«Computational reverse shoulder prosthesis model: Experimental data and verification»

The reverse shoulder prosthesis aims to restore the stability and function of pathological shoulders, but the biomechanical aspects of the geometrical changes induced by the implant are yet to be fully understood. Considering a large-scale musculoskeletal model of the upper limb, the aim of this study is to evaluate how the Delta reverse shoulder prosthesis influences the biomechanical behavior of the shoulder joint. In this study, the kinematic data of an unloaded abduction in the frontal plane and an unloaded forward flexion in the sagittal plane were experimentally acquired through video-imaging for a control group, composed of 10 healthy shoulders, and a reverse shoulder group, composed of 3 reverse shoulders. Synchronously, the EMG data of 7 superficial muscles were also collected. The muscle force sharing problem was solved through the minimization of the metabolic energy consumption. The evaluation of the shoulder kinematics shows an increase in the lateral rotation of the scapula in the reverse shoulder group, and an increase in the contribution of the scapulothoracic joint to the shoulder joint. Regarding the muscle force sharing problem, the musculoskeletal model estimates an increased activity of the deltoid, teres minor, clavicular fibers of the pectoralis major, and coracobrachialis muscles in the reverse shoulder group. The comparison between the muscle forces predicted and the EMG data acquired revealed a good correlation, which provides further confidence in the model. Overall, the shoulder joint reaction force was lower in the reverse shoulder group than in the control group.

Resumen
La prótesis de hombro invertida tiene como objetivo restablecer la estabilidad y la función de los hombros patológicas, pero están aún no se entiende completamente los aspectos biomecánicos de los cambios geométricos inducidos por el implante. Teniendo en cuenta un modelo musculoesquelético a gran escala de la extremidad superior, el objetivo de este estudio es evaluar la forma en la prótesis de hombro invertida Delta influye en el comportamiento biomecánico de la articulación del hombro. En este estudio, los datos cinemáticos de un secuestro sin carga en el plano frontal y una flexión hacia delante sin carga en el plano sagital se adquirieron de forma experimental a través de video-proyección de imagen de un grupo de control, compuesto por 10 hombros saludables, y un grupo de hombro invertida, compuesto por 3 hombros inversa. Sincrónicamente, también se recogieron los datos de EMG de 7 músculos superficiales. El problema de compartir la fuerza muscular se resolvió a través de la minimización del consumo de energía metabólica. La evaluación de la cinemática de hombro muestra un aumento en la rotación lateral de la escápula en el grupo de hombro invertida, y un aumento en la contribución de la articulación escapulotorácica a la articulación del hombro. En cuanto al problema de reparto de la fuerza muscular, el modelo musculoesquelético estima un aumento de la actividad del deltoides, redondo menor, fibras claviculares del pectoral mayor, y los músculos coracobraquial en el grupo de hombro invertida. La comparación entre las fuerzas musculares predichos y los datos adquiridos EMG reveló una buena correlación, que proporciona aún más la confianza en el modelo. En general, la fuerza de reacción articulación del hombro fue inferior en el grupo de hombro invertida que en el grupo control.

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