Sviluppo e validazione di un modello neuromuscolare di arto superiore in ambiente OpenSim = Development and validation of an upper limb neuromuscular model in OpenSim environment

In questo lavoro di tesi è stato sviluppato un modello neuromuscolare di estremità superiore utilizzando la Application Programming Interface di OpenSim 3.3. Il modello base ‘Arm26’, presente nella libreria del software, è stato opportunamente modificato ed integrato in modo da realizzare un modello completo di entrambe le estremità superiori. Esso presenta per ogni arto 7 muscoli e 3 GDL. I muscoli implementati sono il bicipite brachiale (capo lungo e breve), il brachiale, il tricipite (capi laterale, mediale e lungo) e il brachioradiale. I gradi di libertà sono la flessione della spalla, la flessione del gomito e la prono-supinazione dell’avambraccio. Successivamente si è personalizzato il modello inserendo i parametri muscolari specifici di due soggetti. Sono stati analizzati i muscoli del braccio destro di due soggetti, uno maschile e uno femminile. Tramite l’utilizzo di un ecografo si sono individuati i punti di origine e inserzione dei muscoli del braccio, le giunzioni muscolo-tendinee, l’area trasversa e l’angolo di pennatura nel caso di muscoli pennati in modo da implementare i parametri muscolari di lunghezza a riposo delle fibre e del tendine, angolo di pennatura e massima forza isometrica nel modello. In seguito, il modello è stato scalato in base alle dimensioni degli arti dei soggetti. Per la validazione del modello si è chiesto ai soggetti di effettuare dei movimenti di flesso-estensione del gomito destro con applicazione o meno di un peso nella mano, acquisendo tramite elettromiografo l’attivazione muscolare dei capi lungo e breve del bicipite, del brachioradiale e dei capi laterale e lungo del tricipite, e tramite elettrogoniometro la cinematica di movimento del gomito. Si è confrontata l’attivazione muscolare ottenuta tramite EMG con l’attivazione calcolata dal software OpenSim tramite lo strumento Computed Muscle Control, inserendo in ingresso la cinematica acquisita durante i task. Dal confronto è emerso che il modello presenta una attivazione muscolare maggiore del 20-30%, a seconda dei muscoli considerati, rispetto all’attivazione normalizzata acquisita con sEMG; sono presenti dei ritardi tra l’attivazione del modello e l’attivazione sperimentale; il muscolo che presenta una maggior correlazione tra modello e EMG è il brachioradiale.