[論文レビュー] Three-dimensional Torques and Power of Horse Forelimb Joints at Trot

Hilary M. Clayton, Daohang Sha+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 19, 2011

Veterinary Equine Medical Research参考文献 13被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、トロット時の馬の前肢関節における三次元逆動力学解析を実施し、簡略化されたリンク・セグメントモデルを用いて、上腕骨、橈骨、距骨、踵関節、および甲床関節における3次元トルクとパワーを計算した。主な発見として、全エネルギー生成の70％がステンスフェーズで発生しており、肘関節はステンスフェーズで生成エネルギーの77％、スイングフェーズで88％を占める。一方、フェルトロック関節はステンスフェーズでエネルギー吸収の65％、手首関節はスイングフェーズで74％を占める。

ABSTRACT

Reasons for Performing Study: Equine gait analysis has focused on 2D analysis in the sagittal plane, while descriptions of 3D kinetics and ground reaction force could provide more information on the Equine gait analysis. Hypothesis or Objectives: The aim of this study was to characterize the 3D torques and powers of the forelimb joints at trotting. Methods: Eight sound horses were used in the study. A full 3D torque and power for elbow, carpus, fetlock, pastern and coffin joints of right forelimb in horses at trot were obtained by calculating the inverse kinetics of simplified link segmental model. Results: Over two third of energy (70%) generated by all joints come from stance phase, and most of energy generated was by elbow joint both in stance (77%) and sway (88%) phases. Energy absorbed by all joints during stance (40%) and sway (60%) phases respectively is not a big difference. During stance phase, all most two third of energy (65%) absorbed was by fetlock joint, while over two third of energy (74%) absorbed was by carpus joint during sway phase. Conclusions & Clinical Relevance: This study presents a full 3D kinetic analysis of the relative motion of the humerus, radius, cannon, pastern and coffin segments of the forelimb at the trot. The results could provide for a more sensitive measure for kinetic analysis.

研究の動機と目的

• 2次元 sagittal 平面研究を超えて、全三次元動力学的解析を導入すること。
• トロット時の前肢における3次元関節トルクとパワー生成／吸収を定量すること。
• 臨床的および生物力学的評価のための、より感受性の高い運動力学的解析を向上させること。
• ステンスフェーズおよびスイングフェーズにおけるエネルギー移動および吸収の主な関節を特定すること。

提案手法

• 上腕骨、橈骨、距骨、踵関節、および甲床骨の前肢セグメントを表すための簡略化されたリンク・セグメントモデルを構築した。
• 運動学的および地面反力データを用いて、逆動力学を適用し、3次元関節トルクとパワーを計算した。
• 8頭の健全な馬がトレッドミルでトロットする際の運動データを収集した。
• 関節パワーは、3つの直交平面における関節トルクと角速度の積として計算した。
• エネルギー生成と吸収を区別するために、ステンスフェーズおよびスイングフェーズごとにデータを分析した。
• 統計解析は、フェーズ別トルクおよびパワーの大きさと、関節間での分布に焦点を当てた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 馬のトロット歩行において、どの前肢関節がエネルギー生成に最も寄与しているか？
• RQ2 肘、手首、足首、踵関節、および甲床関節において、エネルギーはどのように生成と吸収に分配されているか？
• RQ3 ステンスフェーズおよびスイングフェーズにおける、各関節の3次元トルクおよびパワーに占める相対的寄与度は何か？
• RQ4 エネルギー吸収の分布は、ステンスフェーズとスイングフェーズでどのように異なるか？
• RQ5 肘関節は、トロット時の全体的な前肢運動力学的挙動において、果たす役割は何か？

主な発見

• 全関節エネルギー生成の70％がステンスフェーズで発生し、残りの30％がスイングフェーズで発生する。
• ステンスフェーズでは肘関節がエネルギー生成の77％を占め、スイングフェーズでは88％を占める。これにより、肘関節は主要な寄与関節である。
• ステンスフェーズでは、エネルギー吸収の65％がフェルトロック関節に起因し、スイングフェーズでは手首関節が74％を占める。
• 全関節におけるエネルギー吸収は、ステンスフェーズ（40％）とスイングフェーズ（60％）で比較的バランスが取れている。
• スイングフェーズにおいて、手首関節がエネルギー吸収の主な担い手である。これは、動的制御が顕著であることを示唆している。
• 本研究は、前肢関節の包括的な3次元運動力学的プロファイルを提供し、馬の歩行評価における臨床的および生物力学的解析の感受性を向上させた。