограничены 2D-плоскостью движения, а количество точек отслеживания относительно невелико. До сих пор не существует полного трехмерного (3D) метода измерения и анализа кинематики для AM, и никакие связанные с этим данные не были опубликованы.
Для решения вышеуказанных проблем в этом исследовании будет использоваться технология 3D-отслеживания движения для измерения кинематических параметров семи точек отслеживания рук во время иглоукалывания. Этот протокол направлен на предоставление полного технического решения для кинематического анализа АМ, а также дальнейшего исследования корреляции доза-эффект иглоукалывания.
Protocol
Representative Results
Discussion
Данное исследование установило метод измерения кинематических параметров AM in vivo и получило данные об амплитуде движения, скорости и времени работы шести важных точек слежения на большом и указательном пальцах по трем осям. Между тем, на основе 3D-калибровочного кадра был сгенериро…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (номер гранта. 82174506).
Materials
| 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. , (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. , 31-34 (2016).
- . 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).
