Methods for description, analysis and assessment of work technique in manual handling tasks

Abstract

To explore the role of individual work technique, as a preventive or risk factor for the development of musculoskeletal disorders, methods are needed for detailed registrations of individual work technique. The overall aim of this licentiate thesis was therefore to explore and develop methods for describing, analysing and assessing work technique in manual handling tasks. Laboratory methods for motion analysis, based on registrations of movements, forces and muscle activity, and observations in work places have mainly been explored. In the first of three studies, the specific aim was to explore the capability of some selected kinesiological variables to distinguish between different lift methods and between different performances in lifting tasks. Twelve women lifted a box with two lift methods, back and leg lifts, and two lift velocities, fast and slow lifts, in a laboratory study. The lifts were registered by means of an optoelectronic three-dimensional motion capture system, a force plate and electromyography, and were analysed by a dynamic biomechanical model. It was suggested that the concept work technique be regarded as two basic elements: method and individual performance. The method refers to general, established work methods, for example the squat lift and patient transfer methods taught to nursing personnel during training programmes. The individual performance focuses on individual variations when executing a given task, or using a given method. The results implied that separate variables should be used for descriptions of work methods and task performances. Simple geometric descriptions of joint configurations in specific phases of the movement cycle, e.g. maximum and minimum joint angle values, seemed to be appropriate for characterising a method. To distinguish between individual performances, descriptions of motion in terms of displacement derivatives (e.g. angular velocities and accelerations) and load variables (e.g. net joint moments and EMG amplitudes) seemed to be more useful. The choice of lift method was not important for the peak load on the lower back. Large inter-individual differences in the studied variables, in spite of careful instructions in the specific lift methods, suggested that work technique evaluation may need to be carried out on an individual level or for homogenous groups of subjects. In the second study, data from the first study was compared with data from a previous investigation on ten male subjects. The aim was to investigate whether gender differences in lifting technique could be detected by some kinematic variables, e.g. a measure of coordination between movements in the hip and knee joints. A further aim was to examine whether hip-knee coordination, as a work technique variable, was related to the load on the lower back. Differences between men and women in lifting kinematics were found, e.g. in trunk motion and knee angle ranges. The hip-knee inter-joint coordination was better synchronised for women than for men, i.e. the extension movements in the hip and knee joints were more synchronised and better in phase during the lifts of the women. No indication was found that the degree of coordination influenced the peak net moments in the lower back. It was concluded that men and women may have to be considered separately in experimental research design, in work place design, and when developing and evaluating training programmes in work technique. In the third study an observation instrument was constructed for description and assessment of nursing personnel's work technique in patient transfer tasks. The main application would be evaluation of intervention effects. The observation items were selected according to the literature on associations between work technique features and musculoskeletal health. The instrument consisted of 24 items arranged in three phases of a transfer: the preparation phase, the starting position and the actual performance. A detailed description of the individual work technique, including actions taken to prepare the transfer, the interaction with the patient and any assistant co-worker, and the motor performance of the nurse, was provided. In addition, a method for a quantitative assessment of the observed work technique, by calculating an overall score regarding musculoskeletal hazard and safety, was proposed. The validity and reliability of the instrument was evaluated on 35 video recorded patient transfers from hospital wards. The validity and reliability was mostly satisfactory, both when evaluating the agreements between the observations of each item (i.e. kappa values > 0.40), and when evaluating the agreements between the overall scores (i.e. intraclass correlation coefficients 0.71 : 0.90). Further improvements to enhance the agreements were suggested.

För att kunna undersöka betydelsen av individuell arbetsteknik, som preventiv faktor eller riskfaktor för utveckling av muskuloskelettala besvär, behövs metoder för att studera individuell arbetsteknik. Det övergripande syftet med denna licentiatavhandling var därför att utveckla och pröva metoder för att beskriva, analysera och värdera arbetsteknik vid manuellt hanteringsarbete. Laboratoriemetoder för rörelseanalys, baserade på registrering av rörelse, kraft och muskelaktivitet, och observationer på arbetsplatser prövades. I den första av tre studier, var syftet att undersöka om några utvalda kinesiologiska variabler kunde användas för att skilja mellan olika lyftmetoder och olika utföranden av en lyftuppgift. I ett laboratorieexperiment fick tolv kvinnor lyfta en låda med två lyftmetoder, rygg- och benlyft, och två lyfthastigheter, snabba och långsamma lyft. Under lyften registrerades rörelser, krafter och muskelaktivitet med ett tredimensionellt optoelektroniskt rörelsemätsystem, kraftplatta och elektromyografi. Data analyserades med hjälp av en dynamisk biomekanisk modell. Begreppet arbetsteknik föreslogs delas upp i två underliggande begrepp: metod och individuellt utförande. Metod avser generella, standardiserade metoder, för t ex lyft eller patientförflyttningar, som lärs ut vid utbildning i arbetsteknik. Individuellt utförande avser individens sätt att utföra en specifik arbetsuppgift eller en specifik metod. Resultaten visade att vissa variabler var bättre lämpade att användas för beskrivning av metoden, och andra för att beskriva utförandet av en arbetsuppgift. Enkla geometriska beskrivningar av ledvinklar vid specifika faser under en rörelsecykel, t ex största och minsta vinkelvärdet, verkade vara lämpliga för att karaktärisera en metod, medan mått på angulär förflyttning (t ex vinkelhastigheter och accelerationer) och belastningsvariabler (t ex ledmoment och EMG-amplituder) var mer användbara när det gällde att skilja mellan olika individuella utföranden. Lyftmetoden befanns inte ha någon avgörande betydelse för ländryggsbelastningen. Stora individuella skillnader i lyftteknik uppmättes, trots att försökspersonerna instruerats i att använda specifika lyftmetoder. Detta kan tolkas som att arbetsteknik bör utvärderas på individnivå eller för homogena grupper. I den andra studien jämfördes data från första studien med data från en tidigare studie på tio män. Syftet var att undersöka om könsskillnader i lyftteknik kunde upptäckas med några utvalda kinematiska variabler, bl a ett mått på koordinationen mellan rörelser i höft- och knäled. Ett ytterligare syfte var att undersöka om höft-knä koordinationen, som ett mått på arbetsteknik, har samband med belastningen på ländryggen. Resultaten visade skillnader i rörelsemönster mellan män och kvinnor vid lyft, t ex i bålrörelser och knävinkelutslag. Koordinationen mellan höft- och knäledsrörelser var bättre synkroniserad för kvinnor jämfört med män; bättre i den meningen att knäled och höftled extenderades mer synkront och i fas med varandra under kvinnornas lyft. Något samband mellan grad av synkronisering och belastning på ländryggen kunde ej påvisas. En slutsats var att män och kvinnor kanske bör beaktas var för sig; i försöksdesigner, vid design av arbetsplatser, och vid uppläggning och utvärdering av träningsprogram i arbetsteknik. I den tredje studien konstruerades ett observationsinstrument för beskrivning och bedömning av vårdpersonals arbetsteknik vid patientförflyttningar, att användas fr a som ett utvärderingsinstrument i interventionsstudier. Det framtagna instrumentet innehöll 24 bedömningspunkter uppdelade på tre faser av en förflyttning; förberedelsefasen, utgångsställningen och utförandefasen. Bedömningspunkterna valdes ut efter litteraturstudier över samband mellan olika arbetsteknikaspekter och muskuloskelettal hälsa. Instrumentet ger en detaljerad beskrivning av den individuella arbetstekniken och omfattar åtgärder för att förbereda patientförflyttningen, samspelet mellan patient och vårdpersonal, och vårdpersonalens motoriska utförande. Dessutom föreslogs en metod för en kvantitativ värdering av arbetstekniken utifrån instrumentet, genom beräkning av ett totalvärde för muskuloskelettal risk och säkerhet. Instrumentet testades för validitet och reliabilitet på 35 patientförflyttningar, som videofilmats på vårdavdelningar. Validiteten och reliabiliteten var i de flesta fall tillfredsställande, både överensstämmelsen mellan observationer av varje enskild bedömningspunkt (dvs kappavärden > 0,40), och överensstämmelsen mellan de beräknade totalvärdena (dvs intraklass korrelationskoefficienter 0,71 : 0,90). Vissa förändringar av instrument och observationsprocedur för att öka validiteten och reliabiliteten föreslogs.