Les progrès de la technologie et de la miniaturisation des capteurs permettent désormais de mesurer les mouvements locomoteurs grâce à des systèmes embarquables, abordables et faciles d’utilisation. Cela ouvre la voie à une application de routine en clinique et notamment pour chaque cas nécessitant une évaluation locomotrice fine.
Le système EQUISYM® a ainsi été développé pour soutenir le vétérinaire au cours de son diagnostic en apportant des mesures objectives et chiffrées de la locomotion. Il propose ainsi une analyse globale de la locomotion du cheval et une classification des données facilitant le suivi long terme notamment.
Cet article vous amènera dans les différentes étapes de son développement s’inscrivant au sein d’un programme de recherche ambitieux issu d’un LabCom (laboratoire public-privé de recherche soutenu par l’ANR) associant l’École vétérinaire d’Alfort et la société LIM France-Arioneo.
Contexte et ojectifs
La performance est un enjeu majeur de la filière équine. Les lésions de l’appareil locomoteur chez le cheval constituent la première cause de défauts de performance voire d’interruptions de carrière. Afin de les limiter, la prévention, le diagnostic et le suivi doivent être optimisés.
Dans la pratique vétérinaire, l’évaluation du cheval en mouvement est indispensable. Elle permet de déterminer la localisation, le grade et le type de boiterie. Ces éléments orientent fortement le vétérinaire dans la suspicion d’une affection et donc sur les examens complémentaires à réaliser pour établir un diagnostic précis.
Cependant les conclusions de cette évaluation locomotrice visuelle sont variables d’un vétérinaire à l’autre. C’est pourquoi l’objectivation de la mesure de la boiterie devient un enjeu majeur pour améliorer l’efficacité de la pratique vétérinaire dans le domaine de la pathologie locomotrice des chevaux.
L’objectif de ce projet est l’intégration d’un système de quantification de l’asymétrie pour l’aide au diagnostic locomoteur dans la pratique vétérinaire courante. Cette aide peut être la confirmation d’un diagnostic visuel, la révélation de faiblesses locomotrices subtiles pour l’œil ou la quantification d’un changement locomoteur.
Méthodes
EQUISYM est un projet porté depuis 2018 par le LabCom CWD-Vetlab, un laboratoire public-privé de recherche et d’innovation sur la locomotion du cheval athlète entre l’entreprise LIM France et l’École nationale vétérinaire d’Alfort. Il rassemble une équipe pluridisciplinaire (chercheurs en biomécanique, cliniciens, ingénieurs en traitement du signal, statisticiens…) pour répondre aux problématiques cliniques, scientifiques et aux enjeux techniques d’une recherche orientée autour de la performance et de l’intégrité physique du cheval athlète.
En s’appuyant sur l’expertise clinique de l’EnvA-CIRALE (Centre d’Imagerie et de Recherche sur les Affections Locomotrices Equines), le système EQUISYM a été placé sur 800 chevaux venus consulter entre septembre 2019 et février 2023 afin de créer une base de données croisées entre examen locomoteur et données quantifiées du système.
En effet, dans le cadre de l’examen locomoteur, le clinicien spécialiste relève la présence de boiteries ou d’autres anomalies de la démarche. Puis il établit un diagnostic lésionnel grâce aux investigations réalisées avec l’imagerie médicale.
Une analyse statistique poussée de cette base a permis de valider la fiabilité des données issues d’EQUISYM ainsi que la signification clinique des résultats en corrélant le diagnostic vétérinaire avec les résultats du système.
En complément, de larges campagnes de mesures ont été réalisées sur différents chevaux performants sportivement afin de construire une base de données similaires (EQUISYM + examen clinique vétérinaire) « de chevaux sains ».
D’autres compétences techniques ont été nécessaires au développement matériel de l’outil. Des prototypistes en sellerie ont créé les attaches des capteurs sur le cheval. Le travail conjoint d’ingénieurs électroniques, de développeur et de designers produits et en conception mécanique s’est matérialisé en une application sur tablette connectée à des capteurs mesurant le mouvement du cheval simple d’utilisation.
Résultats
Le travail synergique mis en place par cette équipe pluridisciplinaire a abouti en un système de quantification de l’asymétrie locomotrice chez le cheval à destination des vétérinaires.
Présentation du système EQUISYM
EQUISYM est présenté sur un cheval en Figure 1. Ce système est composé de 7 capteurs inertiels dont 4 sont placés sur les canons pour détecter le trot et les appuis (1). Les 3 autres capteurs mesurent le déplacement vertical de la tête, du garrot et de la croupe. Ils sont mis en place sur le cheval par des attaches spécifiques réglables. Une tablette manipulée par le vétérinaire permet de commander les capteurs (début et fin d’enregistrement) ; d’organiser les exercices demandés au cheval en fonction de l’allure, du sol (dur ou mou) et de la figure (ligne droite, tests de flexion, cercles) ; de filmer le cheval en mouvement ; et d’avoir accès aux résultats.
Figure 1 – Le système EQUISYM
Interprétation des résultats
Les indices d’asymétrie comparent les déplacements verticaux liés à l’action du membre gauche avec ceux liés à l’action du membre droit (Figure 2). Ainsi sont comparés le minimum atteint lors de la mise en charge (=MIN), le maximum atteint lors de la propulsion (=MAX) et l’amplitude d’élévation entre ce minimum et ce maximum (=AMPLITUDE). Un indice positif qui se décale à droite montre une réduction des mouvements sur le membre droit, un indice négatif se décalant à gauche montre une réduction des mouvements sur le membre gauche. Plus l’indice d’asymétrie s’éloigne de zéro (ligne médiane en pointillée sur le cheval vu du dessus), plus les indices du côté concerné sont altérés. Les déplacements de la tête et du garrot révèlent particulièrement les boiteries antérieures, le déplacement de la croupe révèle particulièrement les boiteries postérieures (2). Cependant, les mouvements des 3 parties sont soumis à des interactions.
Figure 2 – Courbe de déplacement et indices d’asymétrie du garrot pour un cheval boiteux de l’antérieur droit (AD)
Validations scientifiques
La fiabilité des mesures a été validée par la mesure de l’exactitude en comparant les valeurs mesurées par le système EQUISYM aux valeurs réelles de déplacement mesurées par le système référence en analyse du mouvement : la cinématique 3D à marqueurs réfléchissants (MOCAP) (3). La mesure de la précision a complété la validation des mesures (4) afin de s’assurer que les mesures soient répétables sur un même cheval et quel que soit l’utilisateur.
Une autre partie du travail de recherche a porté sur la détermination de valeurs seuils afin de discriminer la boiterie en ligne droite (vs une locomotion de cheval sain) permettant ainsi d’aider à la signification clinique des valeurs d’asymétrie proposée dans l’application (Figure 2) (2). L’étude a été élargie à la locomotion sur les cercles, partie essentielle de l’examen locomoteur (5).
Enfin une étude préliminaire révèle une forte corrélation de l’évolution de l’asymétrie avec l’effet des anesthésies diagnostiques jugées par des vétérinaires spécialistes (6).
Conclusions et applications pratiques
EQUISYM est un outil de quantification de l’asymétrie développé dans un but d’aide au diagnostic dans la pratique vétérinaire de tous les jours.
Les chercheurs en biomécanique équine s’accordent pour dire qu’un diagnostic de boiterie doit être la combinaison de l’interprétation de données de mesure objectives avec l’avis vétérinaire. En effet, le challenge est de déterminer s’il existe une asymétrie de la démarche et de juger la présence ou non d’un état pathologique sous-jacent. L’objectif du clinicien est bien de déterminer si l’asymétrie analysée doit être considérée comme un signe clinique de boiterie.
Pour cela, des valeurs seuils de détection de boiterie ont été définis scientifiquement pour chaque membre afin d’aider à l’interprétation clinique de l’asymétrie. Ils aident le vétérinaire à décider de la présence et de la localisation d’une boiterie sur la ligne droite et sur les cercles, particulièrement lors de boiterie subtile. Ainsi l’outil EQUISYM aide à suspecter des affections et à orienter sur les examens complémentaires à réaliser pour établir un diagnostic précis.
Chaque cheval a une locomotion qui lui est propre. Des seuils de changement de locomotion significatif suite à un test de flexion, une anesthésie diagnostique, un traitement ou un entrainement permettraient de connaitre l’effet qu’a eu cet événement sur le cheval.
Les anesthésies diagnostiques d’une partie du membre suivie de la réévaluation de la boiterie fournit de précieuses informations sur la localisation de la lésion. Dans ce cadre, EQUISYM quantifie la potentielle amélioration attendue et évite les biais cognitifs sur la conclusion de ce test.
De même, l’évaluation de l’évolution de la boiterie sur plusieurs jours, semaines ou mois permet de déterminer l’effet d’une réhabilitation sportive. La décision de poursuite ou du changement de traitement dépend de cette évolution. La mémoire de la boiterie initiale, enregistrée lors de la mise en place du traitement, permet une comparaison objective.
Enfin, grâce à la répétabilité des mesures, le suivi locomoteur de chevaux athlètes à l’entrainement permettrait de détecter les faibles changements de locomotion. Cela pourrait prédire précocement les lésions débutantes et agir avant leur aggravation.
Nous tenons à remercier les auteurs de l’article – Claire Macaire, Pauline Martin, Henry Chateau, Frédéric Marin – ainsi que Jean-Marie Denoix, Emeline De Azevedo, Virginie Coudry, Sandrine Jacquet, Lélia Bertoni, Amélie Tallaj, Fabrice Audigié, Chloé Hatrisse, Sandrine Hanne-Poujade et Camille Hébert.
Merci à nos partenaires et financeurs
Pour en savoir plus :
(1) Hatrisse, C.; Macaire, C.; Sapone, M.; Hebert, C.; Hanne-Poujade, S.; De Azevedo, E.; Marin, F.; Martin, P.; Chateau, H. Stance Phase Detection by Inertial Measurement Unit Placed on the Metacarpus of Horses Trotting on Hard and Soft Straight Lines and Circles. Sensors 2022, 22, 703, doi:10.3390/s22030703.
(2) Macaire, C.; Hanne-Poujade, S.; De Azevedo, E.; Denoix, J.-M.; Coudry, V.; Jacquet, S.; Bertoni, L.; Tallaj, A.; Audigié, F.; Hatrisse, C.; et al. Investigation of Thresholds for Asymmetry Indices to Represent the Visual Assessment of Single Limb Lameness by Expert Veterinarians on Horses Trotting in a Straight Line. Animals 2022, 12, 3498, doi:10.3390/ani12243498.
(3) Parmentier, J.; Schmutz, A.; Sapone, M.; Mansour, K.B.; Marin, F.; Martin, P.; Chateau, H. Effet de la vitesse sur l’asymétrie du cheval. JSIE 2019.
(4) Timmerman, I.; Macaire, C.; Hanne-Poujade, S.; Bertoni, L.; Martin, P.; Marin, F.; Chateau, H. A Pilot Study on the Inter-Operator Reproducibility of a Wireless Sensors-Based System for Quantifying Gait Asymmetries in Horses. Sensors 2022, 22, 9533, doi:10.3390/s22239533.
(5) Macaire, C.; Hanne-Poujade, S.; De Azevedo, E.; Denoix, J.-M.; Coudry, V.; Jacquet, S.; Bertoni, L.; Tallaj, A.; Audigié, F.; Hatrisse, C.; et al. Exploration of asymmetry thresholds to characterise hindlimb lameness on the circle. Comparative Exercise Physiology 22, Vol. 18, Supp 1, 49.
(6) Pichard R. Utilisation d’un système de quantification des boiteries (EQUISYMND) pour évaluer l’effet des anesthésies diagnostiques chez le cheval. Thèse vétérinaire 2021.
Mots-clés: système de quantification de l’asymétrie, asymétrie locomotrice, suivi locomoteur, outil de quantification de l’asymétrie, EQUISYM, pathologie locomotrice,…