Los DME del miembro superior relacionados con actividades laborales son uno de los problemas de salud más comunes para los trabajadores. Estas patologías se relacionan con múltiples factores de riesgo, y se considera que la carga de trabajo de la categoría física en actividades repetitivas y posturas corporales es una de las causas más influyentes para los problemas relacionados con el dolor y las enfermedades [1], [2]. Varios métodos están disponibles para realizar este tipo de análisis, tales como RULA, OWAS, NIOSH. Estos métodos permiten evaluar índices relacionados con el desarrollo de este tipo de lesiones con el propósito de minimizar las perturbaciones causadas al trabajador.
Los métodos más utilizados para evaluar el riesgo de un trabajador en desarrollar algún tipo de lesión que afecte su condición física, se soportan en técnicas de observación y estimación subjetiva de factores de riesgo como la posición angular de un segmento corporal desde su posición neutral, esfuerzo muscular y repetitividad; a partir de estas mediciones se clasifican y se definen los niveles de riesgo individuales. Adicionalmente esta información se complementa con resultados de cuestionarios resueltos por los sujetos monitoreados, los cuales a pesar de ser sencillos y fáciles de completar, pueden dar una información distorsionada debido a la subjetividad de la percepción del trabajador que además puede verse afectada por los trastornos musculoesqueléticos preexistentes.
Aunque los métodos soportados en observación son prácticos, económicos, no invasivos, y por lo tanto pueden utilizarse en varios lugares de trabajo, su principal problema es la falta de evaluación objetiva del movimiento y las fuerzas ejercidas, dependiendo en gran medida de las habilidades del observador, que se infieren por la investigación de los sujetos y la postura corporal.
También se han desarrollado técnicas soportadas en instrumentos que permiten mediciones directas en los puestos de trabajo. En [3] los autores presentan un sistema portátil en el que se utiliza un acelerómetro de tres ejes para medir posturas y movimientos a lo largo del tiempo, el objetivo del proyecto fue evaluar los riesgos de trastornos del cuello y el hombro durante el trabajo sostenido o frecuente con el brazo elevado. Un enfoque similar se presenta en [4] donde una WPAN compuesta por unidades inerciales y goniómetros se instaló directamente a la parte superior del cuerpo del trabajador, y los valores generados se utilizaron en conjunto con un modelo biomecánico de 20 grados de libertad para evaluar la postura corporal y los ángulos de articulación para la evaluación de RULA. En [5] se presenta un sistema que integra sensores inerciales y un modelo biomecánico para reconstruir la postura de la extremidad superior, teniendo en cuenta los movimientos del hombro, el codo y la muñeca. Los esfuerzos musculares para los flexores del brazo se miden con un sensor de matriz EMG de 8 canales y se comparan con la contracción máxima voluntaria del músculo. El sistema utiliza la postura y la carga para proporcionar una estimación de los riesgos en tiempo real, utilizando la evaluación RULA; además se presenta un análisis visual preliminar de los resultados en forma de un avatar animado, donde se representa el nivel de riesgo de la puntuación RULA.
Otros dispositivos electrónicos desarrollados permiten monitorear variables utilizadas en la estimación de los factores de riesgo relacionados con lesiones en la muñeca. En la patente US6334852B1 se utiliza sensores de efecto Hall adaptados a una indumentaria que se acondiciona en la mano y el antebrazo, y es capaz de monitorear y detectar movimientos articulares de la muñeca sin inhibir el movimiento natural de la mano; sin embargo, solo sensa el movimiento y no los demás variables asociadas a factores de interés relacionados con este tipo de lesiones, y tampoco realiza un procesamiento de dichos valores que permita estimar los factores e índices de riesgo al que está sometida la persona.
También se han desarrollado dispositivos capaces de monitorear de manera inalámbrica la actividad muscular por medio del procesamiento de EMG sin afectar la movilidad natural del brazo en ámbitos laborales, entre ellos está el dispositivo presentado en la patente US4807642, el cual compara la señal EMG obtenida del usuario con una señal de referencia, de modo que si la señal se asemeja a la referencia el dispositivo efectuara una señal acústica con el fin de indicarle al usuario que está realizando una acción muscular peligrosa. Otro de los equipos que emplea señal EMG es el descrito en el documento WO2004/098406A1 el cual mide la fuerza inferida de un sujeto en un objeto, realiza el almacenamiento en una base de datos y visualiza su valor en una pantalla, por medio de la cual muestra al usuario la señal EMG en tiempo real. Estos dispositivos solo monitorean una de las variables relacionadas con los factores de riesgo influyentes en lesiones de muñeca, y no realizan un procesamiento del valor de la variable que indique los factores e índices de riesgo asociados a una lesión.
Al evaluar las DME del miembro superior es crucial poder analizar varios factores de riesgo al mismo tiempo, y cómo se relacionan durante la ejecución de la tarea. En este contexto, este trabajo presenta un novedoso sistema que se acondiciona en un sujeto de posible riesgo laboral y durante una sesión real de trabajo aporta información relacionada con el riesgo al que está expuesto en relación al desarrollo de una lesión de muñeca, lo cual es de gran interés para la toma de decisiones que contribuyan a mitigar este tipo de lesiones. La electrónica del sistema se instala en un chaleco que porta la persona durante la prueba, de tal forma que se genere el menor impacto en la movilidad del usuario y posibilite gran flexibilidad en la ubicación de los sensores para realizar la evaluación de diferentes músculos durante la prueba. Este sistema, además de la sincronización de las mediciones con un registro visual durante la actividad, aporta análisis objetivos y más precisos para evaluar el riesgo de desarrollar una lesión en la muñeca, para ello utiliza las mediciones de EMG para estimar los niveles de esfuerzo en relación a la contracción máxima voluntaria (esfuerzo bajo y esfuerzo alto) asociados a la actividad laboral, esta discriminación se logra procesando las medidas de EMG junto con las de MMG en la mano, para disminuir el error de considerar esfuerzos detectados por las señales EMG que no correspondan a acciones de sujeción de objetos o herramientas relacionadas con la actividad laboral; también reporta la duración de los niveles de esfuerzo (acciones dinámicas y estáticas) y la duración del trabajo repetitivo (tiempo total acumulado de esfuerzo alto y esfuerzo bajo). Adicionalmente, incluye la medición de vibraciones inducidas en la mano (acciones con vibración con esfuerzo alto y esfuerzo bajo), las cuales son importantes para evaluar los esfuerzos mientras la mano se somete a los impactos de herramientas vibrantes, como por ejemplo taladros. Aunque el sistema fue creado inicialmente para la valoración del riesgo sobre muñeca, la versatilidad del sistema permite que sea empleado en otros segmentos corporales de acuerdo al interés del evaluador.
El resto del documento está organizado de la siguiente manera. En la sección 2 se presenta una descripción del sistema desarrollado. La sección 3 describe los resultados de las pruebas experimentales realizadas para la validación preliminar del sistema y los resultados generados. La sección 4 presenta las conclusiones obtenidas.
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
Los factores que reporta el sistema desarrollado fueron seleccionados tomando como base para el desarrollo de análisis el método Check List OCRA y los reportes de NIOSH respecto a factores influyentes en lesiones de muñeca.
El sistema está compuesto de 3 subsistemas:
- Subsistema de monitorización. Este subsistema está soportado en una WBAN, la cual integra un nodo incorporado a una indumentaria que porta la persona durante la prueba. Lo constituyen transductores y las etapas de acondicionamiento electrónico de las señales EMG y MMG, la fuente de abastecimiento de energía, un dispositivo embebido en el que se implementan las funciones que procesan las señales medidas, y una unidad de medición inercial (Inertial Measurement Unit - IMU) para medir las vibraciones inducidas en la mano. El sistema embebido también se utiliza para el almacenamiento de datos en una microSD y de la transmisión inalámbrica de los mismos. Figura 1.
Figura 1. Subsistema de monitorización acondicionado en un sujeto durante una sesión de trabajo.
- Subsistema de procesamiento. Este subsistema se implementa en un sistema embebido, se encarga de realizar la medición de las variables y procesarlas para generar los factores repetitividad, esfuerzo muscular y vibración ya cuantificados.
El cálculo del esfuerzo muscular es importante para identificar al esfuerzo requerido por la persona al realizar en una determinada actividad laboral, por eso este factor reporta el total de tiempo en que se ejercieron los diferentes niveles de esfuerzo, bajo y alto, en relación a la contracción máxima voluntaria (CMV). Al final se obtiene el tiempo total para cada nivel de esfuerzo.
Para el cálculo de la vibración a la que está sometida la mano se utiliza el algoritmo de la Transformada Rápida de Fourier (FFT) para obtener el espectro de frecuencia en cada eje de aceleración. Es importante también conocer si en el momento en que se indujo la vibración se realizaron grandes niveles de esfuerzo, tal como ocurre con un taladro perforando madera en comparación con perforar concreto. Para esto se relacionan los datos obtenidos de la vibración inducida en la mano con los datos adquiridos de la señal EMG, con esta información se detecta cuál fue el nivel de esfuerzo muscular al cual ocurrió la vibración inducida.
El cálculo de la repetitividad se realiza a partir de las mediciones de EMG y MMG. Este factor es separado en dos acciones: acciones dinámicas, sucesión periódica de tensiones y relajamientos de los músculos activos de corta duración, y acciones estáticas, contracción de los músculos continua y mantenida durante un cierto periodo de tiempo. A partir del procesamiento simultáneo de EMG y MMG se reducen los falsos conteos asociados a activaciones musculares cuando la persona no sujeta objetos o herramientas relacionadas con la actividad laboral.
- Subsistema de registro y visualización. Finalmente los datos capturados y procesados son transmitidos al subsistema de registro y visualización, el cual se implementa en una computadora personal (PC), en donde se sincronizan con el registro visual realizado durante la prueba, toma periódica de fotografías, para luego ser presentados al evaluador. La transmisión de los datos se realiza de manera inalámbrica a través de la WBAN; actualmente el sistema desarrollado soporta transmisiones a través de Bluetooth y Zigbee. Otra opción de transferir los datos es retirar manualmente la microSD del dispositivo embebido e ingresarla directamente a un puerto de la PC. Los factores de riesgo junto con el registro de los valores de las variables se almacenan en una base de datos para tener un registro de la actividad y posteriormente se visualizan a través de una interface gráfica, Figura 2.
Figura 2. Interface de visualización de datos capturados y resultados del procesamiento
Se han realizado varias pruebas de uso del sistema. En una de las pruebas se analizaron actividades secretariales y de archivo realizadas por un grupo de trabajadoras de la Universidad Autónoma de Occidente. Al inicio de la prueba se realiza un proceso de calibración para conocer los valores de las variables para los niveles de esfuerzo bajo y alto, y de esta manera se registran los valores durante la prueba en relación a la CMV del músculo de la persona a evaluar. Para cada caso el proceso de calibración se realizó según el protocolo descrito en el manual BioEM, Figura 3:
- Canal 1: Extensor del carpo.
- Canal 2: Flexor del carpo.
Figura 3. Proceso de calibración
Durante la prueba de archivo, Figura 4, la secretaria ordenó y almacenó documentos en un cuarto de archivo. Los eventos que representaron un máximo esfuerzo muscular durante esta prueba corresponde con la acción de grapar, con un nivel de esfuerzo en el rango de 80% a 90% CMV para el músculo flexor del carpo. En promedio la secretaría ejerció la acción de grapar a una frecuencia de 2.5 acciones cada 10 minutos.
Figura 4. Prueba de archivo
De los resultados obtenidos durante la prueba se observa similitud en el comportamiento de ambos músculos, presentando la mayor cantidad del tiempo valores bajos en cuanto a esfuerzo y repetitividad. Los esfuerzos altos registrados, menos del 2% del tiempo, corresponden al momento en que la trabajadora manipulaba gran cantidad de hojas en el AZ y cuando grapaba documentos. Aunque el prototipo no evaluó factores de riesgo como el arco de movilidad articular, el registro visual permitió observar que en algunas ocasiones la persona adoptaba posturas por fuera del límite de confort.
Los resultados de la prueba permitieron realizar recomendaciones a la trabajadora para tener un manejo adecuado del proceso de archivado. Recalcando la importancia de manejar pocas hojas a la vez, para ello fue útil la retroalimentación a través del registro visual de la prueba. Además, se recomendó cambiar el sistema de grapado por uno en el que la trabajadora tenga que hacer menos esfuerzo.
La segunda prueba permitió la evaluación de actividades como contestar el teléfono, escribir información en computadora y la escritura manual, Figura 5. La labor realizada por la secretaria varió durante la prueba, el registro visual permitió identificar las actividades en diferentes intervalos de tiempo:
- 0 - 10 min: Realizó las actividades de escritura en celular (chat), escritura manual y armar carpetas (cortar, amarrar, organizar). La mayor cantidad del tiempo ejerció la actividad de armar carpetas.
- 10 – 20 min: Realizó las actividades de escritura en computadora, contestar el teléfono, escritura manual y armar carpetas (cortar, amarrar, organizar). La actividad de armar carpetas disminuyó su porcentaje de participación en este intervalo.
- 20 – 30 min: Realizó las actividades de hablar por teléfono y escritura en computadora.
Entre todas las actividades realizadas en los diferentes intervalos se resalta la actividad de armar carpetas, puesto que exige una continua motricidad fina que compromete constante y sostenidamente los músculos monitorizados.
Figura 5. Evaluación de actividades como contestar el teléfono, escribir información en computadora y la escritura manual
Los valores obtenidos durante la prueba permiten observar que existieron más acciones musculares en el músculo flexor del carpo que en el extensor, y que el porcentaje en tiempo de acción muscular referente al tiempo total de la prueba del músculo extensor fue muy superior al del músculo flexor del carpo, lo que significa que el músculo extensor tuvo constantemente acciones sostenidas en el tiempo. Además de lo antes mencionado, el nivel de esfuerzo ejercido por el extensor es aproximadamente el doble que el realizado por el flexor del carpo, así que no necesariamente el músculo que tenga promedio de acción mayor es el más afectado. De esta manera se prueba la importancia de contar con las tres medidas sobre el músculo: acciones por minuto, nivel de esfuerzo y porcentaje de tiempo.
La mayor cantidad del tiempo durante la última prueba (99%), la trabajadora generó un esfuerzo muscular bajo en los músculos evaluados. Sin embargo, se evidenciaron algunos picos de aumento de fuerza muscular, que ocurrieron cuando la trabajadora levantaba el folder AZ o manipulaba un grueso número de hojas en el mismo. El sistema permitió observar que la trabajadora no utilizaba apropiadamente la silla, manteniéndose muy alejada de los elementos de trabajo. Además que el plano de trabajo estaba muy alto y la pantalla de computador baja. Aunque el prototipo no evaluó factores de riesgo como el arco de movilidad articular, el registro visual permitió observar que en algunas ocasiones la trabajadora adoptó posturas por fuera del límite de confort.
Los resultados de la prueba permitieron realizar siguientes recomendaciones: 1) Capacitar a la trabajadora para tener un manejo adecuado del proceso de archivado, recalcando la importancia de manejar pocas hojas a la vez para, para lo cual fue útil la retroalimentación a través del registro visual de la prueba; 2) Mejorar las condiciones del puesto de trabajo: revisar la altura de la pantalla del computador, así como la de la silla para garantizar que el codo se encuentre a 90° y no haya elevación de hombros, utilizar el apoyo lumbar de la silla y facilitar el acceso de la trabajadora al escritorio. 3) Realizar una campaña de 5s para organizar el puesto de trabajo.
Los puntos destacados en el uso del sistema desarrollado fueron:
- La tecnología identifica y reporta verazmente las acciones musculares con los instantes de tiempo y niveles de esfuerzo correctos, a su vez estos reportes coinciden con las actividades presentadas en el video de la interfaz. Esta característica es de gran utilidad en evaluaciones de riesgo, ya que permite identificar los instantes de tiempo de esfuerzo relevante y acceder a ellos por la interfaz de video sin que el terapeuta tenga que ver el registro visual completo.
- La tecnología facilita al usuario el análisis de la información a través de gráficas y tabulación de los datos. Adicionalmente, una vez terminada la prueba, le permite al usuario analizar la sesión rápidamente indicándole los instantes en los que se detectaron eventos de interés.
- La tecnología es de gran utilidad para los usuarios del sector de salud ocupacional, ya que presenta información que no es medible en los métodos de prevención del riesgo convencionales. Información que se expone por medio de una interfaz amigable y de fácil entendimiento.
Con este desarrollo se pretende contribuir a realizar mejores realimentaciones al trabajador acerca de las posturas que adopta durante las actividades laborales y en procesos de entrenamiento, y a mejorar los estudios y reestructuración de puestos de trabajo, análisis de fatiga, entre otros, con el propósito de mitigar el impacto de este tipo de lesiones.
[1] A. Aaras, R. Westgaard, and E. Stranden, “Postural angles as an indicator of postural load and muscular injury in occupational work situations,” Ergonomics, vol. 31, no. 6, pp. 915–933, 1988.
[2] L. Forcier, C. Lapointe, M. Lortie, P. Buckle, I. Kuorinka, J. Lemaire, and S. Beaugrand, “Supermarket workers: Their work and their health, particularly their self-reported musculoskeletal problems and compensable injuries,” Work: A Journal of Prevention, Assessment and Rehabilitation, vol. 30, no. 4, pp. 493–510, 2008.
[3] E. Bernmark and C. Wiktorin, “A triaxial accelerometer for measuring arm movements,” Applied ergonomics, vol. 33, no. 6, pp. 541–547, 2002.
[4] N. Vignais, M. Miezal, G. Bleser, K. Mura, D. Gorecky, and F. Marin, “Innovative system for real-time ergonomic feedback in industrial manufacturing,” Applied ergonomics, vol. 44, no. 4, pp. 566–574, 2013.
[5] Lorenzo Peppoloni, Alessandro Filippeschi and Emanuele Ruffaldi, “Assessment of task ergonomics with an upper limb wearable device”. 22nd Mediterranean Conference on Control and Automation (MED). IEEE, 2014.
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