一种机械结构，用于增强针灸举重和推力作的稳定性和安全性

摘要

该协议设计了一个套管，可用于控制针灸中提升和推力作的运动范围，从而提高稳定性和安全性。因此，它既可以服务于针灸治疗的临床应用，也可以服务于科学研究。

摘要

针灸的治疗效果取决于安全性和稳定性，这使得这些因素在针灸手法研究中至关重要。然而，手动作会带来不可避免的不准确之处，这可能会影响研究结果的可靠性。为了应对这一挑战，本研究设计了一种独特的提升和推力纵控制套管，可灵活调整运动幅度。套管是使用 3D 打印技术制造的，通过使用光学传感器技术记录针灸针的运动范围来验证其保持稳定性的有效性。研究结果表明，对照套管显着增强了针灸作的稳定性，减少了人为错误。这项创新表明，套管可以作为一种有价值的辅助工具，确保针灸相关实验研究的精确性和安全性。它的采用还有助于针灸实践的标准化，确保更一致和准确的研究结果，这对于针灸研究和临床应用的未来进步至关重要。

引言

针刺作是在将针头插入患者皮肤后进行的，以引起称为"得气"（指穴位经络气感应的感觉）或调整针感的方向和强度。作为针灸的重要组成部分，不同的针刺技术会产生不同的效果¹。针刺作是影响针灸治疗效果的关键因素 ^2,3。研究表明，提升推力技术激活的信号比其他针刺方法诱导的信号更强⁴。

针灸的治疗效果与刺激的强度密切相关 ^5,6,7，而刺激的强度又取决于所使用的针刺作类型。因此，针灸手法的定量效应关系是实验研究的一个关键领域 ^8,9,10。标准化和可重复性对于确保针灸研究的科学有效性至关重要¹¹。提升推力和扭转方法都需要特定的手术频率和幅度^12,13，穴位的选择对于治疗疾病也很重要¹⁴。然而，手动针灸依赖于人类作者，因此在针头作过程中很难保持一致的频率和幅度¹⁵。此外，必须采取预防措施，通过仔细控制身体某些部位的进针深度和方向来避免气胸等并发症^16,17。

因此，针灸推拿科学研究中最紧迫的挑战之一是开发控制器以提高针灸技术的稳定性，这对于确保针灸实践的安全性和标准化至关重要¹⁸。

提升推力是最常用的基本针灸技术之一。它涉及将针头向上提起并在将其插入特定深度的穴位后将其向下推入。向上的运动称为抬升，而向下的运动称为推力。重复此过程以达到所需的临床效果，刺激水平取决于提升和推力运动的幅度和频率 19,20,21,22。目前，提拉和推力技术的幅度主要由练习者控制，其有效性通常根据"得气"（穴位经络气感应的感觉）23,24,25 来评价。然而，没有既定的标准来评估这种技术的稳定性和安全性，针头插入的深度完全取决于从业者的技能。

为了促进针灸的标准化，已经开发了几种新技术来取代传统的手工针灸，包括脉冲电针、超声针灸、微波针灸、激光针灸和体外冲击波针²⁶。虽然这些方法在一定程度上有助于标准化针灸的效果，但它们在临床实践中不能完全取代传统的手工针灸。因此，标准化手动针灸的作仍然是必不可少的。

针对上述问题，本研究设计了一种针灸针刺套管，提高了举重和推力技术的安全性和稳定性。研究中使用的控制套管是使用 3D 打印技术制造的（见 材料表），整体结构由三个部分组成:套管、针套和可调节塞子，以及一次性针灸针（图 1）。套管、针套和可调节塞子均通过 3D 打印技术生产（见 补充文件 1、 补充文件 2 和 补充文件 3）。

套管有几个优点:首先，幅度由塞子控制，大大减轻了从业者的负担;其次，针头和套管的分离防止了针灸过程中的污染;第三，可调节刻度允许精确控制针的深度和振幅，从而可以根据需要自由调整。本研究结果为针灸手法的实验研究提供了一种安全的辅助工具，这对于推进针灸技术的标准化至关重要。

研究方案

该方案中的所有程序都是在市售的人体模拟材料（见 材料表）而不是人体上进行的，因此本研究不涉及伦理问题。还获得了所有参与研究的志愿者的知情同意。该实验的参与者是来自上海中医药大学 Acumox 和 Tuina 学院的 20 名学生。这些学生已经完成了针灸提升和推刺技术的课程作业，作为"针灸科学"²⁷课程的一部分。此外，他们通过课程和动手实践获得了近一年的人体针刺实践经验。材料 表中列出了所用设备和软件的详细信息。

1. 控制套管的制造

1. 使用 3D 打印技术准备套管、针套和可调节塞子。
2. 使用白色树脂作为 3D 打印材料，确保最小精度为 0.1 毫米，从而防止因错误导致结构无法组装在一起的问题。这种材料也更具成本效益，并且更容易调整结构。

2. 摄像

1. 相机设置
   1. 将两个三脚架放在作员办公桌前的适当高度，并连接两个运动摄像机。将两个运动相机之间的角度设置为 60°-120°（图 2A）。
   2. 按如下方式调整相机设定:分辨率 1280 × 720 像素、格式 MP4、全手动模式 （M）、光圈 F1.2、快门速度 1/1000 秒、ISO 6400、自动白平衡和光学变焦 0 mm。
2. 校准设置
   1. 将 15 cm × 15 cm × 15 cm 的 3D 校准架放在桌子上（图 2B）。确保它位于两个运动摄像机的覆盖范围内。
3. 跟踪标记放置
   1. 准备一个直径为 6.5 毫米的被动红外反射球。将其贴在参与者右手拇指的指甲帽上，以测量运动轨迹。
4. 实验性作
   注意:这 20 名参与者被指示在人体模拟材料上进行举重和推力作，包括以下技术:均匀举重和推力、轻举重推和轻举重推。每个参与者都完成了对人体模拟材料的三种类型的作，包括有和没有设置为振幅为 15 毫米的套管。然后，他们使用振幅为 5 mm、10 mm 和 15 mm 的套管重复这三种作。每次作会话之间提供 30 分钟的间隔，以确保参与者之间的一致性。每次作重复 10 次。
   1. 在没有套管的情况下进行提升和推力作
      1. 均匀提升和推刺:将针头插入 20 mm 的深度。以均匀的速率上下提起针头，振幅为 15 毫米，频率为每分钟 60 次。
      2. 轻举重推力:将针插入 20 毫米的深度。快速将针头插入一定深度，然后以每分钟 15 次的频率以 60 次的频率缓慢抽出至浅表层。
      3. 轻推重物:将针头插入 20 mm 的深度。将针头缓慢插入一定深度，然后以每分钟 15 次的频率迅速将其撤回至振幅为 60 毫米的浅层。
   2. 使用套管进行提升和推力作
      注意:制作三个与针头尺寸兼容的套管。通过将可调节塞子滑动到适当的长度，将其振幅调整为 5 mm、10 mm 和 15 mm。
      1. 用振幅为 5 mm 的套管进行作
         1. 均匀提升和推刺:将针头固定在针套中。将针套放入振幅为 5 mm 的套管中。将针头插入 20 毫米的深度，并以每分钟 60 次的频率以均匀的速率上下提起套管。
         2. 轻举重推:使用相同的套管。将针头插入 20 mm 的深度。快速将针头插入有限深度，然后以每分钟 60 次的频率缓慢抽出至浅层。
         3. 轻推举重物:使用相同的套管。将针头插入 20 mm 的深度。将针头缓慢插入有限深度，然后以每分钟 60 次的频率迅速将其撤回到浅层。
      2. 用振幅为 10 毫米的套管进行作
         1. 均匀提升和推刺:将针头固定在针套中。将针套放入振幅为 10 毫米的套管中。将针头插入 20 毫米的深度，并以每分钟 60 次的频率以均匀的速率上下提起套管。
         2. 轻举重推:使用相同的套管。将针头插入 20 mm 的深度。快速将针头插入有限深度，然后以每分钟 60 次的频率缓慢抽出至浅层。
         3. 轻推举重物:使用相同的套管。将针头插入 20 mm 的深度。将针头缓慢插入有限深度，然后以每分钟 60 次的频率迅速将其撤回到浅层。
      3. 用振幅为 15 毫米的套管进行作
         1. 均匀提升和推刺:将针头固定在针套中。将针套放入振幅为 15 毫米的套管中。将针头插入 20 毫米的深度，并以每分钟 60 次的频率以均匀的速率上下提起套管。
         2. 轻举重推:使用相同的套管。将针头插入 20 mm 的深度。快速将针头插入有限深度，然后以每分钟 60 次的频率缓慢抽出至浅层。
         3. 轻推举重物:使用相同的套管。将针头插入 20 mm 的深度。将针头缓慢插入有限深度，然后以每分钟 60 次的频率迅速将其撤回到浅层。

3. 动作捕捉和分析软件的项目配置和视频分析

1. 视频导出和重命名
   注意: 将所有视频文件从摄像机传输到计算机上的指定存储磁盘。将摄像机 1 和 2 的 3D 校准视频文件分别重命名为"1.mp4"和"2.mp4"。
   1. 视频存储
      1. 将作视频保存到计算机指定的存储磁盘。使用参与者的全名首字母缩写（格式为"xxx-1"和"xxx-2"）为他们命名。
2. 实景运动系统项目配置（运动捕捉和分析软件）
   1. 新建项目:启动 Motion Capture and Analysis 软件，然后选择 New Project。在项目选项卡中设置项目名称，然后单击 Create and Save 将项目存储在指定的存储磁盘上。
   2. 规格:选择 规格 > 点 > 拇指尖，将跟踪点从预定义的点框拖拽到已使用的点框，然后单击 关闭 按钮继续。
   3. 添加摄像机组:右键单击 摄像机 > 添加摄像机组 以添加新的摄像机组。
   4. 选择跟踪文件:点击 选择文件 中的按钮 跟踪 框。
   5. 导入作视频:点击 打开已有文件 ，在弹窗中选择作视频 xxx-1 。点击 使用 完成视频导入。
   6. 导入校准视频:点击 3D 校准框中的 Select File ，以 "1.mp4" 导入相应的校准视频。
   7. 导入其他视频:按照步骤 3.2.5 中的相同步骤，导入作视频 xxx-2 及其对应的校准视频 2.mp4。
3. 视频分析
   1. 打开摄像机组:打开摄像机组，然后右键单击 1.mp4 > Properties。
   2. 执行 3D 校准:单击 3D 校准框中的 3D 校准 按钮，输入描述，然后单击添加 点 按钮 20 次添加 20 个点。
   3. 设置点参数:设置每个点的名称和相应的 X、Y、Z 值，然后根据校准参数单击 应用 。
   4. 完成校准:配置完所有点后，点击校准视频的各个端点，完成 3D 校准。
   5. 校准其他摄像机:按照步骤 3.3.1-3.3.4 完成其他摄像机的 3D 校准。
   6. 设置 3D 跟踪:右键单击 3D 跟踪>摄像机组，选择 所有摄像机，然后单击 OK 按钮打开 3D 跟踪窗口。
   7. Apply mode matching tracking（应用模式匹配跟踪）:为两台摄像机设置 Use Pattern Matching Tracking（使用模式匹配跟踪 ）。手动单击第一帧中的 Thumb Tip 点。
   8. 开始自动跟踪:点击 自动搜索 按钮开始逐帧自动 3D 跟踪。
   9. 完成其他视频跟踪:按照步骤 3.3.6-3.3.8 完成其他视频的运动跟踪。
      注意:如果在自动 3D 跟踪期间跟踪点丢失，请选择丢失点的行，右键单击，然后选择 "从此处丢弃点"。然后，再次单击点和 Auto Search 按钮。
4. 数据导出
   1. 创建 3D 计算:右键单击 New 3D Calculation > Camera Group），选择所有相机，然后在"创建 3D 数据"窗口中选中 Continuous Update Data 和 Store Data Explicitly 。 更新数据并将数据显式存储在文件中。点击 OK 按钮继续。
   2. 导出设置:右键单击包含 All the Data > Export 的文件夹。
   3. 导出数据文件:单击 导出 按钮以导出具有自定义名称 （*.txt） 的数据文件。以相同的方式导出其他数据文件。

4. 数据分析

1. 数据汇总
   1. 通过在参与者的缩略图帽上记录被动红外反射球的 X、Y 和 Z 轴上的移动范围的最大值来测量空间色散（图 2C）。
   2. 计算标准差并取平均值。将数据存储在 Microsoft Office Excel 文件中，并计算用于绘图的平均值±标准差。
2. 数据分析
   1. 通过进行独立样本 t 检验 （对于与正态分布一致的数据）或秩和检验（对于与正态分布不一致的数据）来评估有套管和无套管的条件之间的差异。
   2. 然后，执行双因素、三水平方差分析，以评估不同提升和插入振幅的稳定性。将 alpha 水平设置为 p < 0.05，并使用 统计包 进行数据分析 进行所有统计分析。

结果

套管对提升和推力作稳定性的影响
根据来自一个算子的数据生成图形，如图 3 、 图 4 和 图 5 所示。每个图中的横轴代表时间，纵轴代表跟踪点在作者拇指尖上的位置，记录该点的运动轨迹。两条不同颜色的线说明了带和不带套管的运动轨迹。

X 轴、Y 轴和 Z 轴的提升?...

讨论

本研究创新性地设计了一种套管，以提高针灸提拉和插入作的稳定性和安全性，并进行了实验以评估其有效性。研究人员使用 3D 建模进行结构设计，并使用白色树脂作为 3D 打印材料。与制造金属模具相比，3D 打印技术具有成本更低、结构调整更容易等优点。此外，由于一次性针头侧向放置在针套的凹槽中（图 2），因此在针灸过程中人体不会直接?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Blender	Blender Institute B.V.	Blender 4.2.2 LTS	Blender is the free and open source 3D creation suite. It supports the entirety of the 3D pipeline—modeling, rigging, animation, simulation, rendering, compositing and motion tracking, even video editing and game creation. Advanced users employ Blender's API for Python scripting to customize the application and write specialized tools; often these are included in Blender's future releases. Blender is well suited to individuals and small studios who benefit from its unified pipeline and responsive development process.
Human simulation materials	Dongguan Jiangzhao silicon industry Co., LTD	Acupuncture exercise skin model	Portable acupuncture practice skin model, simulated skin, with a ductile layer, can better simulate the feeling of acupuncture.
IBM SPSS Statistics	IBM	R26.0.0.0	The IBM SPSS Statistics software provides advanced statistical analysis for users of all experience levels. Offering a comprehensive suite of capabilities, it delivers flexibility and usability beyond traditional statistical software.
Prism 9	GraphPad Software, LLC.	GraphPad Prism 9.5.0 (525)	Prism is a software to draw graphs.
Simi Reality Motion Systems	Simi Reality Motion Systems GmbH	Simi Motion 2D/3D	Simi Motion provides an extensive platform for motion capture and 2D/3D movement analysis.