Development, implementation and evaluation of a comprehensive musculoskeletal model of the human lower limb with advanced joint mechanisms

I modelli muscoloscheletrici sono attualmente lo strumento principale per studiare le forze muscolari e di contatto in vivo durante la camminata e altre attività fisiche. Sono ampiamente utilizzati in biomeccanica per comprendere meglio la funzione dei muscoli e delle articolazioni. La crescente ricerca di modelli muscoloscheletrici completi mira a migliorare la definizione dei giunti che stimano le articolazioni. Modelli articolari innovativi, come i meccanismi paralleli del ginocchio e della caviglia, stanno venendo integrati nei recenti modelli muscoloscheletrici (TLEM) con lo scopo di guidare la gamba in modo più accurato e ottenere informazioni dirette sulle forze interne alle articolazioni. Infatti, le forze muscolo-tendinee, così come le forze di contatto articolare e le forze dei legamenti possono essere stimate all'interno di un quadro computazionale di dinamica inversa, assegnando direttamente le forze di risposta desiderate ai vincoli. Questo documento descrive i processi l'implementazione nel modello di due meccanismi paralleli per il ginocchio e due per la caviglia, per la quale una nuova versione è stata sintetizzata nel corso della presente ricerca. Vengono valutati quattro diversi modelli, dati dalla combinazione di tali meccanismi, che presentano diversi vincoli articolari, evidenziando l'impatto delle caratteristiche di ciascuno, in particolare: specifici set di legamenti per il ginocchio e numero di gradi di libertà definiti per la caviglia. Per valutarli, viene eseguito un test strutturato su quattro pazienti durante cicli di passo. L'obiettivo è dimostrare che i diversi modelli guidano la gamba in modo simile ma la distribuzione delle forze varia e possono essere adattati alle condizioni che devono essere studiate (e. g., ginocchio sano o protesico). Il target principale per valutare la capacità di previsione del modello saranno le forze di contatto tibiofemorale, mediali e laterali, di cui è disponibile un confronto con i dati sperimentali.