Estimación de parámetros temporales, espectrales y no lineales que identifican fatiga en registros de electromiografía de superficie (sEMG): estudio comparativo entre herramientas de cirugía laparoscópica

Abstract

[ES] El avance de la medicina dirige las técnicas de intervención hacia aquellas mínimamente invasiva (CMI) tratando de reducir los costes y dar una mejor calidad de tratamiento para el paciente. El instrumental para realizarlas, en ocasiones, carece de ergonomía lo que llega a provocar lesiones al personal sanitario. Por ello, el objetivo del presente TFG es evaluar los parámetros y métodos existentes para la caracterización de fatiga muscular en dos herramientas de laparoscopia, una prototipo y otra comúnmente empleada en la práctica clínica. Para conseguirlo, se dispone de registros de electromiografía de superficie (sEMG) de 17 sujetos de los músculos bíceps, deltoides, trapecio y palmar mayor obtenidos mediante un protocolo isométrico. Se computan parámetros temporales, espectrales y de complejidad de estos registros como biomarcadores de fatiga muscular. A continuación, se realizan estudios estadísticos pareados para determinar las posiciones donde los biomarcadores indican diferencias estadísticamente significativas entre ambas herramientas. También se evalúa si existen diferencias estadísticamente significativas entre las posiciones de entrada y de salida. Finalmente, se valorará el estado muscular mediante los análisis JASA (Joint Analysis of Spectrum and Amplitude) y se presentarán alternativas a estos, considerando otros parámetros espectrales y de complejidad de la señal. Tras el estudio, se han encontrado diferencias significativas entre los biomarcadores derivados del sEMG de ambas herramientas en la mayor parte de las posiciones, exceptuando el músculo palmar mayor donde se dan para la segunda mitad del protocolo. Se aprecia una reducción de diferencias significativas entre la entrada y salida para la herramienta prototipo, exceptuando también el caso del palmar mayor, que presenta el fenómeno opuesto. Los resultados apuntan a una aparición de fatiga para bíceps y trapecio tras el protocolo, en menor medida para la herramienta prototipo, y lo contrario para el palmar. El deltoides muestra una reducción de la fuerza a ejercer necesaria con esta misma herramienta. Con todo ello, los análisis propuestos suponen una alternativa y amplían la información aportada por los JASA tradicionales.

[CAT] L’avanç de la medicina dirigeix les tècniques d’intervenció cap a aquelles mínimament invasives (CMI) tractant de reduir-ne els costos i donar una millor qualitat de tractament per al pacient. L’instrumental per a realitzar-les, de vegades, manca d’ergonomia, cosa que arriba a provocar lesions al personal sanitari. Per això, l’objectiu del present TFG és avaluar els paràmetres i mètodes existents per a la caracterització de fatiga muscular en dues eines de laparoscòpia, una prototip i una altra comunament emprada en la pràctica clínica. Per a aconseguir-ho, es disposa de registres d’electromiografia de superfície (sEMG) de 17 subjectes dels músculs bíceps, deltoides, trapezi i palmar major obtinguts mitjançant un protocol isomètric. Es computen paràmetres temporals, espectrals i de complexitat d’aquestos registres com a biomarcadors de fatiga muscular. A continuació, es realitzen estudis estadístics apariats per a determinar les posicions on els biomarcadors indiquen diferències estadísticament significatives entre eines. També s’avalúa si existeixen diferències estadísticament significatives entre les posicions d’entrada i eixida. Finalment, es valorarà l’estat muscular mitjançant les anàlisis JASA (Joint Analysis of Spectrum and Amplitude) i es presentaran alternatives multivariables a aquestes, considerant altres paràmetres espectrals i de complexitat del senyal. Després de l’estudi, s’han trobat diferències significatives entre els biomarcadors derivats del sEMG de ambdues eines en la major part de les posicions, exceptuant el múscul palmar major on es donen per a la segona meitat del protocol. S’hi aprecia una reducció de diferències significatives entre l’entrada i eixida per a l’eina prototip, exceptuant també el cas del palmar major, que presenta el fenomen oposat. Per tant, els resultats senyalen l’aparició de fatiga per a bíceps, trapezi i palmar després del protocol. Aquests dos primers, en menor mesura per a l’eina prototip i el contrari per al palmar. El deltoide mostra una reducció de la força a exercir necessària amb aquesta mateixa eina. Amb tot això, les anàlisis proposades suposen una alternativa i amplien la informació aportada pels JASA tradicionals.

[EN] The advancement of medicine directs intervention techniques towards minimally invasive ones (MIS) trying to reduce costs and provide a better quality of treatment for the patient. The instruments to perform them, sometimes, lack ergonomics which can cause injuries to health personnel. Therefore, the objective of this TFG is to evaluate the existing parameters and methods for the characterization of muscle fatigue in two laparoscopy tools, one prototype and another one commonly used in clinical practice. To achieve this, surface electromyographic recordings (sEMG) of 17 subjects are used of the biceps, deltoid, trapezius and palmaris longus muscles obtained by an isometric protocol. Temporal, spectral and signal complexity parameters are computed as biomarkers of muscle fatigue. Then, paired statistical studies are carried out to determine the positions where the biomarkers indicate significant differences between tools. Entry and exit positions are also evaluated using this criteria for each of them. Finally, the muscular state is assessed by means of the JASA analysis (Joint Analysis of Spectrum and Amplitude) and multivariate alternatives to these will be presented, considering other spectral and signal complexity parameters. After the study, significant differences between biomarkers derived from both tools were found in most of the positions, except for the palmaris longus muscle where they are only appreciated for the second half of the protocol. There is a reduction of significant differences between the input and output positions for the prototype tool, except also in the case of the palmaris longus, which presents the opposite phenomenon. Therefore, the appearance of biceps, trapezius and palmaris longus fatigue is suggested by the results after the protocol. These first two, to a lesser extent for the prototype tool and the opposite for the palmaris. The deltoid presents a reduction of the force to be exerted with the latter tool. With all this, the proposed analyses represent an alternative and expand the information provided by traditional JASA.