微创手术

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微创手术/2016年/文章

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体积 2016年 |文章的ID 5624630 | https://doi.org/10.1155/2016/5624630

阿里Keshavarz帕纳西,Sohyung秋, 预测的肌肉疲劳微创手术期间使用递归定量分析”,微创手术, 卷。2016年, 文章的ID5624630, 8 页面, 2016年 https://doi.org/10.1155/2016/5624630

预测的肌肉疲劳微创手术期间使用递归定量分析

学术编辑器:奥斯马Schob
收到了 2015年10月29日
修改后的 2016年2月29日
接受 2016年4月12日
发表 2016年5月24日

文摘

由于其固有的复杂性,如有限的工作数量和自由度,微创手术(MIS)人体工程学有挑战性的外科医生相比,传统的开放手术。具体来说,管理信息系统可以公开执行外科医生过度的人体工程学风险包括肌肉疲劳可能导致手术中的关键错误。因此,检测脆弱的肌肉和time-to-fatigue在管理信息系统是非常重要的为了防止这些错误。本研究的主要目的是提出和测试一种新的措施,可以有效地用来检测肌肉疲劳。在这项研究中,表面肌电图是用来记录肌肉激活五个科目时十五各种腹腔镜操作执行。肌肉激活数据然后重建使用重现量化分析(RQA)来检测可能的肌肉疲劳的迹象在八个肌肉群(二头肌,三头肌,三角肌,斜方肌)。结果表明,RQA检测疲劳签署双边斜方肌在47.5分钟(平均)和双边三角肌在57.5分钟后开始操作。没有迹象表明二头肌和三头肌肌肉的疲劳检测任何话题。根据研究结果,提出了新颖的测量可以有效地用于检测肌肉疲劳并最终提高MIS的质量与减少错误,程序可能会被忽视的肌肉疲劳的结果。

1。介绍

自微创手术(MIS)执行使用内窥镜和几个薄仪器通过小切口在病人,它提供了一些优势患者喜欢较短的恢复时间,减少术后疼痛,早期恢复正常活动,节约成本。然而,更多的人体工程学挑战执行外科医生由于其固有的复杂性,如有限的工作数量和自由度。具体地说,这种复杂性导致异常运动的手臂和肩膀而持有一定的身体姿势,例如,头和躯干,长时间(1- - - - - -3]。重要的是,这种复杂性常常公开执行外科医生增加人体工程学风险包括肌肉疲劳会导致手术期间关键错误(4- - - - - -6]。人体工程学风险的脆弱性也证实在文学声称“执行腹腔镜手术是外科医生更紧张比开放手术”(7]。此外,据报道,MIS携带比开放手术并发症(8,9]。因此,它是重要的定量测量人体工程学风险执行外科医生,尤其是在MIS程序肌肉疲劳。注意,及时干预与肌肉疲劳的信息可以确保提高质量管理信息系统的过程。

现有的一些研究疲劳分析都集中在定量措施及其应用等距或high-force活动的等张收缩在相对较短的发作。在这些研究中,频率条带分析预测肌肉疲劳时低频段增加和更高的频段减少(10]。标准不适分析也用于检测肌肉疲劳的主题,它可能缺乏客观分析(11]。此外,心率(12)和组织氧饱和度(13)被用作疲劳发展的指标。重要的是,功率谱密度(PSD)的转换EMG数据通过快速傅里叶变换的方法被广泛用于检测肌肉疲劳(14- - - - - -16]。在这种方法中,频率和振幅的变化被认为是由于减少肌肉纤维的传导速度和更大的运动单位同步。图1计划性地描绘了这些肌肉疲劳的不同阶段的变化。

管理信息系统操作可以被视为长期的肌肉活动,基于PSD的测量,主要用于静态活动,可能不会有效地用来预测在MIS操作肌肉疲劳。具体来说,当基于PSD的措施用于肌肉激活,冲突的结果和主观与客观之间的复杂关系疲劳已报告(17,18]。这种冲突的结果从静止数据基于PSD的措施成功地使用要求。事实上,肌电图数据收集的光肌肉激活不稳定是由于肌肉和肌电图改变距离传感器,以及肌肉长度变化。从文献,指出疲劳机制相比,这些活动期间不清楚high-force(或强度)肌肉活动(19]。虽然没有显著减少肌肉力量在MIS操作水平,肌肉有一些生理变化会导致肌肉疲劳影响肌肉的能力和性能的对象(20.,21]。Uhrich et al。22)评估了肌肉疲劳模拟腹腔镜手术期间在相对较短的时间。在他们的研究中,疲劳的影响,监控位置和手术经验进行比较。后获得EMG活动和肌肉疲劳会话之前和之后不适得分,这是发现,肌电图数据和不适得分表现出疲劳响应在多个肌肉群。他们发现最小差异这两个监控位置,减少肌肉活动和不适的主治医生。在另一项研究中,松弛等。23]研究了操作时间在外科医生的肌肉疲劳的效果。在1 - 10人力资源操作的长度不同,但只有一分钟时间之前和之后使用频率分析操作进行了分析。他们发现,肱桡肌被使用越来越疲劳更快。此外,肌肉疲劳增加与时间成正比。另一方面,重现量化分析(RQA)一直在测试肱二头肌肌肉疲劳并显示更敏感比FFT频谱中心频率变量(fC) (24]。在另一项研究中,Filligoi和Felici25)表明,决定论%,RQA变量之一,比中值频率更有效检测肱二头肌肌EMG信号变化。这部小说第一次数据分析方法在我们的研究中,确定任何可能的肌肉疲劳的腹腔镜手术操作被称为长期low-force肌肉活动相比,一些激烈的任务涉及等长肌肉收缩整个任务。

本研究的主要目标是回答下列问题:(我)目标肌肉疲劳的表现可以从肌电图检测数据在腹腔镜手术延长光肌肉激活?(2)对肌肉time-to-fatigue腹腔镜手术期间经历疲劳?(3)肌肉的可能性最高水平的疲劳在腹腔镜手术中测试肌肉群吗?

2。方法

作为第一步,EMG疲劳分析收集的数据。具体来说,表面EMG电极连接到上臂肌肉的参与者收集肌肉激活在执行各种管理信息系统的程序。接下来,肌电图数据转化为高维数据使用时移和由递归图,便于重现量化分析(RQA),尤其是决定论值的计算。然后,移动平均线技术申请轨迹决定论的值来检测肌肉疲劳的任何变化的指标。

2.1。肌电图数据收集

IRB-approved协议下,五right-hand-dominant专家腹腔镜外科医生,谁表现超过100腹腔镜手术,十五MIS程序执行在当地一家医院。表1显示更多的细节关于这些外科手术。


主题 腿上# 完成时间(分钟) 描述

外科医生1 圈1 96年 腹疝修补术的
圈2 113年 胆囊切除术
3圈 132年 腹股沟疝修补术

外科医生2 圈1 55 袖胃切除术
圈2 66年 袖胃切除术
3圈 128年 袖胃切除术

外科医生3 圈1 131年 海勒肌切开术,金龟子fundoplication,肝活检
圈2 152年 腹疝修补术的
3圈 171年 Paraesophageal疝修补术

外科医生4 圈1 122年 袖胃切除术
圈2 101年 腹股沟疝修补术
3圈 88年 袖胃切除术

外科医生5 圈1 71年 海勒肌切开术
圈2 116年 腹疝修补术的
3圈 144年 胆囊切除术

腹疝修补术:疝修复通过网状或缝合线进入仪器放在腹部小切口。使用几个小切口胆囊切除术:切除胆囊。腹股沟疝修补术:修复腹壁疝的腹股沟。袖胃切除术:切除大部分胃的帮助减肥。海勒肌切开术:治疗贲门失弛缓性减少肌肉的允许食物和液体通过胃。从胃金龟子fundoplication:防止回流到食道通过部分包装在食管胃。Paraesophageal疝修补术:隔膜在食管裂孔封闭以防止胃reherniating,然后执行fundoplication防止胃脱肠回胸腔。

每个参与者,总共8表面电极肌电图(表)附加到以下四个双边肌肉包括二头肌,三头肌,三角肌,斜方肌。注意,由于较低的手臂擦洗从指尖到肘部,电极没有放在这些消毒肌肉隔间。肱三头肌和二头肌选择期间由于活动水平高的手臂弯曲和扩展。因为肩膀和颈部肌肉疲劳的公共区域,斜方肌和三角肌也包括在我们的研究中。所有表数据收集使用摘要Bioradio®150生理数据采集系统(大湖公司成员,整合®,克利夫兰,哦)。后擦拭皮肤表面覆盖目标肌肉群和外用酒精让酒精干燥,两个 MVAP-II®电极(MVAP医疗用品、合并、纽伯里公园,CA)被放置在腹部肌肉的肌肉组织和连接到积极和消极输入极点为每个通道。电极也附着在右手肘和连接到地面输入150年Bioradio完成输入电路。的Biocapture®数据采集软件(大湖公司成员,注册,克利夫兰,OH)被用来捕获和过滤表数据。更具体地说,面肌电信号数据采样的频率256赫兹从每个通道。数字信号处理的过滤器被应用于排除噪音较低(< 10 Hz)和高频(> 127 Hz)信号。

2.2。重现量化分析(RQA)

RQA是一种时间序列分析方法,检测确定性动力系统的结构。它还提供了一些有价值的信息从复发的情节26]。递归图分析的原则可以概括如下。让 轨道上的th点描述的动力系统 维空间, 。递归图的点是一个数组 广场,放置在一个点 每当 足够接近 。为了获得从时间序列递归图 下面的程序是必需的。首先,我们选择一个嵌入维度 和构造 维轨道 时间延迟的方法:如果 是标量, 。接下来,我们选择 这种球的半径 集中在 包含一个合理数量的其他点 的轨道。最后,我们在每一个点绘制一个点 球的半径吗 集中在 。我们称这张照片复发情节(RP)和RP如图的一个例子2。请注意, 实际上,次;因此,复发的情节描述自然时间相关信息。

递归式情节相当对称的对角线 因为如果 接近 ,然后 接近 。然而,不完全对称,因为我们不需要 (27]。当 比二维相空间,进行投影。从时间序列 底层的吸引子动力学相空间重构在通过应用时滞向量方法,塔肯斯(28]。重建的轨迹 可以表示为一个矩阵,每一行是一个相空间向量: 在哪里 , , 嵌入维数, 是延迟时间。递归图是一个工具,可以用来研究高维动力通过一个二维二元递归的阴谋。任何复发的状态 与国家 图是一个布尔矩阵表达的 在哪里 嵌入式向量, 是亥维赛阶跃函数, 是一个任意的门槛。在图示中,每个非零的条目 有一个黑点的位置 。与本身因为任何状态是复发,复发性情节(RP)矩阵满足 它因此包含身份的对角线(法)。

决定论的百分比(%检波器)源自对角线和相关系统的可预测性是一个重要的参数在RQA量化递归点的比例。通常使用下列公式计算%侦破从递归图26]: 在哪里 频率分布直方图或对角线的长度, 的长度是一个数据系列, 是预定义的最小一个对角线的长度。在这项研究中,上述%侦破EMG数据被用作肌肉疲劳指标。交叉复发情节(CRP)工具箱中可用MATLAB用于RQA分析(26]。为了确保优化的结果,包括嵌入维度(RQA参数 ),时间延迟( )和阈值( )应该谨慎挑选。CRP工具箱,一个可以设置参数获得最佳嵌入维数和时间延迟的值从假最近的邻居(模糊神经网络)和平均互信息(AMI)函数可能会导致最优递归图如图3

使用这些函数,嵌入维数和延时参数被设置为10和图4,分别。促进最佳阈值,建议考虑阈值只有几个百分点的最大直径相空间(29日]。因此,选择阈值根据最大最小值的10%相空间数据的直径。在这项研究中,最小数量的点构造一个确定性的对角线被设置为两个。

整个管理信息系统操作时间总结表1分析了通过应用RQA每分钟的操作窗口长度15360数据点。然后,%侦破价值来源于RQA分析和结果绘制操作时间。最后,移动平均分析十的间隔(或窗口大小)是应用于确定time-to-fatigue %精细值。

3所示。结果

4显示%所有八个肌肉外科医生1的值执行情况3 132分钟为例。这是观察到的数据4 (g)4 (h)移动平均线的%侦破两国斜方肌的肌肉增加45 - 50分钟后操作。此外,移动平均%侦破两国则高达55 -分钟后三角肌增加操作如图4 (e)4 (f)。三角肌和斜方肌之间,两国斜方肌变得更加确定的%侦破接近75%的操作与%侦破的双边三角肌不确定性值接近50%。在这项研究中,%相同值的移动平均值的增加被认为是肌肉疲劳的发展。因此,从这些观察推测,斜方肌成为外科医生比三角肌疲劳1执行情况3。然而,没有移动平均线的变化%侦破两国二头肌和三头肌在整个操作如图4

作为下一步,%检波器测试所有的管理信息系统操作和结果总结在表2。侦破结果没有发现任何改变肌肉的外科医生2中1号的最小完成时间55分钟。同时,外科医生4以防2号以及外科医生5中3号没有经历任何的三角肌疲劳。具体来说,未发现疲劳迹象对两国二头肌和肱三头肌的科目。图5显示了相同的意思是移动平均线的值%的所有操作和主题。表2还表明,疲劳迹象开发至少45分钟后操作开始和斜方肌变得比三角肌疲劳的迹象。


外科医生 情况下 L-bicep R-bicep L-tricep R-tricep L-deltoid R-deltoid L-trap R-trap

1 1 N / F N / F N / F N / F (成本则高达55 -) (成本则高达55 -) (45 - 50) (45 - 50)
2 N / F N / F N / F N / F (成本则高达55 -) (成本则高达55 -) (45 - 50) (45 - 50)
3 N / F N / F N / F N / F (成本则高达55 -) (成本则高达55 -) (45 - 50) (45 - 50)

2 1 N / F N / F N / F N / F N / F N / F N / F N / F
2 N / F N / F N / F N / F (成本则高达55 -) (成本则高达55 -) (45 - 50) (45 - 50)
3 N / F N / F N / F N / F (成本则高达55 -) (成本则高达55 -) (45 - 50) (45 - 50)

3 1 N / F N / F N / F N / F (成本则高达55 -) (成本则高达55 -) (45 - 50) (45 - 50)
2 N / F N / F N / F N / F (成本则高达55 -) (成本则高达55 -) (45 - 50) (45 - 50)
3 N / F N / F N / F N / F (成本则高达55 -) (成本则高达55 -) (45 - 50) (45 - 50)

4 1 N / F N / F N / F N / F (成本则高达55 -) (成本则高达55 -) (45 - 50) (45 - 50)
2 N / F N / F N / F N / F N / F N / F (45 - 50) (45 - 50)
3 N / F N / F N / F N / F (成本则高达55 -) (成本则高达55 -) (成本则高达55 -) (成本则高达55 -)

5 1 N / F N / F N / F N / F (成本则高达55 -) (成本则高达55 -) (成本则高达55 -) (成本则高达55 -)
2 N / F N / F N / F N / F (成本则高达55 -) (成本则高达55 -) (成本则高达55 -) (成本则高达55 -)
3 N / F N / F N / F N / F N / F N / F (成本则高达55 -) (成本则高达55 -)

注意:N / F:不疲劳。

4所示。讨论

%侦破为两国的移动平均线斜方肌三角肌增加45 - 50和成本则高达55 -分钟的手术后,分别。这可能导致由于以下MIS程序的本质:(i)在管理信息系统中,外科医生应保持头部位置在某些方向继续看监视器,这可能对斜方肌施加重大压力,和(2)外科大夫瘦和长仪器通过一个小切口,他们经常使用过度的肩膀运动克服有限的自由度,这可能对三角肌疲劳。在这项研究中,更高的%依据价值意味着EMG数据越来越确定性和周期性。这种确定性和周期模式是同步电机单元的结果在疲劳阶段(30.]。为了供应必要的力量继续某些任务,涉及多个电机单元在肌肉疲劳。如果几乎所有电动机单位已经参与,运动单位同步发生继续任务操作,防止失败。这一事实和同步电动机单位招募更多的肌肉疲劳过程中已被证明在文献[31日]。对于传统的职业任务,增加同步电动机单位已成功检测到使用%精细值通过计算机仿真模型(32]。

另一方面,肩膀障碍被认为是最重要的肌肉骨骼疾患之一,特别是在长期重复激活精度高(33- - - - - -35]。在斜方肌间质钾浓度增加可以传导速度下降的原因36]。此外,内部和细胞外钠离子和钾离子浓度的变化可以在肌电图数据变化的主要原因是肌肉疲劳相关(37]。虽然这些代谢变化很快的恢复,在长时间的肌肉活动,肌肉需要更长的恢复时间来恢复的主要力量能力(37,38]。因为有序运动单位的招聘,在长时间的肌肉活动,低阈值纤维脆弱,需要恢复时间的重要性,以避免在斜方肌肌痛的疾病39,40]。可以从文献综述总结,疲劳分析是非常困难的长期光肌肉活动任务,如管理信息系统程序。

这项研究表明,斜方肌是第一个肌肉疲劳迹象表明在长时间光肌肉激活在MIS过程。有趣的是,类似的研究结果报道在一盏灯装配任务在工业操作(41]。虽然现有的研究还建议恢复/任务对工人的休息时间在90分钟后开始,在这个研究结果显示复苏MIS /休息时间在45 - 50分钟后开始操作。更有可能的是,这种差异源于强度和精度水平的两个任务:工业和手术。二头肌和三头肌没有经历任何肌肉疲劳。这可能是由于减少肌肉活动和肌肉收缩的腹腔镜手术为这两个肌肉。

当肌肉很容易疲劳长期和强烈的自然,在管理信息系统操作期间检测肌肉疲劳和time-to-fatigue估计是非常重要的。为了满足这种需求,本研究提出并测试了一个新颖的措施,可以有效地用于检测肌肉疲劳和time-to-fatigue从肌电图数据。在未来的研究中,客观和主观的结果之间的相关性非常重要。这里,客观结果意味着疲劳分析使用提出了本研究的测量和主观结果对应于调查分析对象问他们是否感到疲劳症状在MIS过程。此外,这将是有趣的在未来比较性能分析和疲劳分析,由于肌肉疲劳分析的最终目标是检测任何可能影响医生的性能。这将强调定量肌肉疲劳分析的重要性,尽管它可能具有挑战性的应用性能分析真正的外科手术。然而,性能分析可以很容易地应用于干燥实验,如腹腔镜手术原理(FLS的)任务,因为有方法分析对象的性能进行验证。因此,RQA的结合,定量肌肉疲劳分析方法,标准的性能分析FLS的任务将为未来的研究打开新的大门与肌肉疲劳和性能分析的管理信息系统操作将非常有利于手术的社区。此外,未来的研究应该包括更多的主题和更多的外科手术,以证实本研究的发现。

5。结论

在这项研究中,重现量化分析(RQA)应用肌电图数据记录8个肌肉群的五个外科医生在做十五MIS操作。结果表明,这部小说测量检测双边三角肌和斜方肌的肌肉疲劳的迹象在45 - 55分钟后开始操作,并没有被发现在其他肌肉疲劳的迹象。从这个研究发现,斜方肌和三角肌是最脆弱的肌肉在所有八个肌肉群进行测试。这里,值得注意的是管理信息系统的本质过程,外科医生操作细长仪器频繁变化的方向和位置主要使用二头肌和肱三头肌和维护他们的手臂姿势使用三角肌而正通过监控使用斜方肌长时间。考虑这种性质,三角肌和斜方肌可能显示明显的肌肉疲劳的迹象,而其他不显示任何疲劳的迹象在本研究中进行了测试。根据结果,建议外科医生需要休息时间在45 - 50分钟后管理信息系统操作开始为了减少肌肉疲劳和其他可能的肌肉紊乱。更好地了解恢复时间的影响等外科医生做一个复杂的腹腔镜手术,未来的研究可能会测试不同的恢复时间来找到一个最佳的时间之前的肌肉放松肌肉疲劳。此外,人体工程学改进手术设备减少强度的水平可能会有效减少肌肉疲劳或至少增加time-to-fatigue。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

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