Analysis of the rotational movement of the lower extremity in relation to the morphological variation in tarsal bones and development of a new insole

• Project/Area Number: 19J00277
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 野崎 修平 東京大学, 大学院理学系研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 足骨動態 / 足根骨形態 / 幾何学的形態測定学 / デジタル画像相関法 / 二方向X線透視装置 / 足部体表面動態 / 二方向X線透視システム

Outline of Research at the Start

本研究では回内・回外足に特徴的な骨動態の発生機序を関節形態的要因から解明し、下肢関節の安定化に有効な新規足底板を開発する。具体的には以下4つの研究内容を実行する。(1)二方向X線透視システムを用いて屍体足に対して軸荷重を与えた際の骨動を計測し、回内・回外足の内部で生じている異常な骨動態を調査する。さらに、骨動態異常の原因となる関節形態を解明する。(2)足部体表面の変形から足内部の骨動態を検出する方法を開発する。(3)回内・回外足を有する者の歩行中の足部内骨動態を解明する。(4)足部内骨動態異常に基づいた新規足底板を開発し、歩行中の下肢関節動態に対する効果を検証する。

Outline of Annual Research Achievements

昨年度に引き続き屍体足の二方向X線透視画像と足部骨格モデルを用い、静荷重に伴う足骨動態の解析を行った。COVID-19の感染拡大の影響により、本年度も屍体実験の遂行が困難であり、新たな計測データを得ることができなかった。これまでの研究結果から、静荷重負荷に伴い足部内では踵骨の外反とそれに伴う距骨の内側並進・内旋運動，脛骨の内旋運動（後足部と下腿の協調運動）が生じること、踵骨と距骨の形態変異がこのような下腿と後足部の協調運動を規定し、足部疾患の病態発生に関与することが推察された。そこで、今年度は足部疾患を有する症例に特徴的な踵骨及び距骨の形態変異を解析した。昨年度、セミランドマークを用いた踵骨の形態解析手法を確立した様に、距骨に関しても同様の形態解析手法を確立した。この解析手法を用い、外反母趾角度に関連する踵骨と距骨の形態変異を解析した。その結果、踵骨及び距骨には外反母趾角と関連した骨形態変異が存在することが明らかとなった。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Three-Dimensional Innate Mobility of the Human Foot on Coronally-Wedged Surfaces Using a Biplane X-Ray Fluoroscopy (2022)
  • Author(s): Negishi Takuo、Nozaki Shuhei、Ito Kohta、Seki Hiroyuki、Hosoda Koh、Nagura Takeo、Imanishi Nobuaki、Jinzaki Masahiro、Ogihara Naomichi
  • Journal Title: Frontiers in Bioengineering and Biotechnology Volume: 10 Pages: 1-13
  • DOI: 10.3389/fbioe.2022.800572
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Talar trochlear morphology may not be a good skeletal indicator of locomotor behavior in humans and great apes (2021)
  • Author(s): Nozaki Shuhei、Oishi Motoharu、Ogihara Naomichi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1038/s41598-021-03429-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Morphological differences in the calcaneus among extant great apes investigated by three-dimensional geometric morphometrics (2021)
  • Author(s): Nozaki Shuhei、Amano Hideki、Oishi Motoharu、Ogihara Naomichi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1038/s41598-021-99942-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 特集 女性アスリートの運動器障害-悩みに答える 女性アスリートのスポーツ外傷障害と骨格構造 (2020)
  • Author(s): 野崎 修平
  • Journal Title: 臨床整形外科 Volume: 55 Issue: 12 Pages: 1317-1320
  • DOI: 10.11477/mf.1408201863
  • ISSN: 0557-0433, 1882-1286
  • Year and Date: 2020-12-25
• [Journal Article] 特集 足部･足関節の画像解析-画像から病態を探る 【CT】足関節運動特性と病態発生機序に関連する足根骨形態変異 (2020)
  • Author(s): 野崎 修平
  • Journal Title: 臨床整形外科 Volume: 55 Issue: 11 Pages: 1219-1222
  • DOI: 10.11477/mf.1408201839
  • ISSN: 0557-0433, 1882-1286
  • Year and Date: 2020-11-25
• [Journal Article] Sex- and age-related variations in the three-dimensional orientations and curvatures of the articular surfaces of the human talus (2020)
  • Author(s): Nozaki Shuhei, Watanabe Kota, Teramoto Atsushi, Kamiya Tomoaki, Katayose Masaki, Ogihara Naomichi
  • Journal Title: Anatomical Science International Volume: 96 Issue: 2 Pages: 258-264
  • DOI: 10.1007/s12565-020-00585-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Morphological variations of the human talus investigated using three-dimensional geometric morphometrics (2020)
  • Author(s): Nozaki Shuhei、Watanabe Kota、Kamiya Tomoaki、Katayose Masaki、Ogihara Naomichi
  • Journal Title: Clinical Anatomy Volume: in press Issue: 4 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1002/ca.23588
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sex- and age-related morphological variations in the talar articular surfaces of the calcaneus (2020)
  • Author(s): Nozaki Shuhei, Watanabe Kota, Kamiya Tomoaki, Katayose Masaki, Ogihara Naomichi
  • Journal Title: Annals of Anatomy - Anatomischer Anzeiger Volume: 229 Pages: 151468-151468
  • DOI: 10.1016/j.aanat.2020.151468
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Three‐Dimensional Morphological Variations of the Human Calcaneus Investigated Using Geometric Morphometrics (2019)
  • Author(s): Nozaki Shuhei、Watanabe Kota、Kamiya Tomoaki、Katayose Masaki、Ogihara Naomichi
  • Journal Title: Clinical Anatomy Volume: in press Issue: 5 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1002/ca.23501
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 幾何学的形態測定学を用いた大型類人猿における踵骨の3次元形態解析 (2021)
  • Author(s): 野崎修平，天野英輝，大石元治， 荻原直道
  • Organizer: 第75回日本人類学会大会
• [Presentation] ヒトと大型類人猿における距骨滑車の3次元形態解析 (2020)
  • Author(s): 野崎修平、荻原直道
  • Organizer: 第74回日本人類学会大会
• [Presentation] 足部・足関節の機能障害と障害・外傷リスク (2020)
  • Author(s): 野崎修平
  • Organizer: 第45回日本足の外科学会学術集会
• [Presentation] Morphological variations in the human calcaneus investigated using three-dimensional geometric morphometrics (2020)
  • Author(s): Nozaki, S., Watanabe, K., Kamiya, T., Katayose, M., Ogihara, N.
  • Organizer: Orthopedic Research Society 2020 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 幾何学的形態測定学を用いた踵骨の3次元形態解析；性差・加齢変化 (2019)
  • Author(s): 野崎修平, 渡邉耕太, 神谷智昭, 片寄正樹, 荻原直道
  • Organizer: 第73回日本人類学会大会
• [Presentation] 距腿関節面における内側・中央・外側領域別の曲率半径の解析 －並進運動を規定する曲率特性に着目して－ (2019)
  • Author(s): 野崎修平, 渡邉耕太, 加藤拓也, 宮川健, 神谷智昭, 片寄正樹, 山下敏彦
  • Organizer: 第92回日本整形外科学会学術総会