Analysis of subacromial impingement syndrome on the drawing side of the recurve bow: A finite element method

Abstract

Background

Subacromial impingement syndrome (SIS) frequently occurs on the draw side of the recurve archer, a condition that follows inflammatory degeneration of the soft tissues of the shoulder. Friction and impingement are generated between the soft tissues in the subacromial area and the rostral shoulder dome. This research was carried out by creating a finite element model and modeling the specialized techniques of an archer. We analyze the peak stress of the soft tissues to investigate the possible mechanisms of impingement syndrome on the drawing side shoulder of the archers.

Methods

Using CT and MRI scanning techniques, the data of the subject's right shoulder bones and soft tissues were obtained, and a finite element model constructed the scapula, clavicle, humerus, the long head of the biceps tendon (LHBT), subacromial bursa, supraspinatus. Simulation of the humerus on the drawing arm to perform raising, drawing, holding, and releasing movements. and stress changes in the soft tissues are analyzed.

Results

The peak stress in the long head of the biceps tendon increased from 0.227 MPa at the start of raising to 0.249 MPa at the start of the drawing; the stress peak decreased from the holding stage to 0.089 MPa at release. The stress peak of the subacromial bursa showed a zigzag pattern; it is 0.280 MPa at the start of raising but decreases to 0.036 MPa at the start of the drawing; at the start of holding, the peak stress rises to 0.3471 MPa; but at the moment of release, the peak stress drops to 0.2619 MPa. The supraspinatus’ stress peak increased to 1.395 MPa at the start of drawing from a lower value at the start of raising; it decreased to 1.257 MPa at the start of holding and increased to 1.532 MPa at release.

Conclusion

The peak stress of the long head of the biceps tendon showed a trend of increasing and then decreasing, and the stress concentration during raising and unloading was in the area close to the end of the tendon, with more significant interaction between the tendon of the long head of the biceps tendon and the scapula. The subacromial bursa is susceptible to compression by several surrounding tissues during the holding, resulting in high stress and susceptibility to injury to this structure. The persistence of high tension in the supraspinatus can be one of the mechanisms that cause inflammation of this tendon. Targeted injury prevention measures based on the mechanism of the subacromial impingement syndrome and the technical characteristics of the recurve arch, corrective exercise can be used to improve the muscles’ extension around the shoulder to prevent the development of the corresponding injury.

Contexte

Le syndrome de coincement sous-acromial (SIS) survient fréquemment au niveau de l’épaule de l’archer recourbé, une affection qui résulte de la dégénérescence inflammatoire des tissus mous de l’épaule. La friction et le conflit se produisent entre les tissus mous de la région sous-acromiale et le dôme acromial de l’épaule. Cette étude a été réalisée en élaborant un modèle par éléments finis et en simulant les techniques spécifiques d’un archer. Nous analysons le pic de stress exercé sur les tissus mous afin d’étudier les mécanismes sous-jacents du syndrome d’impaction sur l’épaule du côté du tir de l’archer.

Méthodes

Les données des os et des tissus mous de l’épaule droite du sujet ont été obtenues en utilisant les techniques de tomographie et d’IRM et un modèle d’éléments finis a construit l’omoplate, la clavicule, l’humérus, la tête longue du tendon du biceps (LHBT), la bourse sous-acromiale, le supra-épineux. Simulation de l’humérus sur le bras de traction pour effectuer des mouvements d’élévation, de traction, de maintien et de relâchement et les changements de contrainte dans les tissus mous sont analysé.

Résultats

Le pic de contrainte dans la tête longue du tendon du biceps est passé de 0,227 MPa au début de l’élévation à 0,249 MPa au début de l’étirement ; le pic de contrainte a diminué à partir de la phase de maintien jusqu’à 0,089 MPa au moment du relâchement. Le pic de contrainte de la bourse sous-acromiale a montré un schéma en zigzag; il est de 0,280 MPa au début de l’élévation mais diminue à 0,036 MPa au début de l’étirement ; au début du maintien, le pic de contrainte augmente à 0,3471 MPa; mais au moment du relâchement, le pic de contrainte diminue à 0,2619 MPa. Le pic de contrainte du supraspinatus a augmenté à 1,395 MPa au début de l’étirement à partir d’une valeur plus faible au début de la levée; il a diminué à 1,257 MPa au début du maintien et a augmenté à 1,532 MPa au moment du relâchement.

Conclusion

La contrainte maximale de la longue tête du tendon du biceps a montré une tendance à l’augmentation puis à la diminution, et la concentration de la contrainte pendant l’élévation et la décharge se trouvait dans la zone proche de l’extrémité du tendon, avec une interaction plus importante entre le tendon de la longue tête du tendon du biceps et l’omoplate. La bourse sous-acromiale est susceptible d’être comprimée par plusieurs tissus environnants pendant le maintien, ce qui entraîne une tension élevée et un risque de lésion pour cette structure. La persistance d’une tension élevée dans le supra-épineux peut être l’un des mécanismes à l’origine de l’inflammation de ce tendon. Des mesures ciblées de prévention des blessures basées sur le mécanisme du syndrome du conflit sous-acromial et les caractéristiques techniques de l’arc recourbé, des exercices correctifs peuvent être utilisés pour améliorer l’extension des muscles autour de l’épaule afin d’empêcher le développement de la blessure correspondante.