外科医の筋活動に基づく腹腔鏡手術用の新しいハンドツール設計の人間工学的評価

Ergonomic assessment of a new hand tool design for laparoscopic surgery based on surgeons' muscular activity.

• A G González
• J Barrios-Muriel
• F Romero-Sánchez
• D R Salgado
• F J Alonso

抄録

腹腔鏡手術の技術は、非侵襲的な処置に慣例的に使用されています。しかし、外科医が使用する従来の手術器具や装置は、人間工学的な欠陥に悩まされており、上肢や背中の身体的な不満や、手術中の外科医のスキルに影響を与える可能性のある一般的な不快感につながる可能性があります。この問題を克服するために、腹腔鏡グリッパーハンドルの新しいデザインを発表し、この分野で最も使用されている器具の一つと比較した。この新しいデザインの人間工学的特徴の評価は、動的活動時の表面筋電図(sEMG)信号の時間周波数解析を用いて行われた。sEMG信号を分解して各筋の中央値周波数を抽出し、筋疲労を評価するために特異スペクトル解析(SSA)を用いた。その結果、提案された人間工学に基づいたグリップを使用することで、提案された各タスク中の筋活動の平均値が減少することが明らかになった。また、この斬新なデザインは、高圧の接触部位を最小限に抑え、大きな振幅の動きを減らし、手、手首、前腕の中立的な位置を促進するため、腹腔鏡手術での使いやすさを向上させます。さらに、時間周波数分析のためのSSA法は、人間工学的な観点から所定の活動を分析するための強力なツールを提供する。手術活動中の筋活動を評価するために提案された方法は、外科医のバイオメカニクスおよび提案された活動に基づく追加の選択基準を提供するので、拡張手順をプログラミングする際の手術器具の選択に有用であるかもしれない。

Laparoscopic surgery techniques are customarily used in non-invasive procedures. That said traditional surgical instruments and devices used by surgeons suffer from certain ergonomic deficiencies that may lead to physical complaints in upper limbs and back and general discomfort that may, in turn, affect the surgeon's skills during surgery. A novel design of the laparoscopic gripper handle is presented and compared with one of the most used instruments in this field in an attempt to overcome this problem. The assessment of the ergonomic feature of the novel design was performed by using time-frequency analysis of the surface electromyography (sEMG) signal during dynamic activities. Singular Spectrum Analysis (SSA) was used to decompose the sEMG signal and extract the median frequency of each muscle to assess muscle fatigue. The results reveal that using the proposed ergonomic grip reduces the mean values of the muscle activity during each of the proposed tasks. The novel design also improves the ease of use in laparoscopic surgery as it minimises high-pressure contact areas, reduces large amplitude movements and promotes a neutral position of the hand, wrist and forearm. Furthermore, the SSA method for time-frequency analysis provides a powerful tool to analyse a prescribed activity in ergonomic terms. The proposed methodology to assess muscle activity during surgery activities may be useful in the selection of surgical instruments when programming extended procedures, as it provides an additional selection criterion based on the surgeon's biomechanics and the proposed activity.

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