Background: The health and performance of horses are significantly affected by diseases associated with the hoof. Laminitis is a critical hoof disease that causes pain and, potentially, severe hoof and bone pathology.
Objective: To generate an equine hoof finite element (FE) model to investigate the impact of normal and toe-in hoof conformations on the degeneration (decrease in elastic modulus) of the laminar junction (LJ), as occurs in chronic laminitis.
Study design: Computer software modelling.
Methods: A hoof FE model was generated to investigate the biomechanics of hoof laminitis. A 3D model, consisting of nine components, was constructed from computed tomography scans of an equine left forelimb hoof. The model was loaded with 100 cycles of trotting. Two different centres of pressure (COP) paths representing normal and toe-in conformations were assigned to the model. LJ injury was modelled by degenerating the tissue's elastic modulus in the presence of excessive maximum principal stresses.
Results: FE models successfully showed findings similar to clinical observations, confirming third phalanx (P3) dorsal rotation, a symmetric distal displacement of the P3 (2 mm at the lateral and medial sides) in the normal model, and an asymmetric distal displacement of the P3 (4 mm at the lateral and 1.5 mm at the medial side) in the toe-in model. The proximal distance between P3 and the ground after LJ degeneration in the current model was significantly different from experimental measurements from healthy hooves (P < 0.01).
Main limitations: The inability to account for variations in population geometry and approximation of boundary conditions and system relations were the limitations of the current study.
Conclusions: The distribution of LJ tissue degeneration was symmetric at the quarters in the normal hoof and in comparison, there was a lateral concentration of degeneration in the toe-in model.
Historial: La salud y el desempeño atlético de los caballos son afectados por patologías asociadas al casco. La laminitis es una enfermedad critica del casco que causa dolor y, potencialmente, patología severa del casco y ósea.
Objetivo: Generar un modelo finito del casco equino para investigar el impacto de la conformación normal y del dedo-hacia-adentro sobre la degeneración (reducción del módulo elástico) de la unión laminar (UL), como ocurre en la laminitis crónica. DISEÑO DEL ESTUDIO: Modelado por computadora. MÉTODOS: Un modelo de elemento finito (EF) de casco fue generado para investigar la biomecánica de la laminitis en el casco. Un modelo 3D, que consistía de nueve componentes, fue construido a partir de imágenes de tomografía computarizada de un casco equino izquierdo. El modelo fue cargado con 100 ciclos de trote. Dos vías con centros de presión (VCP) distintos representando la conformación normal y dedo-hacia-adentro fueron asignadas al modelo. La lesión de la UL fue modelada degenerando el modelo elástico del tejido en la presencia de estrés principales excesivos máximos.
Resultados: Los modelos EF mostraron exitosamente hallazgos similares a las observaciones clínicas, confirmando que la rotación dorsal de la tercera falange (F3), con un desplazamiento distal simétrico de F3 (2 mm por medial y lateral) en el modelo normal, y un desplazamiento distal asimétrico de F3 (4 mm por lateral y 1.5 mm por medial) en el modelo dedo-hacia-adentro. La distancia proximal entre F3 y el suelo después de la degeneración de la UL en el modelo actual fue significativamente diferente de las mediciones experimentales de casco saludables (P < 0.01).
Limitaciones del estudio: La inhabilidad de tomar en cuenta las variaciones en la geometría de la población y la aproximación de condiciones marginales, y relaciones de sistemas fueron las limitantes de este estudio.
Conclusiones: La distribución de la degeneración del tejido de la UL fue simétrico en los cuartos en el casco normal, hubo una concentración lateral de la degeneración en el modelo dedo-hacia-adentro. PALABRAS CLAVE: laminitis, conformación del casco del caballo, centro de presión, método de elemento finito, modelo hiperelástico.
Keywords: Centre of pressure; finite element method; horse; horse hoof conformation; hyperelastic model; laminitis.
© 2022 The Authors. Equine Veterinary Journal published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of EVJ Ltd.