Tredimensionell fingerrörelsespårning under Needling: En lösning för kinematisk analys av akupunkturmanipulation
Summary
Denna experimentella metod beskriver en lösning för kinematisk analys av akupunktur manipulation med tredimensionell finger rörelse spårning teknik.
Abstract
Tredimensionell (3D) rörelsespårning har använts inom många områden, såsom forskning om sport och medicinska färdigheter. Detta experiment syftade till att använda 3D-rörelsespårningsteknik för att mäta de kinematiska parametrarna för fingrarnas leder under akupunkturmanipulation (AM) och fastställa tre tekniska indikatorer “amplitud, hastighet och tid”. Denna metod kan återspegla am-funktionens driftsegenskaper och ge kvantitativa parametrar längs tre axlar av flera fingerfogar. De aktuella bevisen visar att metoden har stor potential för framtida tillämpningar såsom studier av dos-effektförhållandet av akupunktur, undervisning och inlärning av AM, och mätning och bevarande av kända akupunktörers AM.
Introduction
Som ett slags kliniska färdigheter inom traditionell kinesisk medicin (TCM) och fysisk stimulering betraktas akupunkturmanipulation (AM) ofta som en viktig faktor som påverkar den terapeutiska effekten av akupunktur1,2. Många studier har bekräftat att olika AM eller olika stimuleringsparametrar (needling hastighet, amplitud, frekvens, etc.) av samma AM resulterade i olika terapeutiska effekter3,4,5,6,7. Därför kan mätning av relevanta kinematiska parametrar för AM och korrelationsanalys med den terapeutiska effekten ge användbart datastöd och referens för klinisk behandling med akupunktur8,9.
Mätningen av kinematiska parametrar för AM började på 1980-talet10. I början användes den elektriska signalomvandlingstekniken baserad på variabelt motstånd främst för att omvandla förskjutningssignalen från nålkroppen till en spännings- eller strömsignal för att visa och registrera amplitud- och frekvensdata för AM11. Dessutom har den berömda ATP-II kinesiska medicinakupunkturtekniken testare II (ATP-II) med denna teknik för närvarande använts av många traditionella kinesiska medicinuniversitet i Kina12. Därefter, med kontinuerlig utveckling och innovation av sensorteknik, användes olika typer av sensorer för att samla in kinematiska parametrar för AM. Till exempel var de tre axlarnas elektromagnetiska rörelsesensor fäst vid nålhandtaget för att förvärva needling amplitud och hastighet13; den bioelektriska signalsensorn placerades på dorsala hornet på djurets ryggmärg för att registrera needling frequency14, etc. Även om den kvantitativa forskningen av AM baserad på ovanstående två typer av teknik har slutfört förvärvet av relevanta kinematiska parametrar under behov, är dess främsta nackdelar oförmågan att utföra icke-invasiv mätning i realtid och förändringen av driftskänslan som orsakas av modifieringen av nålkroppen.
Under de senaste åren har rörelsespårningsteknik gradvis tillämpats på den kvantitativa forskningen av AM15,16. Eftersom det är baserat på bildruta-för-bild-analys av behövande video, kan mätningen av akupunkturparametrar förvärvas under in vivo-drift utan att ändra nålkroppen. Denna teknik har använts för att mäta de kinematiska parametrarna som amplitud, hastighet, acceleration och frekvens av fyra spårningspunkter för tumme och pekfinger under behov i ett tvådimensionellt (2D) plan och etablerat motsvarande fingersticksfigur15. Vissa studier mätte också vinkelförändringsområdet för interfalangeal (IP) led av tumme och pekfinger med liknande teknik9,17,18. De aktuella studierna om AM-analys är dock fortfarande huvudsakligen begränsade till 2D-rörelseplanet, och antalet spårningspunkter är relativt litet. Hittills finns det ingen fullständig tredimensionell (3D) kinematisk mät- och analysmetod för AM, och inga relaterade data publicerades.
För att lösa ovanstående problem kommer denna studie att använda 3D-rörelsespårningsteknik för att mäta de kinematiska parametrarna för de sju spårningspunkterna under behov. Detta protokoll syftar till att tillhandahålla en komplett teknisk lösning för den kinematiska analysen på AM, liksom den ytterligare studien om dos-effekt korrelationen av akupunktur.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denna studie fastställde mätmetoden för de kinematiska parametrarna för AM in vivo och erhöll data om rörelseamplitud, hastighet och driftstid för de sex viktiga spårningspunkterna på tummen och pekfingret längs tre axlar. Under tiden, baserat på 3D kalibreringsramen, genererades en 3D-stickvy och motsvarande animering av tummen och pekfingret under needling. Am-tummens och pekfingrets rörelse kan visas fullt ut med den synkrona uppspelningen av kinematisk parameterkurva och stickanimering, vilket ka…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av National Natural Science Foundation of China (Grant Number. 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).
