Integrazione di modelli muscolo-scheletrici e modellazione agli elementi finiti per l'analisi paziente-specifica dell'articolazione della spalla

The shoulder, in particular the glenohumeral joint, is one of the most complex joints of the human body. Its complexity is due to the relationships between its components, which allow for both stability and the widest range of movements among all joints. For this reason, biomechanical models of the shoulder are significantly less numerous than those of other joints, such as the hip and knee. Additionally, the models that are present in the literature are characterised by strong simplifications, including the modelling of bone as isotropic material, a simplified representation of muscular forces, and the evaluation of forces generated at the joint level only for static cases. In the clinical context, a realistic model of the shoulder is necessary to provide reliable clinical results, for example, from evaluations of pathological conditions, to surgical planning and to design of bone augmentation devices. This work establishes a possible workflow for the integration of musculoskeletal models and finite element modelling for patient-specific analysis of the shoulder joint, identifying a list of software that can be used for this purpose, highlighting possible issues arising from their use, and analysing the degree of improvement introduced by the removal of some commonly used simplifications.

La spalla, in particolare l’articolazione gleno-omerale, è molto complessa, a causa dei rapporti che sussistono tra i suoi componenti, che permettono allo stesso tempo di avere stabilità e i range di movimenti più ampi tra tutte le articolazioni. Anche per questo motivo, i modelli biomeccanici di spalla risultano significativamente meno frequenti rispetto a quelli di altre articolazioni, come anca e ginocchio. Inoltre, i modelli presenti in letteratura sono caratterizzati da forti semplificazioni, tra cui la modellazione dell’osso come materiale isotropo, una rappresentazione semplificata delle forze muscolari, e o la valutazione di sforzi generati a livello articolare unicamente per casi statici. Nell’ambito clinico un modello realistico della spalla risulta essere necessario per poter fornire risultati clinici affidabili, ad esempio, dalla valutazione di condizioni patologiche, alla pianificazione chirurgica, alla progettazione di dispositivi di aumento osseo. Questo lavoro determina un possibile flusso di operazioni per l’integrazione di modelli muscoloscheletrici e modellazione agli elementi finiti per l’analisi paziente-specifica dell’articolazione della spalla, individuando un elenco di software utilizzabili per questo scopo, mettendo in luce possibili problematiche derivanti dall’utilizzo degli stessi e analizzando il grado di miglioramento introdotto dalla rimozione di alcune semplificazioni comunemente usate in letteratura.