Diseño y desarrollo de un sistema para la cuantificación de la fatiga en cirugías laparoscópicas mediante el análisis de coherencia y la parametrización del electromiograma (EMG) de superficie

Abstract

[ES] La fatiga muscular aparece tras la realización de actividades prolongadas que requieren una actividad muscular mantenida. Esta fatiga es un factor muy influyente en la ergonomía del individuo y en el caso de las cirugías laparoscópicas, las cuales en ocasiones tienen una larga duración, se puede dar la aparición de la fatiga debido a las posturas ejecutadas con el laparoscopio y a la necesidad de mantener la posición durante un tiempo prolongado. En este contexto la fatiga puede constituir un factor relevante para la ergonomía del cirujano. Debido a la necesidad de una mayor objetividad y precisión en los estudios electromiográficos para analizar la relación entre varios músculos implicados, se plantea en este Trabajo Fin de Máster el desarrollo de una herramienta software mediante MATLAB®, que permita el análisis de la coherencia entre señales EMG con el fin de estudiar los efectos de la fatiga sobre la ergonomía y la relación entre músculos. La metodología desarrollada consiste en el procesamiento de registros de EMG adquiridos tras pruebas con 2 tipos de laparoscopio, simulando una operación quirúrgica abdominal, realizadas a diversos sujetos y la aplicación de la función de coherencia cuyos parámetros son estudiados en profundidad y modificados para obtener la representación más precisa posible de la coherencia entre señales. Finalmente para valorar la relación de forma objetiva se plantean una serie de pruebas y la extracción de parámetros cuantitativos de la fatiga que permiten establecer conclusiones acerca de la ergonomía y la fatiga causada. Los resultados obtenidos indican una correspondencia en coherencia entre los músculos implicados en las posiciones ejecutadas siendo las relaciones más fuertes las que se dan entre bíceps y deltoides y deltoides y trapecio. Por otro lado las pruebas complementarias en las que se comparan ambas herramientas y se estudia el comportamiento intramuscular no arrojan resultados positivos que hagan creer la existencia de coherencia entre las señales.

[CA] La fatiga muscular apareix després de la realització d'activitats prolongades que requerixen una activitat muscular mantinguda. Esta fatiga és un factor molt influent en l'ergonomia de l'individu i en el cas de les cirurgies laparoscópiques, les quals de vegades tenen una llarga duració, es pot donar l'aparició de la fatiga degut a les postures executades amb el laparoscopi i a la necessitat de mantindre la posició durant un temps prolongat. En este context la fatiga pot constituir un factor rellevant per a l'ergonomia del cirurgià. Degut a la necessitat d'una major objectivitat i precisió en els estudis electromiográfics per a analitzar la relació entre uns quants músculs implicats, es planteja en este Treball Fi de Màster el desenrotllament d'una ferramenta software per mitjà de MATLAB®, que permeta l'anàlisi de la coherència entre senyals EMG a fi d'estudiar els efectes de la fatiga sobre l'ergonomia i la relació entre músculs La metodologia desenrotllada consistix en el processament de registres d'EMG adquirits després de proves amb 2 tipus de laparoscopi, simulant una operació quirúrgica abdominal, realitzades a diversos subjectes i l'aplicació de la funció de coherencia, els paràmetres de la qual són estudiats en profunditat i modificats per a obtindre la representació més precisa possible de la coherència entre senyals. Finalment per a valorar la relació de forma objectiva es plantegen una sèrie de proves i l'extracció de paràmetres quantitatius de la fatiga que permeten establir conclusions sobre l'ergonomia i la fatiga causada per l'ús d'estos Els resultats obtinguts indiquen una correspondència en coherència entre els músculs implicats en les posicions executades sent les relacions més fortes les que es donen entre bíceps i deltoide i deltoide i trapezi. Per un altre costat les proves complementàries en què es comparen dos ferramentes i s'estudia el comportament intramuscular no presenten resultats positius que facen creure l'existència de coherència entre els senyals.

[EN] Muscular fatigue appears after performing activities that require a maintained muscular activity. This fatigue is a relevant factor for people´s ergonomics and in the case of laparoscopic surgeries, which commonly have a long duration, this fatigue can appear due to the positions performed with the laparoscope and maintaining a posture for a long period. In this context, fatigue could be a significant factor for the surgeon´s ergonomics. The present Thesis is a result of the necessity of a wider objectivity and accuracy in electromyographical studies that involve the relation between muscles. The aim of the Thesis is the development of a MATLAB® software tool for the analysis of the coherence in frequency between EMG signals. These signals were acquired for studying the effects of the fatigue on the ergonomics and muscular relationship during the execution of muscular activities. The methodology consists in processing EMG signals, acquired with 2 types of laparoscopes during a simulation of an abdominal surgery, of several volunteers and the application of the coherence function. The parameters of the coherence function are analysed in detail and modified for obtaining the fittest possible representation of the coherence between muscles. Finally, for analysing in an objective way these results, several comparisons are considered and an extraction of quantitative parameters for fatigue is done. These parameters allow extracting conclusions concerning the ergonomics and the caused fatigue. The obtained results prove a correspondence in coherence between the muscles involved in the performed positions. The most significant results are obtained for biceps-deltoids comparison and deltoid-trapezium comparison. In the other hand, the additional tests for studying coherence between laparsocopes and intramuscular coherence found there is not enough evidence yet to show if there is coherence between signals.