Validación de modelos de rodilla específicos del sujeto a partir de mediciones in vivo

Área de la Ciencia:

• Ortopedia y biomecánica
• Modelado computacional
• Desarrollo de dispositivos médicos

Sus antecedentes:

• Los modelos computacionales en ortopedia son sensibles a las decisiones de modelado, sin embargo, la influencia de los datos de entrada a menudo se pasa por alto.
• La calibración precisa de los modelos de rodilla requiere datos in vivo (en un organismo vivo), que es difícil de obtener de manera no invasiva.
• El modelado personalizado y los gemelos digitales requieren modelos computacionales validados específicos del sujeto.

Objetivo del estudio:

• Demostrar que los modelos computacionales específicos de rodilla calibrados con mediciones in vivo logran una precisión comparable a las calibradas con mediciones in vitro (en un entorno controlado).
• Apoyar el desarrollo de modelos computacionales específicos del sujeto para la rodilla viva.

Principales métodos:

• Se tomaron imágenes de dos muestras de rodilla cadavéricas utilizando tomografías computarizadas y exploraciones superficiales.
• Las mediciones de la laxitud de la rodilla se realizaron utilizando un aparato personalizado de laxitud de la rodilla in vivo (KLA) y un simulador de rodilla robótico (RKS).
• Los modelos computacionales se calibraron utilizando datos de laxitud del KLA o del RKS, y su rendimiento se comparó a través de actividades simuladas.

Principales resultados:

• Los modelos calibrados con datos de KLA in vivo mostraron un rendimiento comparable al de los modelos calibrados con datos de RKS in vitro.
• Las diferencias previstas en la laxitud anterior-posterior fueron de menos de 2,5 mm, y las simulaciones de desplazamiento de pivote diferían en menos de 2,6°.
• Se observaron diferencias en las cargas ligamentales previstas y en las propiedades del material calibrado, lo que indica la necesidad de incorporar la carga ligamentaria en la calibración.

Conclusiones:

• Los métodos actuales de medición de la laxitud de la rodilla in vivo son suficientes para calibrar modelos computacionales con una precisión comparable a las técnicas in vitro.
• Los flujos de trabajo descritos pueden servir de base para el modelado específico de la rodilla viva.
• Los datos y herramientas disponibles públicamente apoyan una mayor investigación en este ámbito.