Disseny i desenvolupament d’un entorn de simulació de l’articulació de l’húmer de suport a la planificació quirúrgica

Abstract

L’objectiu d’aquest projecte és el disseny d’una eina de software que mitjançant la simulació permeti al metge prendre decisions després d’estudiar com afecten diferents modificacions en l’anatomia d’un pacient concret, concebudes per dotar una articulació d’una millor funcionalitat. Les modificacions que a estudiar se centren en l’articulació glenohumeral, que és la que permet la major part del moviment de la part superior del braç, i té com a superfícies articulars el cap de l’húmer i la glena. Es contemplen dos escenaris a simular: l’eliminació del múscul supraespinós (que es troba a la còfia rotadora del cap de l’húmer) i l’elecció de la pròtesi òptima, segons paràmetres geomètrics, per substituir l’articulació glenohumeral. En aquest projecte s’ha dissenyat un model musculoesquelètic de l’articulació glenohumeral partint d’un model existent de l’extremitat superior del cos, desenvolupat amb el programari de simulació OpenSim. S’ha ajustat el model per a simular els graus de llibertat de l’articulació, especificant els músculs necessaris per a actuar en aquesta, i afegint les translacions del cap de l’húmer, per tal de fer-lo més acurat. S’ha determinat el protocol de recollida de dades del moviment humà amb un sensor magnètic i el seu tractament per utilitzar-les com a dades experimentals d’entrada a l’OpenSim. Aquestes dades permeten escalar un model genèric a un subjecte concret, i reproduir en el model virtual el moviment experimental, per tal de determinar, entre altres, com actua cada múscul o quins esforços pateix cada articulació. S’ha desenvolupat un disseny bàsic d’una interfície amb l’editor d’interfícies d’usuari gràfiques de MATLAB que permet al metge estudiar com afecta a un pacient concret l’eliminació d’un múscul de la còfia rotadora o quina és la millor geometria de la pròtesi que es vol implantar en el pacient. Amb la utilització de MATLAB s’han aconseguit dos aspectes positius. El primer és que el metge pot disposar de les eines que ofereix OpenSim, sense necessitat d’aprendre a utilitzar el programa; la interfície li ofereix els models i les eines que necessita de manera més intuïtiva, i dóna els resultats de forma que els pugui interpretar fàcilment. El segon és que s’amplien les possibilitats de simulació d’OpenSim amb les capacitats de càlcul de MATLAB, el que permet fer diferents simulacions variant paràmetres i tractar els resultats.