Musculoskeletal model adaptations leading to a patient-specific shoulder joint analysis : adattamento di modelli muscolo-scheletrici per un’analisi paziente-specifica dell’articolazione della spalla

Glenohumeral instability is one of the leading causes of functional impairment of the upper limb, particularly in young and active individuals. Among the available surgical options, the Latarjet procedure has proven to be effective in restoring joint stability by transferring a bone graft from the coracoid process to the anterior rim of the glenoid. However, the anatomical and biomechanical changes resulting from this surgery raise important questions regarding the long-term impact on joint function, muscle coordination, and load distribution. This thesis aims to adapt and personalize existing musculoskeletal shoulder models to simulate and assess the biomechanical effects of the Latarjet procedure. Using the OpenSim platform, we computed joint reaction forces and muscle forces during critical movements by applying static optimization to both modified generic models and subject-specific models derived from a database. Particular attention was given to anatomical variability and bone segment customization. The results demonstrate that modifications in anatomical geometry and muscle attachments significantly affect shoulder biomechanics. This work highlights the need for patient-specific modelling to support surgical planning and the optimization of rehabilitation protocols. Additionally, the outputs of these simulations may serve as boundary conditions for future finite element models, aimed at investigating stress distributions and tissue-level mechanical responses.

L’instabilità gleno-omerale rappresenta una delle principali cause di disabilità funzionale dell’arto superiore, soprattutto nei soggetti giovani e sportivi. La procedura di Latarjet si è affermata come tecnica chirurgica efficace per il trattamento dell’instabilità anteriore recidivante, grazie alla sua capacità di ripristinare la stabilità articolare mediante il trasferimento di un segmento del processo coracoideo sulla glenoide. Tuttavia, le alterazioni anatomiche e biomeccaniche introdotte da questo intervento sollevano interrogativi sull’impatto funzionale a lungo termine, in particolare per quanto riguarda la distribuzione dei carichi articolari e le forze muscolari. In questo contesto, il presente lavoro di tesi ha come obiettivo l’adattamento e la personalizzazione di modelli muscolo-scheletrici della spalla, basati su OpenSim, per simulare e analizzare gli effetti biomeccanici della procedura di Latarjet. Sono stati utilizzati modelli generici modificati e modelli soggetto-specifici, ottenuti da segmentazioni 3D e banche dati, per confrontare la spalla fisiologica con quella operata. Attraverso l’analisi di static optimization, sono stati calcolati i carichi articolari, le forze muscolari e le reazioni articolari durante movimenti critici, con particolare attenzione alla variabilità interindividuale e alla personalizzazione dei segmenti ossei. I risultati hanno evidenziato come la modifica della geometria dei segmenti anatomici e del sistema muscolo-tendineo possa influenzare in modo significativo la biomeccanica della spalla. Questo studio sottolinea l’importanza di modelli paziente-specifici per supportare la pianificazione chirurgica e l’ottimizzazione dei protocolli riabilitativi. Inoltre, i dati ottenuti possono essere utilizzati come input per future analisi agli elementi finiti, allo scopo di studiare in modo più dettagliato la distribuzione degli stress e la risposta meccanica dei tessuti.