Development of a shoulder musculoskeletal model to assess the impact of scapular morphology on glenohumeral biomechanics

Strzelczak, Marta (2021). Development of a shoulder musculoskeletal model to assess the impact of scapular morphology on glenohumeral biomechanics. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Many theories, which aim to explain pathomechanisms of glenohumeral joint disorders, focus on unfavorable scapula morphology. In silico methods, such as musculoskeletal modeling, give an opportunity to better understand underling pathomechanism. In silico methods do not require invasive procedures and expensive cadaveric specimens. However, before applying the model to a research problem, the researcher must ensure that the model is able to give the correct answer. The purpose of this doctoral thesis was hence in the first phase to find and evaluate an approach for the deltoid muscle wrapping, which represents physiological behavior in full-range of GHJ motion. The purpose of the second phase is to assess the variability of the morphological measurement called the critical shoulder angle (CSA) on the biomechanics of the glenohumeral joint after NC-TSA and potential glenoid component loosening.

In the first phase, the advancement in the development of the large-scale musculoskeletal model of NC total shoulder arthroplasty was demonstrated Improvement was made in the geometrical representation of the deltoid muscle. Two distanced approaches had been proposed and evaluated, namely 2D-mesh model and multi-ellipsoid wrapping model. The changes allows to study the impact of the scapula morphology on the glenohumeral joint biomechanics

The second phase demonstrates the feasibility of the above model to be used in clinical application. The presented study aimed to evaluate the impact of the morphological variability of the scapula, and more specifically the morphological parameter called the critical shoulder angle, as a potential risk factor in glenoid component loosening.

Titre traduit

Développement d'un modèle musculosquelettique de l'épaule pour évaluer l'impact de la morphologie scapulaire sur la biomécanique gléno-humérale

Résumé traduit

De nombreuses théories, qui visent à expliquer les pathomécanismes des troubles de l'articulation glénohumérale, se concentrent sur la morphologie défavorable de la scapula. Les méthodes in silico, telles que la modélisation musculo-squelettique, permettent de mieux comprendre le pathomécanisme sous-jacent. Les méthodes in silico ne nécessitent pas de procédures invasives et de spécimens cadavériques coûteux. Cependant, avant d'appliquer le modèle à un problème de recherche, le chercheur doit s'assurer que le modèle est capable de donner la bonne réponse. Le but de cette thèse de doctorat était donc dans une première phase de trouver et d'évaluer une approche pour l'enveloppement du muscle deltoïde, qui représente le comportement physiologique dans toute la gamme des mouvements de l'articulation glénohumérale. Le but de la deuxième phase est d'évaluer les variabilités de la mesure morphologique, appelée angle critique de l'épaule (CSA), sur la biomécanique de l'articulation glénohumérale après NC-TSA et un descellement potentiel du composant glénoïdien.

Dans la première phase, l'avancée dans le développement du modèle musculo-squelettique à grande échelle d'arthroplastie totale de l'épaule non conforme a été démontrée. Une amélioration a été apportée à la représentation géométrique du muscle deltoïde. Deux approches distantes ont été proposées et évaluées, à savoir le modèle à maillage 2D et le modèle d'enveloppement multi ellipsoïde. Les modifications permettent d'étudier l'impact de la morphologie de la scapula sur la biomécanique de l'articulation glénohumérale.

La deuxième phase démontre la faisabilité du modèle ci-dessus à utiliser en application clinique. L'étude présentée visait à évaluer l'impact des variabilités morphologiques de l'omoplate, et plus particulièrement du paramètre morphologique appelé angle critique de l'épaule (eng. critical shoulder angle), comme facteur de risque potentiel de descellement de la composante glénoïdienne.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements forthe degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 91-106).
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Hagemeister, Nicola
Codirecteur:	Codirecteur Begon, Mickael Sins, Lauranne
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	05 avr. 2022 19:20
Dernière modification:	05 avr. 2022 19:20
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2958

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