Framework of a multiscale data-driven digital twin of the muscle-skeletal system

要約

筋骨格障害（MSDS）は、世界中の障害の主要な原因であり、パーソナライズされた評価と治療のために高度な診断および治療ツールを必要とします。
MSDSの効果的な管理には、不均一なデータソースの相互作用が含まれ、デジタルツイン（DT）パラダイムを貴重なオプションにします。
このペーパーでは、マルチスケールの生体力学的データを計算モデリングと統合して筋骨格システムの詳細な患者固有の表現を作成する新しいフレームワークである筋骨格デジタルツイン（MS-DT）を紹介します。
モーションキャプチャ、超音波イメージング、筋電図、および医療イメージングを組み合わせることにより、MS-DTにより、脊髄運動学、姿勢、筋肉機能の分析が可能になります。
インタラクティブな視覚化プラットフォームは、臨床医と研究者に、生体力学的パラメーターを探索し、患者固有の変化を追跡するための直感的なインターフェイスを提供します。
結果は、正確な運動学的および動的組織の特徴を抽出する際のMS-DTの有効性を示しており、脊椎の生体力学とリハビリテーションを監視するための包括的なツールを提供します。
このフレームワークは、患者固有の診断と介入計画を改善するための高忠実度のモデリングとリアルタイムの視覚化を提供します。

要約(オリジナル)

Musculoskeletal disorders (MSDs) are a leading cause of disability worldwide, requiring advanced diagnostic and therapeutic tools for personalised assessment and treatment. Effective management of MSDs involves the interaction of heterogeneous data sources, making the Digital Twin (DT) paradigm a valuable option. This paper introduces the Musculoskeletal Digital Twin (MS-DT), a novel framework that integrates multiscale biomechanical data with computational modelling to create a detailed, patient-specific representation of the musculoskeletal system. By combining motion capture, ultrasound imaging, electromyography, and medical imaging, the MS-DT enables the analysis of spinal kinematics, posture, and muscle function. An interactive visualisation platform provides clinicians and researchers with an intuitive interface for exploring biomechanical parameters and tracking patient-specific changes. Results demonstrate the effectiveness of MS-DT in extracting precise kinematic and dynamic tissue features, offering a comprehensive tool for monitoring spine biomechanics and rehabilitation. This framework provides high-fidelity modelling and real-time visualization to improve patient-specific diagnosis and intervention planning.

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