니들링 중 3차원 손가락 동작 추적: 침술 조작의 운동 분석을 위한 솔루션
Summary
이 실험 방법은 3차원 손가락 모션 추적 기술을 사용하여 침술 조작의 운동 분석을 위한 솔루션을 설명합니다.
Abstract
3차원(3D) 모션 트래킹은 스포츠 및 의료 기술의 연구와 같은 많은 분야에서 사용되고 있습니다. 이 실험은 3D 모션 추적 기술을 사용하여 침술 조작(AM) 동안 손가락 관절의 운동 매개 변수를 측정하고 세 가지 기술 지표 “진폭, 속도 및 시간”을 설정하는 것을 목표로했습니다. 이 방법은 AM의 동작 특성을 반영하고 여러 손가락 조인트의 세 축을 따라 정량적 매개 변수를 제공할 수 있습니다. 현재의 증거는 이 방법이 침술, 교육 및 AM의 학습의 투여 효과 관계 연구, 유명한 침술학자AM의 측정 및 보존과 같은 향후 응용 분야에 큰 잠재력을 가지고 있음을 보여줍니다.
Introduction
중국 전통 의학(TCM) 및 물리적 자극의 일종의 임상 기술로서 침술 조작(AM)은 침술의 치료 효과에 영향을 미치는 중요한 요인으로 간주된다1,2. 많은 연구는 동일한 AM의 다른 AM 또는 다른 자극 매개 변수 (필요 속도, 진폭, 주파수 등)가 다른 치료 효과를 초래한다는 것을 확인했습니다3,4,5,6,7. 따라서, AM의 관련 운동계 파라미터의 측정 및 치료 효과와의 상관관계 분석은 침술8,9을 가진 임상 치료에 유용한 데이터 지원 및 기준을 제공할 수 있다.
AM의 운동 매개 변수의 측정은 1980s10에서 시작되었습니다. 초기에는 가변 저항에 기초한 전기 신호 변환 기술이 주로 바늘 본체의 변위 신호를 AM11의 진폭 및 주파수 데이터를 표시 및 기록하는 전압 또는 전류 신호로 변환하는 데 사용되었습니다. 또한, 이 기술을 가진 유명한 ATP-II 한의학 침술 기술 테스터 II (ATP-II)는 현재 중국의 많은 중국 전통 의학 대학에 의해 사용되고있다12. 그 후 센서 기술의 지속적인 개발과 혁신으로 다양한 유형의 센서가 AM의 운동 매개 변수를 수집하는 데 사용되었습니다. 예를 들어, 3개의 축 전자기 운동 센서는 바늘 손잡이에 부착되어 바늘 진폭 및 속도13을 획득했다. 생체전 신호 센서는 동물의 척수의 등쪽 경적에 배치되어 필요한 주파수14 등을 기록했습니다. 위의 두 가지 기술에 기초한 AM의 정량적 연구가 바늘 동안 관련 운동 매개 변수의 인수를 완료했지만, 주요 단점은 바늘 체의 변형으로 인한 실시간 비침습적 측정 및 작동 느낌의 변화를 수행 할 수 없다는 것입니다.
최근 몇 년 동안, 모션 추적 기술은 AM15,16의 정량적 연구에 점진적으로 적용되었다. 바늘 비디오의 프레임별 분석을 기반으로 하기 때문에, 침술 파라미터의 측정은 바늘 본문을 수정하지 않고 생체 내 동작 중에 획득할 수 있다. 이 기술은 2차원(2D) 평면에서 궁핍한 동안 엄지와 집게 손가락의 4개의 추적 지점의 진폭, 속도, 가속 및 주파수와 같은 운동 파라미터를 측정하는 데 사용되어 해당 손가락 스틱 그림15를 확립하였다. 일부 연구는 또한 비슷한 기술을 가진 엄지와 집게 손가락의 늑골 (IP) 관절의 각도 변화 범위를 측정9,17,18. 그러나, AM 분석에 대한 현재의 연구는 여전히 주로 2D 모션 평면으로 제한되며 추적 지점의 수는 상대적으로 적습니다. 지금까지 AM에 대한 완전한 3차원(3D) 운동학 측정 및 분석 방법이 없으며 관련 데이터가 공개되지 않았습니다.
위의 문제를 해결하기 위해 이 연구는 3D 모션 추적 기술을 사용하여 필요한 동안 7개의 추적 지점의 운동 매개 변수를 측정합니다. 이 프로토콜은 AM에 대한 운동 분석을 위한 완전한 기술적 해결책뿐만 아니라 침술의 투여 효과 상관 관계에 대한 추가 연구를 제공하는 것을 목표로합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 연구는 생체 내에서 AM의 운동 매개 변수의 측정 방법을 확립하고 세 축을 따라 엄지와 집게 손가락에 6 개의 중요한 추적 지점의 모션 진폭, 속도 및 작동 시간의 데이터를 얻었다. 한편, 3D 교정 프레임을 기반으로, 3D 스틱 보기와 니들 링 중 엄지와 집게 손가락의 해당 애니메이션이 생성되었다. AM의 엄지 와 집게 손가락 움직임은 완전히 운동 매개 변수 곡선과 스틱 애니메이션의 동기 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 중국의 국립 자연 과학 재단 (그랜트 번호 82174506)에 의해 지원되었다.
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).
