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USING MUSCULOSKELETAL MODELING TO ASSESS MUSCLE FUNCTION AND GAIT ASYMMETRY AFTER A STRAYER PROCEDURE APPLIED TO A CHILD WITH CEREBRAL PALSY
Cerebral palsy (CP) is a common group of neuromotor disorders with symptoms appearing
during childhood. Children with CP often undergo orthopedic surgeries and
treatment plans depending on the gait pattern and its severity. Jump gait is a gait pattern
present in bilateral spastic CP and is characterized by a combination of ankle equinus,
accentuated hip and knee flexion, lumbar lordosis, and anterior pelvis tilt. The modified
Strayer procedure is a surgical intervention to treat equinus in ambulatory children
with CP and is often accompanied by botulinum toxin type A (BTX) injections to aid
in spasticity reduction. Musculoskeletal modeling is a promising approach to indirectly
estimatemuscle function, includingmuscle force, andmuscle induced accelerations. Gait
asymmetry is often studied as it is associated with pathological gait. This study aimed
to analyze the improvements in gait function in one child with CP following corrective
surgery for jump gait. Gait asymmetry, muscle forces and contributions to the center of
mass accelerations during walking were assessed before, one and two years after surgery.
Furthermore, comparison with typically developed children was also performed. Threedimensional
marker coordinates and ground reaction forces (GRF) during walking were
recorded and used as input for musculoskeletal simulations using OpenSim. Two years
post-surgery, gait asymmetry reduced to levels similar to or lower than unimpaired gait.
Overall joint kinematics improved, although the increase in dorsiflexion was not enough
to achieve heel strike at first contact in the lower limb submitted to surgery. Estimates of
muscle forces showed the child with CP relied more on proximal muscles to walk, mainly
the vasti and hamstrings, before and after surgery. Soleus muscle forces increased following
surgery, becoming the primary contributor to vertical support from the plantarflexors.
Suggestions were made for treatment plans and for maintaining surgical improvements,
such as strengthening of weakened muscles.Paralisia cerebral (PC) é um grupo de perturbações neuromotoras cujos sintomas aparecem
durante a infância. Crianças com PC são regularmente submetidas a cirurgias ortopédicas
e planos de tratamento de acordo com o padrão de marcha e grau de severidade.
Marcha em salto é um padrão de marcha presente em PC espástica bilateral caracterizada
por pé equino, flexão acentuada do joelho e anca, lordose lombar, e inclinação pélvica
anterior. O procedimento modificado de Strayer é uma cirurgia comum para tratar pé
equino em crianças com PC em contexto ambulatório e é normalmente acompanhada
por injeções de toxina botulínica. Modelação musculoesquelética é uma abordagem que
permite estimar, indiretamente, as forças e acelerações induzidas musculares. Assimetria
na marcha é frequentemente estudada por estar associada a uma marcha patológica. O
objetivo deste trabalho consiste em estudar as melhorias na marcha de uma criança com
PC após cirurgia. Assimetria da marcha, forças e contribuições musculares para a aceleração
do centro de massa foram avaliadas antes, um e dois anos após cirurgia. Além disso,
foi feita a comparação com marcha saudável. Foram gravadas as coordenadas tridimensionais
dos marcadores e forças de reação do solo para as simulações musculoesqueléticas
através do OpenSim. Dois anos após cirurgia, a assimetria melhorou para níveis semelhantes
ou inferiores aos da marcha saudável. Em termo gerais, a cinemática melhorou,
porém, apesar da capacidade de dorsiflexão ter aumentado, o calcanhar não estabelece o
primeiro contacto no membro inferior submetido a cirurgia. Resultados das forças musculares
mostram uma maior dependência em músculos proximais na criança com PC,
principalmente o vasto e os isquiotibiais, antes e após cirurgia. As forças musculares do
solear aumentaram após cirurgia, tornando-se o principal plantarflexor a contribuir para
o suporte. Fortalecimento de músculos enfraquecidos foi um dos planos de tratamento
sugeridos para preservação das melhorias obtidas pela cirurgia