En este proyecto se implementan las tecnologías de Realidad Virtual y Sistemas de Captura de movimiento aplicados a la Ergonomía, a través del análisis del movimiento de un trabajador en el puesto de trabajo, evaluar los posibles riesgos ergonómicos derivados de la actividad de Manipulación y Movilización Manual de Pacientes en Enfermería.
Los estudios epidemiológicos realizados en el sector socio sanitario indican que la incidencia de lumbalgias es, según la OIT, entre el doble y el triple más que en otros sectores más asociados a las cargas físicas. Las causas se deben a la movilización manual de pacientes como el factor de riesgos ergonómicos que mayor indice de absentismo laboral. Según datos del INSS, la primera causa de incapacidad temporal por enfermedad común es la lumbalgia y la principal causa de los sobresfuerzos ha sido la movilización de enfermos, más de un 55% sobre el total.
La movilización de pacientes se caracteriza por la singularidad de los ambientes de trabajo en condiciones de carga a manipular (personas), espacio, ayudas técnicas y frecuencias. Además de ser una de las tareas más habituales, presenta las siguientes singularidades:
- Las formas y volúmenes presentan extremidades que se pueden movilizar con varios grados de libertad.
- Los pesos que se deben manipular por término medio son mucho más elevados que en los sectores industriales.
- La voluntariedad de la persona atendida, la no colaboración del sujeto o la colaboración inadecuada del sujeto.
- Los espacios son reducidos y diseñados para el confort de la persona atendida, no el trabajador.
Figura 1. Movilización Manual de Paciente
En el sector sociosanitario se dan unas características específicas frente a las cuales las metodologías tradicionales usadas para los estudios ergonómicos presentan algunas oportunidades de mejora continua.
Estas aproximaciones generales están siendo complementas por métodos específicos para la manipulación de pacientes y el estudio ergonómico de las tareas propias del sector sanitario. En este proyecto se implementa las nuevas tecnologías como son la Realidad Virtual y Captura de Movimientos para realizar un análisis y estudio ergonómico de la Manipulación y movilización manual de pacientes en enfermería.
Se puede definir la Realidad Virtual (VR) como “un mundo virtual generado por ordenador en el que los usuarios sienten estar dentro de él”. Permite simular una experiencia sensorial, en un espacio real o imaginario, a través del cual se puede interaccionar en estos entornos, pudiendo tocar y mover objetos, caminar, conducir.
Figura 2. Realidad Virtual
Categorias de Realidad Virtual:
- Realidad inmersiva: Se basa en la simulación de un ambiente tridimensional en el que el usuario percibe a través de estímulos sensoriales y se siente dentro del mundo virtual que está explorando. Lo hace a través de dispositivos como guantes, gafas, cascos o trajes especiales, y todos ellos capturan la posición y rotación de diferentes partes del cuerpo. Este tipo de sistemas son ideales para aplicaciones de entrenamiento o capacitación.
- Realidad no inmersiva: Es aquella en la que la visualización de los elementos virtuales se hace a través de una pantalla. La interacción se hace a través de accesorios como el teclado, el ratón o el micrófono, que se convierten en el medio de entretenimiento. Este tipo es el más idóneo para visualizaciones científicas, aunque lo más extendido es como medio de entretenimiento.
- Realidad semi-inmersiva o inmersiva de proyección: Se caracteriza por ser cuatro pantallas en forma de cubo, tres para las paredes y otra para el suelo, que rodean al usuario. Este necesita de unas gafas y un dispositivo de seguimiento de movimientos en la cabeza. Son usados principalmente para aquellas visualizaciones donde se requiere que el usuario se mantenga en contacto con elementos del mundo real.
Existen tecnologías que permiten replicar el movimiento de un cuerpo y luego usarla en un ordenador para darle diversas aplicaciones, este proceso de obtener los datos de posición en cada instante del tiempo se conoce como captura de movimiento llamada también MoCap (Motion Capture) por sus siglas en inglés.
MoCap es un proceso que permite grabar y describir el movimiento de un cuerpo en el espacio, el cual es representado por los cambios de traslación y rotación, gracias a dichos cambios es posible calcular velocidades y aceleraciones que hoy en día son empleados como información valiosa ya sea para estudiar el comportamiento de un algún objeto en el espacio o de toda la cadena cinemática del cuerpo de una persona, un animal o alguna cosa.
Debido a la complejidad que tiene el lograr la captura del movimiento, ha sido necesario el desarrollo de tecnologías que permitan facilitar este proceso, en los comienzos fue necesario crear sistemas que permitieran disparar una secuencia de fotografías análogas que capturaran el movimiento del cuerpo y luego por medio de complejos procesos estimar la posición de los mismos, este proceso de estimación de las posiciones se conoce técnicamente como tracking y es la base de los sistemas de captura de movimiento, no obstante con los avances de la electrónica, la mecatrónica y la informática, en los sistemas de captura de movimiento se han ido implementando diversas tecnologías tales como cámaras infrarrojas de alta velocidad, sensores electromagnéticos y sistemas inerciales y de ultrasonido, que los han hecho más fáciles de usar y mejores en la velocidad de captura, a tal nivel que ya se pueden encontrar sistemas que en tiempo real entregan la información capturada para ser usada en aplicaciones de videojuegos, robótica y entrenamiento en realidad virtual.
Figura 3. MOCAP Captura de Movimiento
Actualmente los sistemas MoCap son utilizados por empresas en el ámbito de la animación virtual, modelado 3D, industria cinematográfica y videojuegos. Por tanto proporciona múltiples campos de aplicación, pero no sólo en el ámbito de la animación virtual, sino también en campos como la ingeniería, medicina y ciencias deportivas.
Por ejemplo, en la Ingeniería se desarrollan productos ergonómicos, garantizando su correcto uso, favoreciendo posibles cambios rápidos durante el desarrollo. En Medicina, en el campo de la rehabilitación para el tratamiento de lesiones y en las Ciencias deportivas para mejorar el rendimiento y técnicas en los deportistas.
Las dos anteriores tecnologías se aplican a la Ergonomía, específicamente a la Evaluación Ergonómica. Los métodos de evaluación ergonómica permiten identificar y valorar los factores de riesgo presentes en los puestos de trabajo para, posteriormente, en base a los resultados obtenidos, plantear opciones de rediseño que reduzcan el riesgo y lo sitúen en niveles aceptables de exposición para el trabajador. La exposición al riesgo de un trabajador en un puesto de trabajo depende de la amplitud del riesgo al que se expone, de la frecuencia del riesgo y de su duración (las posturas forzadas, los levantamientos de carga, la repetitividad de movimientos, etc). Dicha información es posible obtenerla mediante métodos de evaluación ergonómica. Existen una gran variedad de métodos de evaluación ergonómicos: RULA, REBA, Ecuación NIOSH, OWAS, OCRA, etc.
Se implementan dos tecnologías (Realidad Virtual y Captura de Movimiento). Estas tecnologías permiten reproducir en un mundo virtual, las posturas de un trabajador realizando una tarea, observar detalladamente cada movimiento y analizar ángulos.
Utilizando un sistema MOCAP , basándose en sensores inerciales de movimiento, se captura y registra digitalmente los movimientos humanos en un modelo digital en el software 3D (Unity 3D) para que el personaje digital se mueva como la persona que realiza los movimientos. El sistema contiene un software que nos permite visualizar en tiempo real el movimiento resultante de la captura sobre un modelo biomecánico de una persona y ajustar su antropometría según nos interese. Podremos realizar un análisis biomecánico y complementarlo con un método de evaluación ergonómica para determinar si se pueden producir lesiones musculoesqueleticas durante la ejecución de la tarea.
El caso de estudio se centra en la manipulación y movilización manual de pacientes en Enfermería. Se genera un estudio estadístico sobre una población de enfermeros, realizando la tarea de manipulación de un paciente y posteriormente analizar los resultados del estudio.
Las etapas del proyecto son:
- Búsqueda bibliográfica sobre Manipulación de pacientes en Enfermería.
- Investigación sobre la Realidad Virtual y métodos de captura de movimientos.
- Implementación de un sistema de Captura de Movimiento en una tarea de manipulación de pacientes.
- Realizar un estudio estadístico sobre una población de enfermeros, realizando la tarea de manipulación de un paciente.
- Síntesis de conclusiones obtenidas a partir de este estudio.
Traje MOCAP (PERCEPTION NEURON 2.0)
PERCEPTION NEURON 2.0 es una herramienta que ofrece tecnología de captura de movimiento. El sistema modular se basa en el NEURON , un IMU (Unidad de medición inercial) compuesto por un GIROSCOPIO de 3 ejes, un ACELERÓMETRO de 3 ejes y un MAGNETÓMETRO de 3 ejes. La fuerza del sistema radica en los algoritmos patentados Embeded Data Fusion, Human Body Dynamics y Physical Engine de Perception Neuron, que proporcionan un movimiento suave y verdadero con una latencia mínima.
Figura 4. Neuron IMU (Unidad de Medición Inercial)
Las unidades de sensor PERCEPTION NEURON 9-Axis generan datos a 60 fps o 120 fps. La secuencia de datos se canaliza a un HUB donde puede transferirse a una computadora de tres maneras diferentes: (1) a través de WIFI, (2) a través de USB o (3) grabado a bordo usando la ranura micro-SD incorporada.
PERCEPTION NEURON se conecta luego al software AXIS Neuron para la calibración y administración del sistema, así como para grabar y exportar archivos de datos para su manipulación en la mayoría de las herramientas profesionales de desarrollo de 3D.
Figura 5. Perception Neuron 2.0 (32 Neuron)
Funciona con hasta 32 sensores de neuronas individuales que se pueden colocar en el cuerpo utilizando correas para el cuerpo, extremidades y los dedos. Se pueden aplicar en diferentes configuraciones, desde el movimiento de la mano con tan solo 3 sensores, hasta el cuerpo completo y las manos detalladas con hasta 32, incluido un accesorio.
Figura 6. Montaje de Perception Neuron 2.0
Software AXIS NEURON
El software Axis Neuron está diseñado para administrar y calibrar el sistema, así como para realizar una captura de movimiento básica. Una de las características más importantes de AXIS Neuron es la posibilidad de transmitir su flujo de datos BVH y exportar sus archivos a FBX para usarlos en los programas de software 3D más populares (Unity, Unreal, 3DS MAX, Unigine, Oculus, entre otros). Axis permite la personalización de la dimensión corporal, transmisión de datos de movimiento en tiempo real, grabación de movimientos, multijugador e inmunidad de interferencia magnética.
Figura 7. Software AXIS NEURON
Software UNITY 2017
Es un motor de desarrollo para la creación de juegos y contenidos 2D y 3D interactivos, con las características que es completamente integrado, multiplataforma y que ofrece innumerables funcionalidades para facilitar el desarrollo de contenidos y escenas 3D y de Realidad Virtual. Permite la programación utilizando una gran variedad de lenguaje de scripts y licencia gratuita. Posibilidad de importar modelos y animaciones realizadas en otras aplicaciones 3D, como pueden ser Blender, Maya, 3ds Max, etc. Integra motores de física.
Figura 8. Software UNITY 3D - 2017
Inicialmente se efectúan pruebas de calibración y adquisición de datos del traje Perception Neuron, para tal fin un voluntario se coloca el traje y se configura el modelo 3D correspondiente a las medidas del trabajador. (Ver figura 9).
Figura 9. Calibración y Montaje de Traje Perpection Neuron.
Se podrá modificar el sexo y las dimensiones antropométricas del modelo virtual, seleccionando entre distintos percentiles de hombre o mujer. Al modificar las dimensiones del modelo las posturas serán idénticas al original respecto a las posiciones relativas (ángulos) entre los segmentos corporales.
Posteriormente se captura el movimiento en tiempo real de una tarea de levantamiento manual de cargas. (Ver Figura 10 y 11).
Figura 10. MOCAP en Tarea de Levantamiento Manual de Carga
Figura 11. Axis Neuron Levantamiento Manual de Carga.
La aplicación de muchos métodos de evaluación ergonómica requiere la medición sobre el trabajador de determinadas dimensiones. Las mediciones a realizar sobre las posturas adoptadas por el trabajador son fundamentalmente angulares (los ángulos que forman los diferentes miembros del cuerpo respecto a determinadas referencias). De cada segmento corporal del modelo virtual se podrá visualizar en la simulación 3D la variación de parámetros durante la ejecución de una tarea (Ver Figura 12). En concreto se podrá observar, la variación de los siguientes parámetros:
- Ángulos de flexión-extensión en piernas, muslos, brazos, antebrazos o en cabeza y cuello.
- Ángulos de desviación lateral en columna, cabeza o manos; o de prono-supinación en antebrazos
Figura 12. Categorización de Ángulos y Alertas.
Adicionalmente utilizando el software Unity 2017 se pueden caracterizar los modelos virtuales, permitiendo crear o importar diferentes personajes 3D para la simulación. (Ver Figura 13).
Figura 13. MOCAP / Personaje 3D Unity.
En el Congreso ORP Colombia 2018 se presentaran los resultados estadísticos de una muestra de población de Enfermeros realizando Movilización Manual de Paciente en el traslado desde una camilla hacia una silla de ruedas. (Ver Figura 14)
Figura 14. Movilización Manual de Pacientes
Adicionalmente se realizara el mismo procedimiento utilizando una Grúa Ortopédica móvil para elevación y traslado de pacientes. (Ver Figura 15).
Figura 15. Manipulación Manual de Pacientes utilizando Grua.
Los datos adquiridos se almacenan en una base de datos para comparar y analizar las diferencias utilizando los dos métodos de manipulación de pacientes.
El sistema de Captura de Movimiento Perception Neuron es una herramienta tecnológica para analizar y evaluar las posturas de un trabajador al realizar una tarea de manipulación manual de cargas.
El software Axis Neuron puede configurar las dimensiones antropométricas de los percentiles tanto de mujeres y hombres, es fácil de calibrar y su adquisición de datos en tiempo real permite generar un modelo tridimensional fiable al movimiento real.
Utilizando el software Unity se configura los segmentos corporales y su medición de ángulos e identificar visualmente los ángulos críticos y posturas forzadas o incorrectas. Además crear e importar avatares y modelos tridimensionales.
Los datos obtenidos se guardan en una base de datos en la cual se pueden analizar secuencialmente los valores críticos de todos los segmentos corporales.
- Real Decreto 487/1997, de 14 de abril, sobre disposiciones mínimas de seguridad y salud relativas a la manipulación manual de cargas que entrañe riesgos, en particular dorso lumbares, para los trabajadores.
- Guía Técnica para la evaluación y prevención de los riesgos relativos a la manipulación manual de cargas. INSHT (Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo).
- Paul Dotte. Método de movilización de los pacientes. Ergonomotricidad en el ámbito asistencial. Ed-Elsevier Massson; 2012.
- Técnicas de movilización en pacientes. Internet. Disponible en: http://www.auxiliar-enfermeria.com/movilizaciones.htm#marcO2
- Esquema posiciones anatómicas. Internet. Disponible en: http://www.auxiliar-enfermeria.com/esquemas/esquema_posiciones.htm
- CAPTURA DE MOVIMIENTO. http://en.wikipedia.org/wiki/Motion_capture
- PERCEPTION NEURON MOTION TECHNOLOGIES. https://neuronmocap.com/
- NTP 601 Evaluación de las condiciones de trabajo: carga postural. Método REBA (Rapid Entire Body Assessment). Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo, España.