Automated Generation of Three-Dimensional Complex Muscle Geometries for Use in Personalised Musculoskeletal Models

Abstract

Geometrickou reprezentaci svalů ve výpočetních modelech muskuloskeletálního systému typicky představuje série úseček, jejichž anatomie je založena na měřeních provedených na několika málo kadaverických studií, což omezuje možnosti personalizace a posouzení geometrických modelů svalů. Pro překonání tohoto metodologického omezení navrhujeme novou, plně automatickou techniku, která z geometrie povrchu svalu a jeho úponových oblastí dokáže vygenerovat libovolný počet tzv. line of action (vláken) tvořených uživatelsky definovaným počtem úseků. Tato vlákna mohou být začleněna do standardních muskuloskeletálních modelů a využita v biomechanických simulacích. Tato metodologie byla aplikována na čtyři svaly v okolí kyčelního kloubu (iliacus, psoas, gluteus maximus a gluteus medius), extrahovaných z MRI snímků kadavera, pro které byly vytvořeny vysoce diskretizované reprezentace a použity pro simulaci funkčních úloh. Momenty sil jednotlivých vláken byly validovány vůči měřením a modelům stejných svalů z literatury se slibnými výsledky. Lze proto očekávat, že navržený přístup zlepší anatomické reprezentace kosterních svalů v personalizovaných biomechanických modelech a aplikacích FE.