緒言

関 節 運 動 を 理 解 す る こ と は 、 正 常 な 関 節 の 動 き を 把 握 で き る だ け で な く 、 様 々 な 関 節 疾 患 の 病 態 や 治 療 法 を 考 慮 す る 上 で 非 常 に 重 要 で あ る 。 医 学 領 域 に お け る 関 節 運 動 の 解 析 は 、X 線 透 視 画 像 、 コ ン ピ ュ ー タ ー 断 層 撮 影 に よ る 三 次 元 画 像 （ three-dimensional computed tomography: 3D-CT）、磁 気 共 鳴 画 像（magnetic resonance imaging: MRI） と い っ た 様 々 な 画 像 や 、 動 作 解 析 装 置 に よ っ て 行 わ れ て お り 、 多 く の 情 報 が 蓄 積 さ れ て い る （Guenoun et al., 2017; Nowakowski et al., 2014;

Muhit et al., 2013）。最 近 に な っ て 、CT 技 術 が 進 歩 し 、三 次 元 画 像 を 動 的 に 描 出 す る 四 次 元 CT（4D-CT）の 撮 影 が 可 能 と な り 、関 節 運 動 の 解 析 に 使 用 さ れ 始 め て い る （ 石 井 お よ び 名 倉, 2019; 片 岡, 2014）。

現 在 、犬 の 運 動 解 析 は 、歩 行 動 作 分 析 や 床 反 力 計（force plate）に よ る 評 価 が 中 心 と な っ て い る が 、 こ れ ら の 手 法 で は 関 節 運 動 を 直 接 的 に 評 価 す る こ と は で き な い（Andrada et al., 2017; Krotscheck et al., 2016）。

近 年 、 ト レ ッ ド ミ ル とX線 透 視 装 置 を 組 み 合 わ せ る こ と に よ り 、 犬 が 歩 行 し て い る 際 の 関 節 運 動 を 動 的 に 解 析 で き る 手 法 が 考 案 さ れ た

（Tashman and Anderst, 2003）。本 手 法 は 、前 十 字 靱 帯（cranial cruciate ligament: CrCL）が 断 裂 し て い る 症 例 に お け る 膝 関 節 運 動 の 解 析 や 、術 後 の 膝 関 節 の 安 定 性 の 評 価 に 用 い ら れ 、 病 態 の 理 解 や 治 療 効 果 の 判 定 に 役 立 っ て い る（Rey et al., 2014）。し か し 、こ れ ら の 手 法 は 二 次 元 で

の 解 析 で あ り 、 立 体 的 な 情 報 を 得 る に は 限 界 が あ る 。 犬 に お い て も 、 三 次 元 で か つ 動 的 な 解 析 が 可 能 な4D-CTを 応 用 す る こ と が で き れ ば 、 よ り 詳 細 に 関 節 運 動 を 把 握 で き る か も し れ な い 。 し か し 、 犬 で4D-CT を 用 い て 関 節 運 動 を 解 析 し た 報 告 は 未 だ 存 在 し な い 。

そ こ で 、 本 章 で は 、 犬 の 十 字 靱 帯 断 裂 時 の 膝 関 節 運 動 を 客 観 的 に 評 価 す る 目 的 で 、屍 体 膝 に て 様 々 な 十 字 靱 帯 断 裂 モ デ ル を 作 製 し 、4D-CT を 用 い て 三 次 元 で か つ 動 的 に 膝 関 節 運 動 の 解 析 を 行 っ た 。

3.2. 材 料 お よ び 方 法 3.2.1. 対 象 肢 と 群 設 定

本 検 討 は 、 他 の 目 的 の た め に 安 楽 死 さ れ た 健 常 ビ ー グ ル 犬 6 頭 （ 北 山 ラ ベ ス 、 伊 那 市 、 長 野 県 ） の 左 後 肢 を 使 用 し て 行 っ た （ 日 本 大 学 動 物 実 験 委 員 会：承 認 番 号 AP17B050、2017 年 ）。本 検 討 で 使 用 し た ビ ー グ ル 犬 は 、 全 て 成 犬 で あ り （ 平 均 ：3.6±1.5 歳 ）、 体 重 は 8.2〜14.3 kg

（ 平 均 ：11.3±2.1kg） で 、 雄 と 雌 が 各 3 頭 で あ っ た 。

本 検 討 で は 、 正 常 な 靱 帯 を 有 す る 群 （Intact 群 ：n=3）、CrCL の 前 内

お よ び 後 十 字 靱 帯 （caudal cruciate ligament: CaCL） を 完 全 に 断 裂 さ せ た 群 （CrCL+CaCL 群 ：n=3） の 5 群 を 設 定 し て 検 証 を 行 っ た 。

ま ず は 、 最 初 の 3 頭 の 左 後 肢 を 用 い て Intact 群 の 検 討 を 行 っ た 。 次 い で 、CrCL の 部 分 断 裂 モ デ ル を 作 製 す る 目 的 で 、膝 関 節 を 小 切 開 し た 後 に No.11 の メ ス に て CrMB の み を 切 除 し （ 図 3-1）、CrMB 群 の 検 討 を 行 っ た 。そ し て 、CdLB を 切 除 す る こ と で CrCL の 完 全 断 裂 モ デ ル を 作 製 し 、CrCL 群 の 検 討 を 行 っ た 。 さ ら に 、CaCL を 完 全 に 切 除 す る こ と で 両 十 字 靱 帯 の 完 全 断 裂 モ デ ル を 作 製 し 、CrCL+CaCL 群 の 検 討 を 行 っ た 。 こ の よ う に 、Intact 群 、CrMB 群 、CrCL 群 、CrCL+CaCL 群 は 、 同 一 個 体 で 検 討 を 行 っ た 。

最 後 に 、残 り の 3 頭 の 左 後 肢 を 用 い て 、CrCL の CdLB の み を 切 除 す る 部 分 断 裂 モ デ ル を 作 製 し 、CdLB 群 の 検 討 を 行 っ た 。

3.2.2. 4D-CT の 撮 影 方 法

4D-CT の 撮 影 に は 、320 列 Area Detector CT（Aquilion One^TM； キ ヤ ノ ン メ デ ィ カ ル シ ス テ ム ズ 、 大 田 原 市 、 栃 木 県 、 日 本 ） を 用 い た 。 全 て の 撮 影 は 、管 電 圧 が 120 kV、管 電 流 が 80 mA、ス キ ャ ン 速 度 が 0.275 秒 、 撮 影 範 囲 が 160.0 mm、 表 示 FOV が 240.0 mm、 撮 影 時 間 が 6.325 秒 、画 像 ス ラ イ ス 厚 が 0.5 mm、再 構 成 間 隔 が 0.5 mm の 条 件 で 行 っ た 。

ま ず は 、CT の 寝 台 の 上 で 供 試 犬 を 仰 臥 位 に し 、検 出 器 の 幅 に 後 肢 が 収 ま る よ う な 位 置 で 保 定 し た 。 次 い で 、 股 関 節 を 自 然 立 位 の 角 度 で 保 持 し た 後 に 大 腿 部 を 固 定 し た 。さ ら に 、Jaegger ら の 関 節 角 度 の 測 定 方 法 を 参 考 に 、 関 節 角 度 計 （ ゴ ニ オ メ ー タ ー ） を 用 い て 膝 関 節 の 角 度 を 測 定 し た （ 図 3-2）。 そ の 際 に は 、 大 腿 骨 の 大 転 子 と 外 側 上 顆 を 結 ぶ 線 と 、 脛 骨 の 骨 幹 軸 で な す 角 度 を 、 膝 関 節 の 角 度 と し て 測 定 を 行 っ た

（Jaegger et al., 2002）。

膝 関 節 の 可 動 は 、 適 切 な 被 曝 防 護 を し た 同 一 操 作 者 が 行 っ た 。 最 初 に 、 膝 関 節 の 角 度 を 自 然 立 位 で あ る 135°に 保 持 し た 。 次 い で 、 肢 端 に 固 定 し た ハ ン ド ル を 用 い て 、 膝 関 節 の 角 度 が 135°か ら 40°ま で の 範 囲 で 屈 曲 さ せ な が ら CT の 撮 影 を 行 っ た （ 図 3-3）。

3.2.3. 撮 影 デ ー タ の 解 析 方 法

CT 撮 影 で 得 ら れ た digital imaging and communications in medicine

（DICOM） デ ー タ を 、OsiriX^®（Pixmeo SARL、 ジ ュ ネ ー ヴ 、 ス イ ス ） に て Stereolithography（STL） 形 式 に 変 換 し 、3D 画 像 の 再 構 築 を 行 っ

を 行 っ た 。 二 次 元 デ ー タ の 解 析 に は 、AZE Virtual Place Advance（ 株 式 会 社 AZE、 川 崎 市 、 神 奈 川 県 、 日 本 ） を 用 い た 。

3.2.4. 膝 関 節 可 動 時 に お け る 脛 骨 の 前 後 方 向 へ の 変 位 の 評 価

最 初 に 、 大 腿 骨 顆 間 窩 の 最 尾 側 点 と 脛 骨 粗 面 の 頂 点 に 印 を 付 け て 、 そ の 2 点 を 結 ぶ 直 線 を 描 い た 。 次 い で 、 大 腿 骨 と 脛 骨 の 側 面 像 を 用 い て 2 点 間 の 距 離 を 測 定 す る こ と に よ り 、 脛 骨 の 前 後 方 向 へ の 変 位 の 程 度 を 評 価 し た （ 図 3-4）。

3.2.5. 膝 関 節 可 動 時 に お け る 脛 骨 の 回 旋 の 評 価

ま ず は 、大 腿 骨 の 正 面 像 に て 、Paley の 方 法 に 基 づ い て 解 剖 軸 を 描 出 し た （Paley, 2003）。 次 い で 、 脛 骨 が 正 面 と な る 位 置 ま で 画 像 を 回 転 さ せ 、 大 腿 骨 の 解 剖 軸 と 脛 骨 粗 面 の 頂 点 の 距 離 を 測 定 す る こ と で 、 脛 骨 の 回 旋 の 程 度 を 評 価 し た （ 図 3-5）。

3.2.6. 膝 関 節 可 動 時 に お け る 脛 骨 の 内 反 お よ び 外 反 の 評 価

大 腿 脛 関 節 に お け る 脛 骨 の 内 反 お よ び 外 反 の 程 度 は 、 大 腿 骨 内 側 顆 と 外 側 顆 の 最 遠 位 端 を 結 ん だ 線 と 、 脛 骨 近 位 の 内 顆 と 外 顆 の 窩 部 を 結 ん だ 線 で な す 角 を 測 定 す る こ と で 評 価 し た （ 図 3-6）。

3.2.7. 統 計 学 的 解 析

本 検 討 で 得 ら れ た デ ー タ は 、 平 均 値±標 準 誤 差 と し て 示 し た 。 本 検 討 で は 、 全 て の 項 目 に つ い て 5°ご と に 計 測 し て 統 計 学 的 な 解 析 を 行 っ た 。 結 果 の 解 析 に は 、 統 計 分 析 ソ フ ト ウ ェ ア （GraphPad Prism 6;

GraphPad Software Inc.、La Jolla、 カ リ フ ォ ル ニ ア 州 、 米 国 ） を 使 用 し た 。 得 ら れ た デ ー タ は 、 一 元 配 置 分 散 分 析 （one-way ANOVA） を 用 い て 比 較 し 、事 後 検 定 と し て Tukey の 多 重 比 較 を 使 用 し た 。本 検 討 で は 、 p <0.05 を も っ て 有 意 差 あ り と 判 定 し た 。

図 3-1 十字靱帯断裂モデルの作製

膝関節を小切開した後に、No.11のメスを用いて各々 の靱帯線維を切除することで、十字靱帯の部分断裂 および完全断裂モデルを作製した。

図 3-2 膝関節の角度の測定

本検討では、Jaeggerらの関節角度の測定方法を参考に、関節 角度計（ゴニオメーター）を用いて膝関節の角度を測定した 。

図 3-3 4D-CT撮影時における膝関節の可動方法

肢端に固定したハンドルを用いて、膝関節を屈曲させながら CTの撮影を行った。

（A）膝関節を自然立位の角度で伸展させているところ。

（B）膝関節を屈曲させているところ。

A

B

図 3-5 膝関節可動時における脛骨の回旋の評価

脛骨の回旋の程度は、大腿骨の解剖軸（赤線）と脛骨粗面の頂点（黄色 丸）との距離を計測することで評価した。

図 3-6 膝関節可動時における脛骨の内反および外反の評価

脛骨の内反および外反の程度は、大腿骨内側顆と外側顆の最遠位端を結 んだ線と、脛骨近位の内顆と外顆の窩部を結んだ線でなす角度を測定す ることで評価した。

3.3. 結 果

3.3.1. 膝 関 節 可 動 時 に お け る 脛 骨 の 前 後 方 向 へ の 変 位

Intact 群 に お い て は 、い ず れ の 膝 関 節 の 角 度 に お い て も 、大 腿 骨 顆 間 窩 の 最 尾 側 点 と 脛 骨 粗 面 の 距 離 は 変 わ ら ず 、 脛 骨 の 前 方 お よ び 後 方 へ の 変 位 は 認 め ら れ な か っ た（ 図 3-7）。CrMB 群 と CdLB 群 に お い て も 、 Intact 群 と 同 じ 距 離 を 保 っ て お り 、い ず れ の 膝 関 節 の 角 度 に お い て も 明 ら か な 脛 骨 の 前 方 お よ び 後 方 へ の 変 位 は 認 め ら れ な か っ た （ 図 3-7）。

一 方 で 、CrCL 群 と CrCL+CaCL 群 に お い て は 、 い ず れ の 膝 関 節 の 角 度 に お い て も 、 大 腿 骨 顆 間 窩 の 最 尾 側 点 と 脛 骨 粗 面 の 距 離 が 大 き い 傾 向 が あ り 、Intact 群 、CrMB 群 、CdLB 群 に 比 べ 明 ら か な 脛 骨 の 前 方 へ の 変 位 が 認 め ら れ た（ 図 3-7）。脛 骨 の 前 方 変 位 の 程 度 は 、CrCL+CaCL 群 に お い て 最 も 大 き い 傾 向 が 認 め ら れ た （ 図 3-7）。

3.3.2. 膝 関 節 可 動 時 に お け る 脛 骨 の 回 旋

膝 関 節 可 動 時 に お け る 脛 骨 の 回 旋 の 程 度 を 客 観 的 に 評 価 し た と こ ろ 、 Intact 群 に お い て は 脛 骨 の 明 ら か な 内 旋 お よ び 外 旋 は 認 め ら れ な か っ た（ 図 3-8）。一 方 で 、CrMB 群 に お い て は 、自 然 立 位 の 時 点 で は Intact 群 と 差 が 認 め ら れ な か っ た も の の 、 膝 関 節 の 角 度 が 120°辺 り か ら 急 激 に 内 旋 し て い く 様 子 が 認 め ら れ た （ 図 3-8）。CdLB 群 に お い て も 、 膝 関 節 を 屈 曲 す る に つ れ て 脛 骨 が 内 旋 す る 傾 向 が 認 め ら れ た が 、 そ の 程

度 は CrMB 群 よ り も 小 さ か っ た（ 図 3-8）。CrCL 群 で は 、自 然 立 位 の 時 点 で 既 に Intact 群 よ り 脛 骨 が 内 旋 し て お り 、 さ ら に 屈 曲 す る に し た が っ て 脛 骨 が 内 旋 し て い く 傾 向 が 認 め ら れ た（ 図 3-8）。CrCL+CaCL 群 に お い て は 、 そ の 程 度 が さ ら に 大 き く な っ た 。 こ れ ら の 結 果 を ま と め る と 、 脛 骨 の 内 旋 の 程 度 は 、CrCL+CaCL 群 、CrCL 群 、CrMB 群 、CdLB 群 の 順 で 大 き い 傾 向 が あ っ た （ 図 3-8）。

3.3.3. 膝 関 節 可 動 時 に お け る 脛 骨 の 内 反 お よ び 外 反

膝 関 節 可 動 時 に お け る 、 脛 骨 の 内 反 お よ び 外 反 の 程 度 を 評 価 し た と こ ろ 、Intact 群 、CrMB 群 、CdLB 群 、CrCL 群 、CrCL＋CaCL 群 の い ず れ の 群 お い て も 、 脛 骨 の 明 ら か な 内 反 お よ び 外 反 は 認 め ら れ な か っ た

（ 図 3-9）。