Virtual reality training platform for flexible ureterorenoscopy interventions with a minimally invasive surgical robot

The total number of ureteroscopy (URS) interventions during the past years has dramatically increased due to the ongoing technological advances and the benefits associated with these techniques. However, the current URS procedure presents some drawbacks to urologic surgeons. The LITHOS project was created with the main objective of developing a surgical robotic system for flexible ureterorenoscopic lithotripsy interventions, offering a technological solution that meets the real needs of both patients and surgeons in this type of procedures. In this paper, a virtual reality environment for flexible ureterorenoscopy interventions is presented. The proposed environment provides a suitable training platform for surgeons manipulating the surgical robotic system

The Effect of Interruptions During a Laparoscopy Skills Training Task

The goal of the present study was to examine how interruptions during a laparoscopic skills training task affected task performance. Undergraduate students completed a task that required them to pick up and transfer colored objects in a specific, predetermined sequence. The number of colored objects in the sequence was varied to produce three levels of task demand. During execution of the primary task, participants were interrupted by auditory task-irrelevant communication. The temporal length of interruptions was also manipulated to produce three levels of interruption duration. Results showed that participants made significantly more sequence errors in the high demand condition than in the moderate demand condition. Unexpectedly, a large majority of participants were distracted instead of interrupted by the auditory communication. It was found that distractions did not significantly impair task performance. The general implication of the findings was that the peg transfer task from the Fundamentals of Laparoscopic Surgery is attentionally demanding, particularly when the complexity of the task is increased. However, a non-interruptive auditory dialogue (e.g., communication with trainers or team members) may be time-shared with laparoscopic skills training for novices with minimal impact on performance

Ergonomics in the operating room

Background: Since the introduction of minimally invasive surgery, surgeons appear to be experiencing more occupational musculoskeletal injuries. The aim of this study is to investigate the current frequency and effects of occupational musculoskeletal injuries on work absence. Methods: An online questionnaire was conducted among all surgeons affiliated to the Dutch Society for Endoscopic Surgery, Gastrointestinal Surgery, and Surgical Oncology. In addition, this survey was conducted among surgeons, gynaecologists, and urologists of one cluster of training hospitals in the Netherlands. Results: There were 127 respondents. Fifty-six surgeons currently suffer from musculoskeletal complaints, and 30 have previously suffered from musculoskeletal complaints with no current complaints. Frequently reported localizations were the neck (39.5 %), the erector spinae muscle (34.9 %), and the right deltoid muscle (18.6 %). Most of the musculoskeletal complaints were present while operating (41.8 %). Currently, 37.5 % uses medication and/or therapy to reduce complaints. O

Ergonomía y trastornos musculoesqueléticos en Cirugía Plástica: revisión sistemática.

Durante los últimos años los esfuerzos para mejorar la ergonomía en el ámbito médico han sido notables, sin embargo, continúan siendo escasos los trabajos que abordan este aspecto dentro de las especialidades quirúrgicas, siendo sus profesionales uno de los grupos más susceptibles de padecer trastornos músculoesqueléticos(TME) debido a factores de riesgo ergonómicos. Los cirujanos plásticos debido a su intensa actividad quirúrgica con largas jornadas de trabajo, que en muchos casos les obliga a adoptar posiciones no neutrales sostenidas, con flexión prolongada del cuello y desalineación coronal mientras operan de pie, están expuestos a padecer TME relacionados con su actividad, pudiendo afectarse negativamente su calidad de vida y la duración de su carrer

Análisis tiempo-frecuencia de parámetros de fatiga en la señal de electromiografía superficial (sEMG): estudio ergonómico en cirugía laparoscópica

[ES] El objetivo del presente proyecto es extraer parámetros indicadores de fatiga muscular a partir de señales de electromiografía de superficie de cuatro de los músculos que emplea un cirujano en una intervención laparoscópica. Los ensayos realizados corresponden a dos herramientas diferentes, de tal manera que los parámetros indicadores de fatiga, objetivo del proyecto, se comparan bajo esas dos situaciones que son distintas desde un punto de vista ergonómico. Para ello se analizarán, tanto en el dominio del tiempo como en el de la frecuencia, las señales de EMG de superficie capturadas en 12 posiciones estáticas durante 1 minuto cada una, siendo idénticas la primera y la última posición. Para cada señal se determina qué parámetros explican mejor la fatiga muscular con varios objetivos: En primer lugar, discernir cuál de las técnicas estudiadas presenta un mayor índice de fatiga; en segundo lugar, estudiar cada posición de forma independiente para saber qué posiciones son más problemáticas durante la intervención quirúrgica y extraer un parámetro cuantificable que identifique de forma inequívoca el fenómeno de fatiga muscular; y por último, comparar en cada caso la señal correspondiente a la primera y a la última posición para tener una idea de la incidencia de la fatiga acumulada a lo largo de los 12 minutos que dura el ejercicio.[EN] This paper aims to extract muscle fatigue indicator parameters from surface electromyography signals of four of the muscles used by a surgeon in an intervention using two different laparoscopic techniques. In order to do this, the surface EMG signals captured in 12 static positions for 1 minute each are analysed in both the time and frequency domain, with the first and last positions being identical. For each signal, it is determined which parameters best explain muscle fatigue with several objectives: Firstly, to discern which of the two techniques studied has a higher rate of fatigue; secondly, to study each position independently in order to know which positions are most problematic during the surgical intervention and to extract a quantifiable parameter that unequivocally identifies the phenomenon of muscle fatigue; and finally, to compare in each case the signal corresponding to the first and last position in order to have an idea of the incidence of accumulated fatigue throughout the 12 minutes that each sample lasts.Villar Valero, J. (2019). Análisis tiempo-frecuencia de parámetros de fatiga en la señal de electromiografía superficial (sEMG): estudio ergonómico en cirugía laparoscópica. http://hdl.handle.net/10251/124586TFG

Einfluss eines ergonomischen Griffstücks auf physische Arbeitsbelastung und Aspekte der Arbeitsqualität bei simulierten laparoskopischen Tätigkeiten

Hintergrund: laparoskopische Verfahren bedeuten einige Vorteile für den Patienten, aber eine sehr statische und einseitige Belastung mit muskuloskelettalen Beschwerden für den Operateur. Die Probleme werden den laparoskopischen Instrumenten, aber auch den Umgebungsbedingungen zugeschrieben. Es wurde ein ergonomisch optimiertes laparoskopisches Instrument mit um 360° rotierbarem Griffstück (GS-ROT) mit einem baugleichen Instrument mit nicht rotierbarem Griffstück (GS-FIX) verglichen. Methodik: 57 Probanden ohne laparoskopische Vorerfahrung hatten nach einer Übungsphase eine statische und eine dynamische Aufgabe bei zwei Arbeitshöhen an einem Pelvitrainer durchzuführen. Es wurden die Variablen oEMG, Handgelenkswinkel, Arbeitsleistung und -präzision untersucht. Ergebnisse: Vor allem hinsichtlich Handstellung und Körperhaltung bewerteten die Probanden das GS-ROT deutlich positiver. Eine Reduktion der nEA durch das GS-ROT war aber nur bei der statischen Aufgabe für Biceps und Unterarmflexoren zu erkennen. Weiterhin ergaben sich mit dem GS-ROT neutralere Handgelenkswinkel. Bei hoher Arbeitshöhe gab es einen Effektverlust des GS-ROT. Die Arbeitshöhe wirkte sich negativ auf die nEA der Oberarmmuskeln sowie die Armabduktion aus. Zwischen den Griffstücken gab es keine Unterschiede hinsichtlich Arbeitspräzision und -leistung. Diskussion: Obwohl die Probanden die Handstellung mit dem GS-ROT angenehmer fanden, sind die objektiven Vorteile des GS-ROT nur klein und sehr spezifisch. Viele Faktoren beeinflussen die Effektivität des GS-ROT. Vor allem eine zu hohe Tischhöhe wirkt sich negativ auf die muskuloskelettale Beanspruchung aus. Durch ein Anwendungstraining und eine Optimierung des GS-ROT, sowie die Verbesserung der Umgebungsbedingungen, könnte die Effektivität wahrscheinlich gesteigert werden

Intraoperative physische und psychische Belastung von Chirurgen und Chirurginnen bei offenen, laparoskopischen sowie Roboter-assistierten Operationsverfahren

Problemstellung: Das operative Setting ist für Chirurgen*innen ein anspruchsvolles Umfeld. Hohe körperliche als auch psychische Belastung durch eine unphysiologische Körperhaltung, repetitive Bewegungsmuster, insuffiziente Erholungszeiten, hohen Stress und Anspannung summieren sich mit der Lärmbelastung, Unterbrechungen, Zeitdruck und Schlafmangel zu einer Gesamtbelastung für die Operateur*innen. Neben diesen generellen Faktoren stellen die operativen Verfahren weitere spezifische Herausforderungen an die Chirurg*innen, beispielsweise durch eine statische Muskelbelastung, die Invertierung und Skalierung von Bewegungen, eine ineffiziente Kraftübertragung sowie hohe visuospatiale Ansprüche. Dies kann nicht nur Chirurgen*innen körperlich und psychisch belasten, sondern ebenfalls das operative Ergebnis negativ beeinflussen und Patientenleben gefährden. Forschungsfragen: In der vorliegenden Arbeit wird die Ausprägung der physischen und psychischen Belastung zwischen den operativen Verfahren Laparotomie, Laparoskopie sowie DaVinci-assistierter Roboter-Chirurgie untersucht. Es werden Faktoren identifiziert, die maßgeblich an der intraoperativen psychophysischen Beanspruchung der operativ tätigen Ärzte*innen beteiligt sind und analysiert, ob erfahrungsspezifische Belastungsunterschiede festzustellen sind. Methoden: Es wurde eine online-basierte Querschnittsstudie unter 11.400 deutschen Chirurg*innen durchgeführt. Es nahmen 910 Ärzt*innen an der Studie teil. In der statistischen Auswertung wurden Datensätze von 124 Chirurgen*innen berücksichtigt, die sowohl laparoskopisch als auch offen und Roboter-chirurgisch tätig sind. Ergebnisse: 61,29 % der Chirurg*innen gaben an unter operativ bedingten körperlichen Symptomen zu leiden. 13,71 % bestätigten von psychischen Symptomen beeinträchtigt zu sein. Im Hinblick auf die Höhe der körperlichen Belastung zeigten sich signifikante Unterschiede zwischen der DaVinci-Methode und der Laparotomie sowie Laparoskopie. Diese sind physisch besonders strapazierende Verfahren, wohingegen sich das DaVinci-Verfahren als besonders schonend für die Operateur*innen zeigt. Faktoren wie Körpergröße, Gewicht, Händigkeit, Sport pro Woche und tägliche Operationsstunden zeigten keinen Einfluss auf die körperliche Belastung. Bezüglich der psychischen Belastung wurden zwischen allen OP-Verfahren signifikante Unterschiede festgestellt; die minimal-invasiven Methoden gehen für die Operateur*innen mit einer erhöhten Belastungen einher. Weiterhin lässt sich feststellen, dass die psychophysische Beanspruchung mit steigender Funktions-Hierarchie und damit Erfahrung abnimmt. Interpretation: Es konnte gezeigt werden, dass die Mehrheit der Chirurg*innen unter körperlichen Symptomen leidet. Es konnten keine protektiven Faktoren bezüglich der körperlichen Belastung der Operateur*innen identifiziert werden. Zwischen den OP-Verfahren existieren zum Teil statistisch signifikante Unterschiede in körperlicher und psychischer Belastung. Besonders die Laparotomie und Laparoskopie sind mit einer hohen körperlichen Belastung assoziiert. Weiterhin ergab unsere Studie, dass die Anwendung des DaVinci-assistierten Verfahrens mit einer im Vergleich zur Laparoskopie und Laparotomie leicht höheren psychischen Belastung einhergeht, was u.a. mit der Neuheit des Verfahrens als solches sowie der im Vergleich zu den konventionellen Methoden deutlich geringeren praktischen Erfahrung mit der OP-Methode erklärt werden kann.Objective: The operative setting is a challenging environment for surgeons. Physical strain, mental burdens due to intra-operational unphysiological posture, repetitive movement and insufficient recovery times create stress and psychological tension. General high noise levels, interruptions and a lack of sleep contribute to the burden of workload. In addition to these factors, the individual surgical procedures put more specific demands on the surgeon such as constant static muscle strain, inversion and scaling of movements, inefficient muscle power transmission and high visuospatial demands. Negative impact on the surgeon’s body and mental well-being and adverse effects on the operative outcome are associated ramifications. Research Question: Aim of the present study is to examine differences in physical and psychological stress between the operative procedures of laparotomy, laparoscopy and DaVinci-assisted robotic surgery. Factors are to be identified which contribute to the evolvement of intraoperative psychophysical strain. Additionally, the impact of experience-specific differences on the perceived physical and psychological workload will be examined. Methods: An online cross-sectional study was conducted among 11,400 German surgeons. Answers from a total of 910 participants were collected. In the statistical analysis, the data of 124 surgeons who work in all three fields, laparoscopically and laparotomically as well as in robot-assisted operations, were included. Results: Of the respondents 61.29 % report operationally related physical symptoms whilst 13.71 % report psychological symptoms. Significant differences in physical exertion between the operative methods could be shown; laparotomy and laparoscopy are particularly strenuous leading to frequent physical symptoms, whereas the DaVinci method is much less physically demanding. For factors such as height, weight, handedness, sport per week and daily hours of operation no influence on the physical load could be proven. Significant differences were found between all surgical procedures for psychological stress. Minimally invasive methods led by DaVinci surgery showed to be slightly more stressful. Furthermore, we demonstrated that the psychophysical stress decreases with higher expertise of the surgeon. Conclusion: The majority of surgeons suffer from physical symptoms caused by surgical work. The different operational methods are accompanied by statistically significant differences in physical and psychological stress. Laparotomy and laparoscopy in particular are associated with high physical strain. We showed that the DaVinci-assisted procedure is associated with slightly higher psychological stress than laparoscopy and laparotomy, which can be explained, among other things, by the novelty of the procedure as well as the significantly lower practical experience with the surgical method compared to conventional methods

Risk of work-related musculoskeletal disorders among surgeons: comprehensive question pool development and a pilot study

Work-related musculoskeletal disorders (WMSDs) are prevalent among surgeons due to a variety of risk factors. Various subjective tools have been used to investigate the associations between these risk factors and their contributions to the development of WMSDs. This study aimed to provide a summary of a collection of popular subjective tools, including their applications and risk factors investigated using these tools, and to develop a comprehensive question pool and general guidelines to assist researchers to select tools based on their research interests. Furthermore, the developed comprehensive question pool was used to create a questionnaire and investigate the risk factors associated with developing WMSDs among surgeons with experience of performing a variety of surgical procedures.A systematic literature review was performed using six electronic databases. Articles that met inclusion criteria were investigated thoroughly.Questions were categorized based on the categories of risk factors and outcome measurements to create the comprehensive question pool. The results of the systematic review indicated that among 60 articles meeting inclusion criteria, 10 standard, 5 modified version, and 18 self-developed tools were recognized. The NASA-TLX and Nordic Musculoskeletal questionnaires were the most popular tools. Four groups of risk factors were identified: physical, cognitive, psychosocial, and individual factors. Physical and individual risk factors have received more attention compared with the psychosocial and cognitive risk factors. It was also found that investigating the short-term outcome measurements, such as discomfort, got more attention comparing the long-term ones.The second objective of this study was to use the developed comprehensive question pool to create a questionnaire and investigate the risk factors associated with developing WMSDs among surgeons. Seven surgeons from local hospitals participated in the pilot study. They answered to the questions about each of the categories of risk factors. The results of the questionnaire indicated that the levels of risk factors are different while performing different surgical procedures of open, laparoscopic, and robotic. The results also showed that surgeons who are aware of ergonomic guidelines experience discomfort in fewer regions of their bodies after performing surgeries.The results of this study indicated that only few tools can be used to investigate the risk factors from all four categories of risk factors. Moreover, risk factors from different groups got different levels of attention. Using the developed comprehensive question pool helped us to create a questionnaire more efficiently to investigate the risk factors associated with developing WMSDs thoroughly. The results of the survey itself showed the association between the risk factors and prevalence of discomfort among surgeons and different levels of risk of performing different surgical procedures. The results also indicated the importance of ergonomic guidelines awareness in reducing the risk of developing WMSDs among surgeons. Since most of the risk factors included in these tools are very common among various occupations, the general guidelines developed in this paper can be used by researchers who are interested in reducing the risk of the development of WMSDs among surgeons and workers in other occupations.Keywords: Survey, Work-related Musculoskeletal Disorders, Ergonomics, Questionnaire, Surgeon, Question poo