Virtual reconstruction of the Neandertal lower limbs with an estimation of hamstring muscle moment arms

A major problem of fossil hominid analysis is a lack of complete specimens. Many individual specimens have been damaged by the effects of diagenesis and excavation. Significant advances in the field of three dimensional image processing (3D) have enabled the creation of accurately scaled reconstructions of individual fossil bones using mirrored parts of the same fossil bone or human/fossil hominid equivalents. This study presents, for the first time, a method to reconstruct a 3D virtual model of the lower limb of the Neandertal using different bones from different fossil remains (Spy II, Neandertal 1 and Kebara 2) and integrating them into a single model of the Neandertal lower limb. A biomechanical analysis of the model was performed, including computer graphics visualization of the results, motion displacement graphs and muscle moment arms. The overall method has been implemented into an open-source customized software (lhpFusionBox) developed for the biomechanical study of the musculoskeletal system.

RésuméL’étude des fossiles d’hominidés se heurte souvent au problème de la découverte de spécimens incomplets, voire de fossiles endommagés par la diagenèse et/ou par les conditions de collecte. Les progrès récents dans le domaine de la morphométrie géométrique ont permis la remise à l’échelle et la reconstruction par symétrie de fossiles partiels ou manquants. Cet article présente une méthode originale permettant la reconstruction virtuelle tridimensionnelle d’un membre inférieur néandertalien. Celle-ci utilise, pour la reconstruction, des fossiles de différentes origines (Spy II, Neandertal 1 et Kebara 2) et les intègre dans un modèle validé. Une analyse biomécanique du modèle est ensuite réalisée (visualisation par infographie des modèles reconstruits, création des graphes de mouvements, analyse de mouvements musculaires, etc.). Un exemple d’analyse est présenté sur les muscles ischiojambiers. L’ensemble de la méthode a été intégré dans un logiciel développé dans le cadre d’une étude biomécanique relative à l’appareil musculosquelettique.