The effect of "Postural Freedom" in laparoscopic surgery

Abstract

[ES] La cirugía laparoscopia está considerada uno de los principales avances quirúrgicos en las últimas décadas. Esta técnica ha demostrado numerosas ventajas comparadas con la cirugía convencional abierta y ha sido extensamente usada para procesos quirúrgicos en el área abdominal. Para el paciente, la cirugía laparoscópica supone diversas ventajas, como por ejemplo menor dolor post operativo, tiempos de recuperación menores, menor riesgo de infección, o reducción del trauma. Para el cirujano en cambio, la situación es completamente diferente, esta práctica requiere mayor esfuerzo, concentración y estrés mental que la práctica convencional abierta. Además fuerza al cirujano a adoptar posiciones no-neutras en falanges, manos, muñecas, y brazos. Estas posturas no-neutras son la principal causa de fatiga muscular y aumentan el riesgo de problemas musculo-esqueléticos. Estos problemas han sido ampliamente estudiados por diferentes equipos de investigación, los cuales están tratando de mejorar la experiencia del cirujano en el quirófano. El enfoque utilizado en este estudio es diferente del utilizado anteriormente por la mayoría de estos equipos, los cuales suelen propones soluciones basadas en cambios ergonómicos con la intención de mejorar la geometría del mango de pistola convencional, ya que se considera ergonómicamente deficiente. El problema con este enfoque, es que las deficiencias no se encuentran únicamente en el mango, sino en la utilización de un punto de entrada fijo que fuerza a los cirujanos a mantener posiciones desfavorables. En este trabajo, se introduce el concepto "Libertad Postural" en el ámbito de la cirugía, este se basa en la hipótesis de que, si las herramientas no forzaran la posición de los cirujanos, estos mantendrían posiciones más favorables y cercanas al rango de posiciones neutras durante los procesos laparoscópicos. Los beneficios de este concepto han sido demostrados por medio de análisis de movimiento y de electromiografía de superficie, los cuales indican que la "Libertad Postural" es causante de un claro aumento de las posiciones neutras y de la reducción de la fatiga muscular, y han sido testeados por cirujanos en entornos simulados, los cuales encuentran beneficioso utilizar la "Libertad Postural" como característica base de este nuevo diseño de herramienta laparoscópica. En la sección final de este trabajo se propone un diseño que implementa el concepto de libertad postura con el cual se reduciría la fatiga muscular y los problemas musculo esqueléticos asociados a la práctica laparoscópica. Este diseño tiene la característica de actuar como una nueva sección del brazo, siendo una articulación que soporta los giros y grandes desplazamientos que normalmente tienen que desarrollar los brazos del cirujano. Además, esta solución es económica y fácil de fabricar, lo cual permitiría su uso por cirujanos de todo el mundo.

[CA] La cirurgia laparoscòpia està considerada un dels principals avanços quirúrgics en les últimes dècades. Aquesta tècnica ha demostrat nombrosos avantatges comparats amb la cirurgia convencional oberta i ha sigut extensament usada per a processos quirúrgics en l'àrea abdominal. Per al pacient, la cirurgia laparoscòpica suposa diversos avantatges, com per exemple menor dolor post operatiu, temps de recuperació menors, menor risc d'infecció, o reducció del trauma. Per al cirurgià en canvi, la situació és completament diferent, aquesta pràctica requereix major esforç, concentració i estrés mental que la pràctica convencional oberta. A més força al cirurgià a adoptar posicions no-neutres en falanges, mans, nines, i braços. Aquestes postures no-neutres són la principal causa de fatiga muscular i augmenten el risc de problemes musculo-esquelètics. Aquests problemes han sigut àmpliament estudiats per diferents equips d'investigació, els quals estan tractant de millorar l'experiència del cirurgià en el quiròfan. L'enfocament utilitzat en aquest estudi és diferent de l'utilitzat anteriorment per la majoria d'aquests equips, els quals solen proposes solucions basades en canvis ergonòmics amb la intenció de millorar la geometria del mànec de pistola convencional, ja que es considera ergonòmicament deficient. El problema amb aquest enfocament, és que les deficiències no es troben únicament en el mànec, sinó en la utilització d'un punt d'entrada fix que força als cirurgians a mantindre posicions desfavorables. En aquest treball, s'introdueix el concepte "Llibertat Postural" en l'àmbit de la cirurgia, aquest es basa en la hipòtesi que, si les eines no forçaren la posició dels cirurgians, aquests mantindrien posicions més favorables i pròximes al rang de posicions neutres durant els processos laparoscòpics. Els beneficis d'aquest concepte han sigut demostrats per mitjà d'anàlisi de moviment i de electromiografía de superfície, els quals indiquen que la "Llibertat Postural" és causant d'un clar augment de les posicions neutres i de la reducció de la fatiga muscular, i han sigut testats per cirurgians en entorns simulats, els quals troben beneficiós utilitzar la "Llibertat Postural" com a característica base d'aquest nou disseny d'eina laparoscòpica. En la secció final d'aquest treball es proposa un disseny que implementa el concepte de llibertat postura amb el qual es reduiria la fatiga muscular i els problemes *musculo esquelètics associats a la pràctica laparoscòpica. Aquest disseny té la característica d'actuar com una nova secció del braç, sent una articulació que suporta els girs i grans desplaçaments que normalment han de desenvolupar els braços del cirurgià. A més, aquesta solució és econòmica i fàcil de fabricar, la qual cosa permetria el seu ús per cirurgians de tot el món.

[EN] Laparoscopic surgery is considered one of the main surgical advances in the last decades, this technique has demonstrated numerous advantages compared to open conventional surgery and it is widely used in abdominal procedures around the world. For the patient, laparoscopic surgery suppose less post-operative pain, shorter recovery time, lower risk of infection, and reduction of the trauma among other benefits. For the surgeon, the situation is completely different, this practice requires more effort, concentration and mental stress than conventional open procedures. It forces the surgeon to adopt non-neutral postures with phalanges, hands, wrists, and arms being this non-neutral postures the main cause of muscular fatigue and high risk of musculoskeletal disorders. The poor ergonomic postures accelerate muscle fatigue and pain because, outside the neutral range, muscles require more energy to generate the same contractile force than in neutral position. This increase of muscular fatigue is associated with the potential to commit errors that may harm the patient during the surgery. Because this problem is widely studied and different research centers are already trying to improve their surgeons experience in the operation room, the approach used during this work is different than most of the ones presented in previous works. Generally, the solutions proposed are based on ergonomic changes in the handle shape of the instrument, because the conventional pistol-grip handle is considered ergonomically poor. But the problem is not only in the shape of the handle but also in the fixed point of entrance that force the positions for the surgeon despite the handle¿s shape. In this work, the concept of postural freedom in laparoscopic surgery is introduced and evaluated. The postural freedom concept is based on the hypothesis that the surgeon involuntarily would maintain neutral postures if the instrument does not force him or her to reach extreme position with the upper limbs. The benefits of this concept has been demonstrated, by means of electromyography and motion capture. It reduces the localized muscular fatigue and increases the number of neutral postures during laparoscopic simulations. In the final section it is proposed a design that implements the postural freedom concept with, according on the results, the potential to reduce the localized muscular fatigue and the musculoskeletal problems associated to the practice. The design proposed here acts as a new section on the arm, being an articulation that support the turns and big displacements that currently suffer the surgeon¿s body. The solution is affordable and easy to manufacture and could be used by surgeons worldwide.