Diseño y desarrollo de un sistema para la evaluación ergonómica de herramientas de laparoscopia basado la captación de movimiento y la señal de electromiografía

Abstract

[ES] La operación laparoscópica es una cirugía incluida en las conocidas como cirugías mínimamente invasivas. A diferencia de las laparotomías, no hay que abrir al paciente. Así que el cirujano deja de tener contacto directo con la cavidad abdominal y pasa a serlo indirecto gracias a la adaptación de la instrumentación. Las ventajas son la rápida recuperación del paciente y la disminución de riesgos de infección. Pero, por otro lado, el cirujano debe realizarlas con instrumentación poco adaptada a sus necesidades físicas, aumentando así los riesgos de padecer fatiga muscular y mental, y con ello, aumentando los riesgos de fallo durante la operación. El presente trabajo realiza el diseño y la implementación de un sistema de evaluación ergonómica para herramientas utilizadas en este tipo de intervenciones. Para ello, se dispone de un modelo de simulación de operaciones laparoscópicas, con el que se debe desarrollar un protocolo de entrenamiento quirúrgico con el objetivo de captar simultáneamente las señales electromiográficas y el movimiento del usuario. El sistema de captación de movimiento, o MoCap, contará con tres cámaras de vídeo: frontal, lateral y transversal. Así, se puede tener una visión 3D del torso del usuario durante la simulación. Posteriormente, esos vídeos se analizan con un programa MoCap desarrollado en Python y, para facilitar el análisis postural de las articulaciones que son de interés, el programa cuenta con la integración de las metodologías de ergonomía «Rapid Entire Body Assessment» y «Rapid Upper Limb Assessment». Las señales EMG se captan con un registro de cuatro canales correspondientes a cuatro músculos del brazo dominante. Deberán tratarse para eliminar interferencias y artefactos y adaptarse con amplificadores comerciales. Finalmente se debe desarrollar un sistema que adquiera los datos, basado en instrumentación virtual (LabVIEW).

[CA] L’operació laparoscòpica és una cirurgia inclosa en les conegudes com a cirurgies mínimament invasives. A diferència de les laparotomies, no s’ha d’obrir al pacient. Així que, el cirurgià, deixa de tindre contacte directe amb la cavitat abdominal i passa a tindre’n d’indirecte gràcies a l’adaptació de la instrumentació. Els avantatges són la ràpida recuperació del pacient i la disminució dels riscos d’infecció. Però, per altra banda, el cirurgià ha de realitzar-les amb instrumentació poc adaptada a les seues necessitats físiques, augmentant els riscos de patir fatiga muscular i mental, i amb això, augmentant els riscos d’error durant l’operació. Aquest treball realitza el disseny d’un sistema d'avaluació ergonòmica per a ferramentes utilitzades en aquest tipus d’intervencions. Es disposa d’un model de simulació d’operacions laparoscòpiques, on s’ha desenvolupat un protocol d'intervenció quirúrgica amb l’objectiu de captar simultàniament el moviment de l’usuari i els senyals electromiogràfics. El sistema de captació de moviment, o MoCap, compta amb tres càmeres de vídeo: frontal, lateral i transversal. Així, es pot tindre una visió 3D del tronc de l’usuari durant la simulació. Posteriorment, aquests vídeos s’analitzen amb un programa MoCap desenvolupat en Python i, per facilitar l’anàlisi postural de les articulacions que són d'interés, el programa compta amb la integració de les metodologies d’ergonomia «Rapid Entire Body Assessment» i «Rapid Upper Limb Assessment». Per altra banda, els senyals EMG s’han capturat mitjançant quatre canals d’un amplificador universal de biosenyals, amb un tall pas banda entre 10 Hz i 1kHz, i un sistema d’adquisiciò de senyals compost per una tarjeta d’adquisició de dades i un instrument virtual desenvolupat amb LabView

[EN] Laparoscopic operation is a surgery included in what are known as minimally invasive surgeries (MIS). Unlike laparotomies, the patient does not have to be opened, so the surgeon no longer has direct contact with the abdominal cavity, but indirect contact thanks to the adaptation of the instrumentation. The advantages are the patient's rapid recovery and the reduced risk of infections. On the other hand, the surgeon has to perform surgeries with instrumentation that is poorly adapted to his physical needs, increasing the risk of muscular and mental fatigue, and thus increasing the risk of failure during the operation. This paper designs an ergonomic evaluation system for tools used in this type of surgery. For this purpose, a simulation model of laparoscopic operations is available where a surgical intervention protocol has been developed with the aim of simultaneously capturing the user’s movement and the electromyographic signals. The motion capture system, or MoCap, has three video cameras: front, side and transverse. This provides a 3D view of the user's torso during the simulation. Subsequently, these videos are analyzed with a MoCap programme developed in Python and, to facilitate the joints of interest’s postural analysis, the programme has the integration of the ergonomics methodologies "Rapid Entire Body Assessment" and "Rapid Upper Limb Assessment". In addition, EMG signals have been captured through four channels of a universal biosignal amplifier, with a bandpass cut-off between 10 Hz and 1kHz, and a signal acquisition system based on a data acquisition card and a virtual instrument developed in LabView.