Modelagem computacional da articulação do ombro

Abstract

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo computacional (in silico) dedicado a reproduzir a biomecânica da articulação do ombro humano. A finalidade do modelo reside em criar formas alternativas de avaliar características do comportamento desta articulação que seriam difíceis de ser avaliadas em abordagens in vivo ou in vitro. As etapas de criação do modelo incluíram a reconstrução das geometrias de interesse, a definição das propriedades materiais dos tecidos biológicos, a determinação das forças que atuam na articulação glenoumeral e sua aplicação nas posições de 0º, 30º, 60º, 90º e 120º de abdução com rotação externa de 90 ° do braço. O modelo obtido demonstrou-se apto para determinar a força e o momento de reação articular, as forças exercidas pelos segmentos musculares, a área de contato e seu centro, a distribuição de pressão nas superfícies articulares em contato e a translação do úmero. A magnitude da força de reação articular seguiu a mesma tendência demonstrada em outros estudos, porém com maior amplitude. A partir de 30 graus de abdução o músculo com maior contribuição na geração desta força é o subescapular, seguido pelo deltoide como um todo. O centro de pressão de contato migra de uma região central da fossa glenoidal da escápula para superior até metade do movimento e, após, regressa na direção inferior, sempre mantendo a migração para a região anterior. A translação do úmero se manteve na região central da glenoide durante todo o movimento.

Abstract : The following work presents the development of a computational model (in silico) that represents the biomechanics of the human shoulder joint. The goal of the model development is the creation of alternative ways to evaluate the joint behavior that are otherwise difficult to assess through in vivo or in vitro methods. The model creation steps include the reconstruction of the geometries of interest, the definition of the mechanical properties of the biological tissues, the determination of the forces acting on the glenohumeral joint and their application at 0, 30, 60, 90 and 120 degrees of abduction with 90 degrees of external rotation of the arm. The model has been able to determine the joint reaction force and moment, the forces exerted by the muscle segments, the contact area and its center, the pressure distribution on the articular surfaces in contact and the translation of the humerus. The magnitude of the joint reaction force followed the same trend shown in other studies, but with greater amplitude. From 30 degrees of abduction, the muscle with the greatest contribution in the generation of this force is the subscapular, followed by the deltoid as a whole. The contact pressure center migrates from a central region of the glenoidal fossa of the scapula to the upper region until 60° of abduction and then returns in the lower direction, always maintaining the migration to the anterior region. The translation of the humerus remained in the central region of the glenoid throughout the movement.