Diseño de un sistema para el análisis de señales dinámicas de electromiográficas en estudios de ergonomía basado en técnicas temporales y frecuenciales

Abstract

[ES] Un problema común a cualquier actividad profesional es la falta de ergonomía de sus elementos. Se pueden determinar los factores que provocan esta carencia mediante estudios ergonómicos en los que se cuantifiquen magnitudes indicativas de ergonomía. La fatiga muscular, como causa principal de enfermedades profesionales, se consolida como un indicador de lo procústico que es un elemento concreto. El presente trabajo fin de máster tiene como objetivo diseñar y desarrollar un sistema que permita estudiar la fatiga muscular a partir de la señal electromiográfica (EMG) y, así, adaptar al trabajador los elementos asociados a una determinada actividad profesional de forma óptima. Para lograrlo, se han revisado tanto las referencias clásicas como los sistemas comerciales similares que existen actualmente, con el propósito de diseñar un sistema robusto a la vez que flexible. Se han integrado las técnicas revisadas en un sistema modular que permite representar la señal EMG, procesarla, compararla y extraer varios parámetros que cuantifican la fatiga muscular. Concretamente, se han agregado las técnicas de análisis de transformada wavelet, tanto discreta como continua, descomposición modal empírica y densidad espectral de potencia, y los parámetros que caracterizan la fatiga muscular se definen tanto en el dominio del tiempo como en el de la frecuencia. El sistema se ha validado mediante unas señales adquiridas durante la simulación de una intervención laparoscópica. En ella, se empleó un prototipo de herramienta diseñado para mejorar la ergonomía de este entorno quirúrgico. Estas señales, que inicialmente contenían un alto porcentaje de artefactos e interferencias, se han procesado y analizado mediante el sistema, calculando algunos parámetros indicativos de fatiga muscular como el valor cuadrático medio, la frecuencia media o la varianza de la frecuencia central. Los resultados obtenidos demuestran la higiene postural que se logra mediante el prototipo patentado por la Universidad Politécnica de Valencia.

[EN] Poor ergonomics of the elements of a professional activity is a common problem. The factors that induce this lack can be determined by ergonomics studies where some indicative magnitudes are quantified. As the first cause of occupational diseases, muscular fatigue asserts itself as the leading cause of the ergonomics lack of a specific element. This final project aim is to design and develop a system which allows to study muscular fatigue from EMG signal and, therefore, precisely adjust the elements that form a particular professional scenario to the employee. For that purpose, classical references and similar commercial systems have been reviewed, in order to design a robust and flexible system. All reviewed techniques have been integrated in a modular system capable of represent EMG signal, process and compare it. Besides, a number of muscular fatigue-quantitative parameters have been calculated. Particularly, discrete and continuous wavelet transform, empirical mode decomposition and power spectral density have been grouped. Fatigue indicative parameters have been defined both at the time and frequency domain. The system has been validated by a set of EMG signals, acquired during the simulation of a laparoscopic surgery. It was carried out by a laparoscopic prototype tool designed for surgical ergonomics¿ improvement. Those signals, which initially had great percentage of noise and interferences, were processed and analyzed by the system, computing some fatigue-indicative parameters such as the root mean square value, the mean frequency or the variance of the central frequency. Obtained results demonstrates postural hygiene of the new tool, patented by Universidad Politécnica de Valencia.