State of the art and current limits of musculo-skeletal models for clinical applications

État de l’art et limites actuelles des modèles musculo-squelettiques pour les applications cliniques

¹ Laboratoire de Biomécanique et Mécanique des Chocs, UMRT9406, IFSTTAR, Université Lyon 1, 43 Bd. du 11 novembre 1918, 69 622 Villeurbanne, France
² Laboratoire d’Analyse du Mouvement et de la Posture, Rehazenter, 1 rue André Vésale, L-2674 Luxembourg, Luxembourg

Received: 18 June 2012
Accepted: 10 October 2012

Abstract

The prediction of musculo-tendon forces developed during daily living tasks is essential to assess movement control and joint reaction forces, and then provide insight to improve diagnosis and treatment follow-up of neurological and orthopedic disorders. Direct measurement of the musculo-tendon forces is hardly possible and the redundancy inherent in the musculo-skeletal system yields not enough equilibrium equations to compute these forces. Different methods have been proposed to overcome this problem, requiring numerous input parameters, most of them difficult or impossible to adjust to a specific subject. These methods will be exposed and their limits pointed out. Anyway, further development is needed in order that the model-based prediction of musculo-tendon forces can be used for clinical purposes.

Résumé

La prédiction des forces musculo-tendineuses développées au cours des tâches de la vie courante est essentielle pour accéder au contrôle du mouvement et aux forces de réaction articulaire. Elle permet d’améliorer le diagnostic et le suivi du traitement des désordres neurologiques et orthopédiques. La mesure directe des forces musculo-tendineuses est difficilement réalisable et la redondance inhérente au système musculo-squelettique induit un nombre d’équations d’équilibre insuffisant pour calculer ces forces. Plusieurs méthodes ont été proposées pour résoudre ce problème, mais elles requièrent de nombreux paramètres d’entrée, pour la plupart difficiles ou impossibles à ajuster à un sujet spécifique. Ces méthodes vont être décrites et leurs limites soulignées. Quoi qu’il en soit, de nouveaux développements sont nécessaires avant que les forces musculo-tendineuses prédites par les modèles puissent être utilisées dans le cadre d’applications cliniques.