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MuscleUp - Towards an Interface for Detailed Musculoskeletal Models

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Modelli muscoloscheletrici più realistici

La combinazione di modelli di muscoli, ossa, cartilagini e persino di impianti in un unico modello integrato che comprenda le varie parti del sistema muscoloscheletrico sarebbe preziosa per scienziati, ingegneri e medici. Finora, la mancanza di modelli computazionali dettagliati del sistema muscoloscheletrico ha ostacolato i progressi in questo settore e, di conseguenza, anche il miglioramento delle terapie.

Salute

A causa dell’intrinseca complessità, sia naturale sia computazionale, del sistema muscoloscheletrico, infatti, le simulazioni si limitano spesso a una descrizione semplificata di problemi molto specifici. Il progetto MUSCLEUP (“MuscleUp - Towards an interface for detailed musculoskeletal models”), finanziato dall’UE, ha creato un consorzio multidisciplinare per lo sviluppo di modelli computazionali realistici dal punto di vista biomeccanico di parti del sistema muscoloscheletrico. Gli scienziati hanno incorporato strutture di tessuto 3D e condizioni limite e di carico, giungendo a risultati innovativi dal punto di vista della capacità. Il team ha riunito esperienze nel settore dell’ingegneria del software e nella modellazione costitutiva dei tessuti, specificamente riferite allo sviluppo di modelli meccanici continui e simulazioni multicorpo. Un contributo prezioso è venuto dalle e dall’esperienza dei ricercatori nel settore delle tecniche sperimentali e applicazioni cliniche, tutti aspetti critici per l’utilizzo e lo sviluppo di modelli volti a determinare in modo realistico il comportamento in condizioni di carico dinamico, correlando anatomia e fisiologia del corpo umano e sviluppando test meccanici in-silico per gli impianti. L’eccellente lavoro di team e la collaborazione tra i partecipanti, all’interno e all’esterno del consorzio, ha favorito l’innovazione e ha consentito di ottenere risultati importanti nella modellazione muscoloscheletrica considerando un input realistico delle contrazioni muscolari. I ricercatori hanno sviluppato modelli meccanici continui 3D, modelli multicorpo 1D e modelli muscoloscheletrici basati sui dati dell’elettromiografia, creando modelli 3D e 1D abbinati per una rappresentazione più realistica. Il lavoro svolto ha portato a varie pubblicazioni su argomenti legati alla ricerca muscoloscheletrica, tra cui l’utilizzo dei modelli per l’assistenza al posizionamento dei sensori di tracciatura dei movimenti del sistema muscoloscheletrico. A differenza di altri, il sito del progetto MUSCLEUP include un’interfaccia utente grafica che permette la visualizzazione 3D dei sistemi del modello in un browser web: il sistema MuscleUp-DataBase. Attualmente, il progetto include modelli di lingua, pavimento pelvico e parte superiore del braccio, mentre il midollo spinale è in fase di preparazione. I modelli svolgono un ruolo molto importante nel ciclo della ricerca, poiché la sperimentazione fornisce dati che permettono di perfezionare le teorie e le descrizioni matematiche dei comportamenti. La possibilità di avere a disposizione modelli ottimizzati favorisce la formulazione di previsioni e consente di verificare le ipotesi. Grazie alla creazione di modelli più realistici di varie parti del sistema muscoloscheletrico, il team MUSCLEUP ha fornito un contributo importante alla conoscenza delle condizioni di salute, malattia, trauma e terapia.

Parole chiave

Muscoloscheletrico, modelli muscoloscheletrici, condizioni limite, meccanica del continuo

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