침술 조작에 모션 패턴을 시각화

요약

여기, 우리는 팬텀 경혈을 사용하여 침술 조작 기술의 훈련에 침술 조작 교육 시스템 (AMES)를 사용하기위한 프로토콜을 제시한다.

초록

Acupuncture manipulation varies widely among practitioners in clinical settings, and it is difficult to teach novice students how to perform acupuncture manipulation techniques skillfully. The Acupuncture Manipulation Education System (AMES) is an open source software system designed to enhance acupuncture manipulation skills using visual feedback. Using a phantom acupoint and motion sensor, our method for acupuncture manipulation training provides visual feedback regarding the actual movement of the student's acupuncture manipulation in addition to the optimal or intended movement, regardless of whether the manipulation skill is lifting, thrusting, or rotating. Our results show that students could enhance their manipulation skills by training using this method. This video shows the process of manufacturing phantom acupoints and discusses several issues that may require the attention of individuals interested in creating phantom acupoints or operating this system.

서문

침술 조작 교육 시스템 (AMES)는 visuo 모터 학습을 통해 침술 조작을 교육의 목표로, 학생들의 침술 조작 능력을 향상시키기 위해 개발되었다. 이 프로그램은 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI) 소프트웨어를 사용하여 침 훈련 신규 한 방법이다. 이 시스템은 학생들이 동시에 자신의 실제 움직임과 의도 된 움직임을 관찰 할 수 있습니다. 이 시각적 피드백은 학생들이 자신의 침술 조작 능력을 향상하는 데 도움이됩니다.

이러한 상세한 서면 지시 또는 치과 유연 형 등 다양한 방법과 도구, 의료 절차 ^1-2에 대한 학생들의 교육을 위해 개발되었다. 침술에서 고전 의료 텍스트는 환자에 다른 영향을 미칠 침술 조작의 다양한 방법에 대한 지침을 포함하고있다. 최근 여러 연구는 3D 스테레오 DISP를 사용하여 침술 교육을위한 가상 현실 시스템을 제안누워 실시간 ^3-4에서 사실적인 촉각 피드백. 최근 개발 많은 의료 절차 ^5-6에 관련된 해부학 적 구조에 초점을 맞춘 반면, 침 훈련 최근 발전은 그것의 설정과 유사을 제공하는 인공 피부 패드를 사용하여 니들 링 또는 가상 현실 시스템의 감각에 초점을 맞추고있다하는 침술 니들의 실제 임상 ^7-8을 발생합니다. 이전 연구에서 설명 된 바와 같이, 새로운 시스템 ^(9)을 니들 링 연습으로 저렴하고 휴대용 도구를 사용하여 침 바늘의 취급 용이성을 가능하게 침 조작을 가시화하기위한 디스플레이 시스템을 제공한다. 침술 ^(10)을 위해 설계된 모션 센서를 사용하여,이 시스템은 학생들과 젊은 의사 시각적 피드백과 ^{11 ~ 12 학습} visuo 모터를 사용하여 침술 조작 성능을 개선하는 데 도움이됩니다.

프로토콜

아래에 제시된 절차는 고려 대학교, 서울, 대한민국의 임상 시험 심사위원회의 승인을했다.

1. 팬텀 경혈을 구축

참고 : 팬텀 경혈에 침 조작을 실행하는 것은 인간의 경혈에 연습에서 품질이 다른 느끼지해야하기 때문에 인간 혈의 것과 유사한 토크 진폭 팬텀 혈의 생성이 방법을 적용하는 것이 중요하다. 따라서, 철저한 개발 및 검증 프로세스는 미리 정의 된 인간의 혈 등의 팬텀 혈을 규정 할 필요가있다. 5 % 아가 로스 겔을 엄지와 검지 손가락 ^{(13) 사이에} 위치하는 LI4의 경혈에 동일한 토크 진폭 (59.2 ± 4.5 및 58.7 ± 4.6 μNm 각각)을 가지고 도시되었다.

1. 0.75 g 아가로 오스 15 ml의 증류수를 추가하고 아가 로스 겔을 용해; 아가로 오스가 투명해질 때까지 20 초 동안 전자 레인지에서 용액을 가온. 정광을 사용하여(도 1 예를 들어, LI4의 혈) 5 % (0.75 g)의 이온은 인간의 경혈과 유사한 토크 진폭과 팬텀 경혈을 확인합니다.
2. 2 ml의 부분으로 아가 로스 겔을 나누고 다섯 튜브들을 밀봉. 화상을 방지하기 위해 장갑을 착용해야합니다. 수직으로 2 시간 동안 실온 (25 ℃로)에서 튜브의 위치를​​주의하십시오.
3. 자극 특히 침 조작 ^(10)을 측정하도록 설계 침술 바늘 모션 센서를 이용하여 새롭게 생성 된 가상 경혈의 생체 역학적 힘의 정도를 평가한다. 평가를 시작하기 전에, 센서의 중앙에 위치 된 구멍 내에 침술 바늘을 배치. 푸리에 변환에 의해 계산 된 주파수 영역의 전력을 이용하여 주파수를 평가한다.
4. 팬텀 혈에 침을 적용합니다. 바늘 겔 면보다 15mm 깊이 때 하나의 완전한 원 시계 방향과 반 CLO 회전시키면서 15 초 동안 회전 바늘1 초 (1 Hz) 단위로 ckwise. 가능한 경우, 움직임 센서 실시간 그래프의 회전 속도를 확인. 침술 조작 후 젤에서 바늘을 빼냅니다.

침술 조작 교육 시스템 2. 구현

1. 예컨대 엄지 손가락과 집게 손가락 사이에 위치하는 경혈 인 경혈의 LI4 같은 실제 인간의 팔과 동일한 토크 진폭을 나타내는 5 % 아가 로스 겔 팬텀 경혈을 (공정 단계 1.1에서 설명)를 준비.
2. 침술 조작을 실행하는 동안 가능한 한 상처 나 감염을 방지하기 위해 침술 조작하기 전에 소독제 알코올 성분의 손을 사용하여 손을 소독.
3. 이 프로그램을 사용하여 연습 침술. 웹 사이트에서이 프로그램을 다운로드 : http://cmslab.khu.ac.kr/downloads/ames을하고 프로그램을 설치합니다. 컴퓨터에 프로그램을 시작하고 모션 센서를 준비합니다. STA 전에 센서의 중심에있는 구멍을 통해 침술 바늘을 놓고평가를 rting. 침술 바늘 센서에 부착되지 않으므로, 센서는 바늘의 움직임을 측정하는 동안 구멍을 통해 바늘을 이동할 수 있도록 준비. 삽입하고 바늘을 조작 할 수있는 팬텀 혈을 준비합니다.
4. 다양한 주파수 및 비대칭 운동을 포함한 침술 조작의 다양한 템플릿을 선택할 수 있습니다. : 1 비율 조작을 시작하기 전에 / 리프팅 밀어 또는 실시의 의도 된 움직임은 하나의 패턴을 따른다 여부 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI) 소프트웨어에 표시 결정할 개의 버튼 중 하나를 누르면 조작 기술 회전 선택할 , 1 : 2 비율로, 또는 2 : 1의 비율 사인 그래프.
5. 이 조작 될 준비가되도록 움직임 센서 침 바늘 (0.25 × 40 mm)를 배치. 바늘 센서에서 팬텀 혈을 놓습니다.
6. 2 축 액츄에이터를 이용한 동작 센서를 보정한다. particip와 침술 바늘의 위치를개미의 손가락을 눌러 화면에 보정합니다. 교정을 통해, 2 축 액추에이터 인식 깊이 제로 값으로 현재의 위치를​​ 조정한다.
7. 침술 조작의 실제 움직임을 측정하는 동안 약 1 분 동안 팬텀 혈에 침 바늘을 조작 할 수 있습니다. 그들이 의도 된 움직임과 함께, 동시에 자신의 침술 조작의 실제 움직임을 볼 수있는 바늘을 조작으로 화면에서 참가자 보라. 전송 된 실제 운동은 녹색 선으로 표시되고, 의도 된 운동의 템플릿을 동시에 붉은 선으로 중첩된다.
8. 소프트웨어에 표시된 버튼을 클릭하여 모션 센서를 이용한 침 조작 승강 / 스러 방법의 실시간 모션 웨이브 데이터 (803 Hz의 샘플링 레이트)을 취득. 실시간 동작 파형 데이터는, 회전 방법을 사용하여 얻을 수있다.
9. acupunc을 향상시키기 위해이 적어도 8 번 반복조작 기술을 진짜야.

3. 데이터 처리

1. 무한 임펄스 응답 (IIR)을인가함으로써 변동 저주파수 신호 (<0.2 Hz에서) 및 고주파 노이즈 신호 (> 5 Hz에서) 필터링. 이하, 0.2 Hz에서 이상 5 Hz의 하나 인 주파수 신호 내의 정보의 필터링을 가능 버터 워스 필터를 사용한다.
2. 로컬 최대 및 최소 점을 검출함으로써 동작하는 반복 단위로 참가자의 필터링 된 신호를 분리한다.
3. 모든 샘플 단위 기간 (샘플링 모션 유닛의 길이) 및 진폭 (리프팅 / 스러 또는 회전의 크기를) 정상화, 각 참가자에 대한 패턴 템플릿을 생성합니다.
4. 각 참가자에 대한 샘플링 된 움직임 유닛의 평균 크기 및 지속 시간을 계산한다.
5. 푸리에 변환을 이용하여 실제 움직임의 기본 주파수를 추출되도록 intende의 기본 주파수와 주파수 사이의 오차참가자가 1 분 트레이닝 세션을 종료 한 후 (D)의 움직임은 프로그램 화면에 표시된다.
6. 일반화 된 첨가제를 혼합 모델 (GAMM) 메소드 ^(9)를 사용하여 각 참가자에 대한 표준화 된 모션 단위를 분석합니다.
   참고 GAMM에서 모델 각 유닛 (U)에 대한 시간 (t)에서 평활 함수의 합으로 참가자 랜덤 도청에 대한 단일 조작 운동 (M). 즉, 모델 M의가 S (t) + B (U), M은 참여자의 움직임이있는 경우에는, S (t)는 시간의 평활 함수이고, B는 (U)는 각 유닛에 대한 임의의 도청이다. 이전 연구는 GAMM 모델과 세부 ^9의 평균 제곱 오차 (MSE)의 계산을 설명한다.
7. 제 침 조작 ^9의 마지막 시험의 참여자가 의도 된 이동과 실제 이동 추출 된 움직임 패턴과의 평균 제곱 오차 (MSE)를 계산한다.
8. 시각적 피드백 후 침 조작의 변화를 식별하기 위해 두 샘플 t-test를 이용하여 제 1 및 최종 시험에서 데이터를 분석한다.

결과

침술 조작 교육 시스템 (AMES)은 침술 치료의 방법을 밀어 / 회전 조작 또는 해제를 시각화 교육 시스템입니다. 여기서는 1 Hz의 회전 조작 (도 1) 중 동작 및 토크 진폭 파형의 원 데이터의 일례를 나타낸다. 도 2a에 도시 된 바와 같이, 프로그램은 동시에 visuo 모터 학습하므로 실제 움직임과 다른 색의 라인을 이용하여 의도 된 운동을 가시화한다. 또한, 다른 운동 (그림 2B)의 대칭 및 주파수에 따라 움직임을 밀어 / 회전 및 리프팅을위한 다양한 템플릿이 있습니다. 참가자 침 조작을 완료 한 후, 실시간 운동의 미가공 데이터는 각각의 참여자의 실제 침 조작의 추출 된 샘플의 움직임을 생성하도록 처리된다. 샘플링 동작 오류를 계산하는 데 사용의도 된 움직임과 처리 후 실제 운동 (그림 3) 사이. 분석시에, 복합 양력 / 스러 세션 동안 침 조작의 움직임 패턴이 개선된다. 추정 된 움직임 패턴 회귀 곡선 사전 훈련 시험 (도 4a)와 비교하여 사후 - 트레이닝 시험 움직임 템플릿 가깝다. 또한, 훈련 (도 4B) 다음 세션을 밀어 복합 양력에 상당한 형상 오차 감소 /있다.

1 Hz의 회전 조작 동안 운동 진폭과 토크의 파형 원시 데이터 그림 1. 예 (왼쪽 : 인간의 혈, 오른쪽 : 팬텀 혈). 5 % (0.75 g) 아가로 오스의 농도는 토크의 진폭과 팬텀 혈을 만드는 데 사용 된 인간의 혈과 유사의 (예를 들어, LI4의 혈). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 프로그램. (A)의 2 개요) 프로그램의 스크린 샷. 동작 센서로부터 전송 된 실제 운동은 녹색 라인으로 표시되어, 의도 된 동작의 템플릿 동시에) 레드 라인. B로 침 조작 운동의 다양한 템플릿 나타나는 중첩된다. 침술이 교육 프로그램은 회전과 침술 바늘의 움직임을 밀어 리프팅 / 모두를위한 교육을 지원합니다. 다양한 템플릿은 다양한 주파수 및 비대칭 동작을 배우고 제공됩니다. PLE ASE이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

데이터 처리 및 에러 계산을 통하여 참가자의 샘플 동작도 3 추출. 시험에서 (a) 원료 모션 데이터, (b) 식별 된 샘플링 동작 부, (C)는 관측 된 데이터의 다수의 리샘플링 정상화 특정 번호 (50), 개별 운동과 템플릿 형태 사이의 평균 제곱 오차를 계산하는 0과 1, 및 (e) 사이의 리프팅 / 스러 진폭의 스케일링와 (d)에 정상화. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 4. 데이터 분석하기 전에 및 교육 후. 사전 교육 및 사후 교육 시험 사이의 움직임 패턴 A) 비교. 여덟 훈련 시험은 사전 및 사후 교육 사이에 실시 하였다. 일반화 된 첨가제를 혼합 모델 (GAMM), 및 의도 된 동작 (검은 선) 사전 및 사후 교육의 템플릿을 통해 단일 모션 유닛 (파란색 점선), 피팅 모델 (레드 라인)이 표시됩니다. B) 상자 및 MSE 값 위스커 플롯. 평균 제곱 오차 (MSE)는 사전 교육 및 사후 교육 시험 사이에 비교 하​​였다. 이 참가자가이 프로그램을 사용한 후 사전 교육 시험에 비해 사후 교육 재판에서 상당히 낮은 MSE 값을 보여 것을 알 수있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

토론

본 과정은 팬텀 혈의 생성과 참가자의 임상 시험에서 수집 된 데이터의 분석에 AMES 프로그램의 응용 프로그램에서 침술 조작 교육 과정을 추적합니다. 팬텀 경혈은 아가 로스 겔로부터 생성되고, 상기 용액은 신중하게 경혈 인간의 동작 및 토크 진폭 유사하도록 조절 될 필요가있다. 우리는 다른 경혈의 것과 유사했다 토크 진폭과 팬텀 혈의 다른 유형을 개발; 이러한 서로 다른 해부학 적 특성 ^(13),보다 포괄적 인 침 조작 트레이닝 프로토콜과 같은 하나의 경혈을 사용하여 적용될 수있다. 또한, 모션 센서의 사용은 모션 력 패턴 ^(10)의 측면에서 바늘 조작의 정량을 허용한다. 팬텀 경혈과 침을 사용하여,이 프로그램은 t에서의 모드를 변경함으로써 침 조작의 종류를 훈련에 적용 할 수있다그 회전 및 / 해제 방법을 밀어와 주파수 패턴을 변화시킴으로써. 또한, 데이터 처리를 통해 학습자의 샘플 운동을 추출하여, 참가자는 침 조작의 움직임을 확인하고 즉시 실제 의도 된 움직임의 차이를 비교할 수있다. 또한 GAMM는 일반화 된 첨가제 모델 (GAM) 방법에 기초하여, 혼합 모델의 프레임 워크 내에서 원활하게 기능의 사양을 허용한다. 전과 훈련 후 운동 패턴을 비교함으로써, 참가자는 훈련의 결과 침 조작의 개선에 관한 정보를 수신 할 수있다.

교육 및 의료 절차를 조정하기위한 다양한 방법과 도구가 있습니다. 하나는 표준 작업 절차 (SOP)로 설정 상세한 서면 지시한다. 이 접근법의 목적은 좋은 임상 실습의 목표를 ​​달성하기위한 특정 함수의 성능의 균일 성을 달성하는 ^한 . 우리의 팬텀 혈의 방법과 유사한 또 다른 방법은, 유연 ^{형이 포함} 치과 모델에서 발견된다. 이전의 연구는 뇌척수액 ^(14)을 얻기 위해 경막 외 주입 시뮬레이터 훈련을 위해 힘 피드백을 사용했다. 팬텀 경혈 침술 조작을 수행하기 위해 학생들을 훈련 팬텀 기반 교육 프로그램에 유용합니다. 이 침을 포함하는 의료 절차에 관한 교육 프로그램에 중요한 사전이다. 한편, 바늘 의한 조작 모션 파라미터에 관한 정량적 객관적인 정보의 부족, 그 침 조작의 복잡한 움직임을 학습하기가 어렵다. 이 문제를 해결하기 위해, 데이비스 등. 다른 두 침 기술 ^(10)에 대해 다른 니들 운동 힘 패턴을 정량화하는 움직임 힘 센서를 개발했다.

감각 학습은 D를 감소하고자 감각 피드백에 기초원하는 실제 움직임 사이에 iscrepancies. 인간은 그 운동의 각 성분의 에러 기울기를 추정하여 움직임에 기초하여 에러 보정의 반복을 통해 성능을 향상시킬 수있다. 재판 후 시각적 피드백에 의한 개선인지 전략을 사용하는 반면, visuo 모터 매핑의 자동 재 교정을 통해 동시 시각적 피드백 강화 된 모터 성능 : 등각 목표 수집 작업하는 동안 시각적 피드백은 두 가지 방법으로 성능을 향상시키는 것으로 나타났다. AMES는 참가자가 피드백을 얻고 자신의 조작 기법을 수정할 수 있도록 지속적으로 참가자의 움직임에 따라 이동 발진의 형태로 침술 조작을 제공합니다.

이 프로토콜의 핵심 단계는 프로그램 BA로 바늘의 위치를​​ 인식 할 수 있도록 팬텀 혈 내의 어느 너무 깊이도 너무 얕도록 침술 바늘의 위치를​​ 조정하는 것이다화면의 템플릿과 같은 수준에 seline 및 표시 운동. 참가자는 조심스럽게 조작 운동을 시작하기 전에 스크린과 경혈의 위치를​​ 확인해야합니다.

정현파들의 주파수, 진폭 및 비율을 조절함으로써, 의도 된 움직임의 시각화 및 침술 조작의 실제 운동은 참가자에게 피드백을 제공한다. 참가자이 실시간 피드백은 조작 오류를 최소화 할 수 있습니다. 이 프로그램에 시각화 시간 간격 또는 회전 및 침술 조작 리프팅 / 스러 이동 속도에서뿐만 아니라, 움직임 패턴의 변화를 묘사 할 수있다. 1, 2 : 1 또는 1 : 2, 시계 방향 / 반 시계 방향 일 수 0.5, 1 또는 2에서 Hz에서 회전 모드를 예를 들어, 리프팅 / 스러의 모드 1의 비율 일 수있다. 실시간 시각적 피드백의 효과를 높이고 움직임 에러를 파악하는 학생들을 사용하려면이 프로그램은 정량 측정 ^(12)에 기초하여 에러 피드백을 사용하여 시험 후의 참가자 제정 의도 실제 이동 간의 차이에 대한 정보를 제공한다.

침술 교육의 표준화로 인해 이러한 관행에 관여하는 침의 복잡한 조작하기가 어렵습니다. 운동의 다른 형태 예로서 토니 파잉 침의 다른 방법, 승강 / 스러 운동의 감소 방법을 시각적으로 요구된다. 최근의 연구는 의료 절차 동안뿐만 아니라 가상 모델 ^10-11과 같은 의료 절차에 사용되는 도구 및 방법의 시뮬레이션 바디 구조의 시각화를 향상시키기위한 디스플레이 시스템에 초점을 맞추고있다. 시각적 침 조작 동안 수행 손 운동의 동작 패턴을 제공함으로써,이 시스템은 도움 학생과 젊은 의사 정교한 손놀림의 성능을 향상침술 바늘 조작이 필요. 따라서, 우리의 프로그램은 간단하고 효율적인 준비와 표준화 된 침술 연습을 얻을 수 침술 교육의 새로운 양식을 제안한다. 또한,이 프로그램은 침 교육 visuo 모터 학습을 제공하기 위해 사용할 수있는 참여자에 의해 수행되는 침 니들에 충분한 데이터를 제공한다.

다음과 같이 여기에 제시된 기술의 한계입니다. 우선, 조작의 템플릿 곡선 인위적가 실제 설정에서 조작 운동이 다를 수 있다는 것을 의미하는 생성된다. 시계 방향과 반 시계 방향의 움직임의 방향이 시각화 잘 표현 아니다 둘째, 진동에 의해 제공되는 회전 수단에 대한 정보를 직관적으로 명확하지 않다. 마지막으로, 우리의 프로토콜은 다른 acupunctu 인, 함께 밀어 / 회전과 리프팅의 조합 기술의 교육을 제공하는 프로그램이 포함되어 있지 않습니다조작 기술을 다시. 우리의 미래 연구에서, 우리는 회전이 일부 제한 사항을 극복하기 위해 밀어 / 해제의 조합 기술을 포함 숙련 된 임상에서 템플릿을 제공합니다.

요약하면, 침술 교육을위한 우리의 새로 개발 된 프로그램은 시각적 인 피드백을 사용하고 침술 바늘과 침술 운동의 정확한 측정을 쉽게 처리 할 수​​있는 장치를 사용, 침술 교육을위한 새로운 방법을 제공한다. 또한 침술 니들을 연습 할 수와 비용 효율적인 도구입니다. 의료 절차 중에 신체 부위의 시각화 시스템을 넘어,이 프로그램은 의료 절차 자체의 시각화를 제공하는 그래프를 사용한다. 우리의 프로그램은 침술 니들에 표준화 된 방법과 데이터를 간단하고 효율적이고 결과이다 침술 교육을위한 새로운 방법을 제안한다.

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
Agarose	Lonza	50002
Safe-Lock Tube	Eppendorf	T2795-1000EA
motion and force sensor	Stromatec	Acusensor	www.stromatec.com
acupuncture needle	Seirin		J Type Japanese needle