Sviluppo di modelli muscolo-scheletrici personalizzati per la simulazione del test di massima contrazione isometrica volontaria. = Development of personalised musculoskeletal models to simulate maximum voluntary isometric contraction test.

Un’approfondita conoscenza del sistema neuromuscolare è fondamentale per comprendere e trattare, se non prevenire, diversi disturbi e malattie. Un esempio è la perdita di forza (dinapenia), che ha un impatto significativo sulla popolazione anziana, incidendo sulla loro indipendenza e qualità di vita, oltre a rappresentare un costo sociale significativo. Le cause di questa patologia non sono ancora del tutto note. Sebbene la sarcopenia possa essere una delle cause, è importante notare che non è l'unica responsabile. È quindi necessario intensificare la ricerca clinica, combinando i test tradizionali (sperimentali) con i nuovi metodi della medicina in silico. La modellazione computazionale personalizzata è una delle nuove frontiere della Medicina Personalizzata, che promette di consentire la generazione di repliche digitali di ciascun individuo per studiare le condizioni cinematiche e dinamiche, prevedere l'esito di interventi chirurgici e migliorare la tempestività della diagnosi e l'efficacia delle cure. Tuttavia, questi modelli non sono ancora ampiamente adottati a causa degli elevati costi computazionali, della necessità di personale specializzato e della mancanza di modelli validati e affidabili. Questa tesi ha l’obiettivo di sviluppare modelli personalizzati basati su immagini di risonanza magnetica per simulare il test di massima forza isometrica volontaria eseguiti da individui sani e patologici. In questo test, i soggetti eseguono uno sforzo massimale contro un elemento strutturale bloccato, mentre vengono acquisiti sia il momento prodotto al ginocchio sia i segnali elettromiografici. I modelli sono stati realizzati a partire da due diversi modelli generici (Rajagopal e Catelli), testando due metodi di riposizionamento dei punti di origine dei muscoli dei quadricipiti. Le simulazioni biomeccaniche del test isometrico massimale sono state eseguite utilizzando due diversi approcci computazionali, ovvero l'ottimizzazione statica (in OpenSim) e l'EMG-assistito (utilizzando il CEINMS Toolbox). Sulla base dei risultati preliminari di questo studio, per tutti i soggetti, le simulazioni assistite da EMG sembrano fornire risultati significativamente più affidabili e ripetibili rispetto al classico approccio di ottimizzazione statica. Ciò è probabilmente dovuto alla possibilità di regolare le proprietà muscolo-tendinee nella fase di calibrazione e di introdurre nei modelli gli interi profili dei dati sperimentali. Le scarse prestazioni dell'approccio di ottimizzazione statica osservate nel gruppo patologico potrebbero essere legate all'incapacità di scalare correttamente la forza muscolare massima. Infatti, non si è tenuto conto di eventuali cambiamenti del sistema neuromuscolare legati all'età e alla perdita di innervazione.