筋肉のモーメントアームに対する微妙な関節軸の位置の効果

ほとんどの動的な筋骨格モデルは、微妙な関節（STJ）を、三面軸を持つ1度の自由（DOF）ヒンジとして定義しています。この回転軸の方向は、それぞれ足の地面と正中線から測定された傾斜と偏差角の組み合わせとして決定されることがよくあります。軸の位置を定義する際に、多くの場合、岩石とcalc骨の明確化ではなく、かかとの遠位の側面に起源が見られます。筋肉モーメントの腕などの主要な筋骨格モデリングの定義は、回転軸に対する筋肉挿入の距離と相対的な位置に依存しています。軸方向と起源の位置は、筋肉モーメントの腕と関節のダイナミクスの計算に影響するため、動的重量を負担する運動におけるSTJの役割を理解するために、STJ軸の正確な特性評価が必要です。この研究の目的は、STJ起源の位置と軸方向が足首を囲む筋肉モーメントの腕にどのように影響するかを探ることです。オープンソースのSIMTK Webサイトに投稿されたGrand Knee Challengeのデータセットは、OpenSimを使用してモデル化されました。TalusとCalcaneusの間の明確化に近い元の位置からSTJ軸の位置を変更すると、STJ筋肉モーメントアームとピークSTJモーメントに大きな違いが生じました。この研究の結果は、特に回転軸の傾斜/偏差角がより被験者固有の定義を表すように変更される場合、STJ軸の原点の位置を考慮し、正確に定義する必要があると結論付けています。

Most dynamic musculoskeletal models define the subtalar joint (STJ) as a one degree of freedom (DOF) hinge with a tri-planar axis. The orientation of this axis of rotation is often determined as a combination of inclination and deviation angles measured from the ground and midline of the foot, respectively. In defining the location of the axis, often the origin is found at the distal aspect of the heel instead of at the articulation of the talus and calcaneus. Key musculoskeletal modeling definitions, such as muscle moment arms, are dependent on the distance and relative location of muscle insertion to the axis of rotation. Since the axis orientation and origin location affect calculations of muscle moment arm and joint dynamics, there is much need for accurate characterization of the STJ axis to understand the STJ's role in dynamic weight-bearing motion. The purpose of this study is to explore how the STJ origin location and axis orientation affect muscle moment arms surrounding the ankle. Datasets from the Grand Knee Challenge, posted on the open-source SimTK website, were modeled using OpenSim. Modifying the location of the STJ axis from the original location closer to the articulation between the talus and calcaneus resulted in significant differences in STJ muscle moment arms and peak STJ moments. The findings of this study conclude that the location of the STJ axis origin needs to be considered and accurately defined, especially if the inclination/deviation angles of the rotational axis will be modified to represent a more subject-specific definition.