Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Cheval – Locomotion“

L’utilisation de tapis roulant permet de contrôler la vitesse et d’ajouter une pente, sur un sol ferme et constant. On peut donc contrôler la progression du travail, notamment lors de remise en activité. Le tapis roulant induit des modifications de la locomotion (augmentation de la phase d’appui et de la phase postérieure de la foulée). Il faut veiller à la rectitude du cheval (ce qui nécessite la présence de deux personnes). L’affranchissement du poids du cavalier est particulièrement intéressant en cas de dorsalgie et d’affection incluant les boulets son appareil suspenseur. L’ajout d’une pente favorise la musculation du dos et de l’arrière-main en reportant le poids vers l’arrière, et doit, par conséquent, être utilisée avec précaution lors d’affections des postérieurs. Certains chevaux s’adaptent à la pente avec une extension lombaire exagérée : il faut surveiller la posture du cheval. L’ajout d’eau permet de limiter l’impact du poids (réduction de 30 p. cent du poids effectif avec de l’eau au niveau de l’épaule). La résistance induite par l’eau exige un effort supplémentaire qui permet de renforcer la musculature. La pression hydrostatique produit un effet de massage. Chaque individu modifie sa locomotion dans l’eau de manière différente : il convient de déterminer quel est le geste que l’on veut privilégier et identifier lors des premières séances quelles sont les hauteurs d’eau et vitesse qui permettent de l’obtenir. Le plus cohérent est de sélectionner la vitesse en fonction de l’individu, et la profondeur de l’eau en fonction du but recherché. Il est essentiel de prescrire un protocole de remise en condition “cardio” lors du retour au travail monté, car contrairement aux idées reçues, le travail en aquatrainer, même avec des hauteurs d’eau conséquentes, ne permet pas d’atteindre les fréquences cardiaques obtenues sur le sol lors de travail monté ou attelé.

L’utilisation de tapis roulant permet de contrôler la vitesse et d’ajouter une pente, sur un sol ferme et constant. On peut donc contrôler la progression du travail, notamment lors de remise en activité. Le tapis roulant induit des modifications de la locomotion (augmentation de la phase d’appui et de la phase postérieure de la foulée). Il faut veiller à la rectitude du cheval (ce qui nécessite la présence de deux personnes). L’affranchissement du poids du cavalier est particulièrement intéressant en cas de dorsalgie et d’affection incluant les boulets son appareil suspenseur. L’ajout d’une pente favorise la musculation du dos et de l’arrière-main en reportant le poids vers l’arrière, et doit, par conséquent, être utilisée avec précaution lors d’affections des postérieurs. Certains chevaux s’adaptent à la pente avec une extension lombaire exagérée : il faut surveiller la posture du cheval. L’ajout d’eau permet de limiter l’impact du poids (réduction de 30 p. cent du poids effectif avec de l’eau au niveau de l’épaule). La résistance induite par l’eau exige un effort supplémentaire qui permet de renforcer la musculature. La pression hydrostatique produit un effet de massage. Chaque individu modifie sa locomotion dans l’eau de manière différente : il convient de déterminer quel est le geste que l’on veut privilégier et identifier lors des premières séances quelles sont les hauteurs d’eau et vitesse qui permettent de l’obtenir. Le plus cohérent est de sélectionner la vitesse en fonction de l’individu, et la profondeur de l’eau en fonction du but recherché. Il est essentiel de prescrire un protocole de remise en condition “cardio” lors du retour au travail monté, car contrairement aux idées reçues, le travail en aquatrainer, même avec des hauteurs d’eau conséquentes, ne permet pas d’atteindre les fréquences cardiaques obtenues sur le sol lors de travail monté ou attelé.

Pour obtenir un panorama actuel de la recherche équine en France et dans le monde, une étude bibliométrique a été réalisée à partir des publications scientifiques concernant le cheval et recensées dans les bases CAB abstracts de CAB International et Current Contents de l’Institute for Scientific Information au cours des années 1998-2000. Après une structuration thématique combinant méthodes bibliométriques et avis d’experts, ces articles ont été ventilés en fonction des thématiques étudiées, des localisations des équipes signataires et du support de communication. Le fichier final comporte 6775 publications, pour deux tiers issues de journaux scientifiques, 31 % provenant de journaux de transfert et 6 % de comptes rendus de congrès. Plus de la moitié des contributions traitent de pathologie. Viennent ensuite la locomotion et médecine sportive (17 %), la reproduction (11 %). La nutrition et la génétique se partagent 9 % des contributions. Les autres thématiques définies en sciences du vivant sont le comportement et bien-être, les espèces asines et les équidés sauvages, le dopage. Environ 4 % des notices relèvent des sciences humaines et sociales. L’Amérique du Nord et l’Union Européenne constituent les deux principaux pôles de recherche mondiaux avec 40 et 36 % des articles chacun. La France occupe la 7ème place (3,4 % des articles scientifiques) derrière les USA, le Royaume-Uni (12,5 %), l’Allemagne (6,3 %), le Japon (4,3 %), le Canada (3,8 %) et l’Australie (3,8 %). La France remonte à la 4ème place si l’on si l’on considère l’ensemble des articles. Ceci illustre l’importance de la littérature de transfert ou de comptes rendus de colloques. La France apparaît relativement spécialisée sur la reproduction, le dopage et les sciences humaines et sociales, avec en revanche un investissement relatif moindre sur le comportement et la pathologie. La région Ile de France est la première région française en matière de recherche équine, avec 37,5 % des articles. Les autres régions importantes sont les régions Centre, Rhône-Alpes, Pays de la Loire, Midi-Pyrénées et Basse-Normandie. Cette atomisation géographique des équipes explique qu’aucune ville française ne figure parmi les 25 villes leaders.

Abstract Collecting animals from the field and bringing them into the laboratory elicits acute and chronic stress responses that may affect the interpretation of experimental outcomes. The effects of prolonged laboratory holding (three months) on labile traits (metabolic rate and spontaneous activity) were quantified for the Atlantic rock crab Cancer irroratusSay, 1817. The effects of diet (heterogenous versus homogenous) on crab condition (hemolymph protein density, crab mass, and chelal compression strength) were also assessed. When offered a heterogeneous diet C. irroratus displayed a clear preference for mussels and an aversion to herring and algae. The amount crabs ate in the laboratory was negatively correlated to the density of hemolymph protein at the time of collection, which affirms the strong link between nutritional status and hemolymph protein in crustaceans. It also suggests that crabs in good nutritional condition may forgo eating even a high-quality meal if they are stressed. Overall, providing a heterogenous diet did not significantly improve survival rates or affect labile-trait responses in crabs. In contrast, prolonged holding in the laboratory had considerable effects on labile traits: resting metabolic rate (RMR) was highest after one week, but declined over the holding period. There was also a reduction in variation of locomotor activity for approximately 4 weeks. Acute stress responses (increased RMR and activity) also occurred after transfer from holding tanks to experimental chambers, likely due to animal handling. Given the increasing attention paid to animal sentience and welfare, especially for decapod crustaceans, the amount of time that wild crustaceans are held in the laboratory should be considered carefully.

É com enorme prazer que participo neste número da Gazeta Médica, a revista científica da José de Mello Saúde, com a redação do seu editorial. Sendo já de todos nós conhecida a excelência do seu conteúdo científico, coroada com a sua indexação no Directory of Open Access Journals (DOAJ), mais uma vez integra um conjunto de artigos originais de investigação, reflexão e revisão de diversas áreas do conhecimento médico. A constituição de corpos clínicos diferenciados é a génese do sucesso do Grupo José de Mello Saúde, em todas as suas Unidades. Pretende-se, desta forma, corresponder aos anseios dos doentes, que querem ser tratados pelos “melhores médicos”. Para tal, consideramos a subespecialização como a única possibilidade de chegar à excelência, quer pela concentração do conteúdo científico, quer pela experiência acumulada. Este número pretende dar uma perspetiva do futuro de áreas de conhecimento médico, como a Imagiologia do século XXI e a utilização de novas tecnologias em crianças e jovens, resultante da evolução digital e eletrónica ao serviço da clínica. Esta edição apresenta, também, diversos casos clínicos, resultado da atividade desenvolvida nas diversas Unidades. Por deformação profissional, de especialidade, vou focar-me na evolução da ortopedia como especialidade médica, eminentemente cirúrgica, de “trato fino e delicado”. O adágio: “grande incisão, grande cirurgião” associado à especificidade da cirurgia ortopédica em termos de técnicas e materiais, foi em tempos idos imagem desta especialidade. A compreensão do papel da Ortopedia nos nossos dias implica conhecimento do passado, da sua génese. A Ortopedia é o ramo médico que tem como objeto o aparelho locomotor. O termo foi pela primeira vez utilizado por Nicolas Andry, Professor da Universidade de Paris, em 1741, significando a correção das deformidades musculoesqueléticas nas crianças. A ortopedia moderna foi iniciada com os trabalhos de Hugh Owen Thomas e Robert Jones, que recomendavam o repouso como o melhor tratamento para as fraturas do fémur e da tuberculose óssea. Mas foi com as duas Grandes Guerras do século XX que se iniciaram os progressos no tratamento do trauma. As amputações predominavam como forma de tratamento das fraturas na Primeira Guerra Mundial, mas os primeiros encavilhamentos intramedulares do fémur e tíbia de Gerhard Kuntsher revolucionaram a sua abordagem. Contudo, a grande escola de Trauma nasceu em 1958, em Davos, Suíça, fundada por Muller, Schneider, Willenegger e Allgower (escola AO: Arbeitsgemeinschaft fur Osteosynthesefragen - Associação para o estudo da fixação interna), que ainda hoje mantém os princípios atuais que orientam toda a formação em traumatologia. A evolução resulta da investigação em ciência básica, centrando a biologia no processo da cura óssea. O tratamento moderno da artrose da anca iniciou-se com Sir John Charnley, em 1960, sendo o princípio daquela que é a cirurgia mais realizada em todo o mundo! Nos últimos 40 anos o progresso tecnológico foi vertiginoso. Masake Watanabe e Bob Jackson introduziram a cirurgia artroscópica no mundo ortopédico, nos anos sessenta, revolucionando completamente a medicina desportiva. Hoje a alta competição desportiva tem ao seu dispor técnicas de abordagem articular com portas de entrada e agressividade cirúrgica minor, terapêuticas conservadoras e tempos de recuperação curtos. Um problema sério do atual mundo ocidental resulta da melhoria dos cuidados médicos, com o consequente aumento da esperança de vida. Hoje vive-se muito mais, em média mais 10 a 15 anos que há um século atrás. Este envelhecimento populacional implica custos elevados em termos de cuidados médicos em geral e ortopédicos em particular. A osteoporose afeta mais de 200 milhões de pessoas nos Estados Unidos e União Europeia, sendo a primeira fratura o principal fator de risco para uma nova fratura. Fratura do fémur proximal, coluna, rádio distal são as mais frequentes, congestionando diariamente os serviços de ortopedia e implicando custos económicos elevados diretos. A abordagem cirúrgica da fratura osteoporótica é hoje em dia um desafio técnico em termos de cirurgia e implantes utilizados. Os princípios, apesar de manterem a base, têm a particularidade e o desafio da fixação mecânica de osso frágil, utilizando implantes longos de fixação bloqueada e de preservação biológica. É esta preservação biológica que está no princípio MIS (minimaly invasive surgery) realizando a mesma técnica, mas com abordagens mínimas utilizando suportes de imagem, (C-ARM O-ARM) ou amplificação ótica (lupas ou microscópio). Executar cirurgia de coluna, por técnicas minimamente invasivas, corresponde a um avanço enorme na redução da agressividade cirúrgica. Torna-se ainda mais significativo no tratamento cirúrgico da escoliose pela redução da abordagem, do tempo cirúrgico, e das perdas hemáticas, resultando habitualmente em tempos de internamento e de recuperação mais rápidos. Encerro o editorial assinalando a evolução tecnológica vertiginosa ao dispor da medicina/cirurgia recordando, todavia, que a nossa atividade clínica nunca pode deixar de considerar o doente como o motivo de toda a dedicação. Eduardo MendesDiretor Clínico CUF Viseu

La pratique de l’équitation à haut niveau requière des charges et volumes d’entrainement importants pour le cheval. Le phénomène de fatigue chez le cheval peut avoir des conséquences lésionnelles, il apparait lorsque celui-ci est soumis à des entrainements trop intenses et/ou trop fréquemment répétés. Les premiers signes de l’apparition d’une lésion se traduisent par des anomalies locomotrices souvent discrètes, caractérisées, par exemple, par la modification de la durée d’appuis et/ou de la durée de foulée ou une diminution des amplitudes de mouvement du dos. Ces anomalies peuvent être difficiles à diagnostiquer de façon précoce par les vétérinaires. Si ces signes ne sont pas détectés, l’intensité des entrainements n’est pas adaptée en conséquence, laissant les lésions s’aggraver et s’installer plus durablement. Ainsi, être capable de détecter précocement l’apparition des anomalies locomotrices et de contrôler la charge de travail est essentiel, pour éviter des conséquences irréversibles d’un surentrainement. Le projet ANR CAPT-ESE, dans lequel s’inclut ce travail de thèse, s’intéresse à la prévention et à la gestion des affections locomotrices du cheval par le suivi et l’optimisation des entraînements. Dans ce contexte, le protocole du projet prévoit l’inclusion de vingt chevaux, atteints de lésions dorsales. Ils suivront un protocole d’entrainements et d’examens vétérinaires strict et seront équipés de capteurs embarqués directement intégrés dans le harnachement du cheval, pour chacun d’eux. Ce travail de thèse comprend deux volets. Le premier volet consiste à développer et valider des méthodes de quantification des paramètres locomoteurs du cheval, basées sur des données issues de ces capteurs, permettant la détection d’anomalies locomotrices. Le second volet consiste à quantifier la charge d’entrainement, en combinant des paramètres locomoteurs et physiologiques du cheval. Ces deux volets seront mis en relation dans le cadre d’analyses longitudinales sur la base des données collectées tout au long du protocole. Premièrement, des méthodes de détection des débuts et fins d’appuis ont été développées. Ces méthodes sont applicables en milieu terrestre, avec différents types de sol (asphalte, caoutchouc, sable, …), ainsi qu’en milieu aquatique, lors de la marche sur tapis roulant immergé, facilitant le suivi des paramètres locomoteurs de foulée dans différentes conditions. Une méthode de quantification des mouvements du dos a également été développée. Les résultats ont montré une cohérence entre les amplitudes de mouvement du dos du cheval mesurées avec cette méthode et celles mesurées avec un système de mesures cinématiques de référence. La comparaison des données mesurées avec l’évaluation visuelle et subjective de la mobilité dorsale par des vétérinaires montre par ailleurs la difficulté à estimer correctement ce paramètre. Deuxièmement, une méthode basée sur l’apprentissage machine, mettant en relation l’évolution de la lactatémie sanguine (rendant compte de la fatigue musculaire du cheval) et l’évolution des paramètres locomoteurs et physiologiques, a permis de prédire les états aérobie et anaérobie lors de tests d’effort. Cette méthode a mis en évidence les paramètres locomoteurs et physiologiques les plus pertinents pour estimer la charge de travail, conduisant à la création d’un indicateur d’intensité de l’entrainement. Les travaux postérieurs à cette thèse (projet ANR en cours) consisteront à réaliser des analyses longitudinales de ces deux volets d’études. A terme, les outils mis en place pourraient être intégrés dans des dispositifs pour les cavaliers afin d’optimiser la prévention des troubles locomoteurs
High-level horse riding requires significant training loads and volumes for the horse. Fatigue, which can lead to injuries, occurs when horses are subjected to overly intense or excessively frequent training sessions. The first signs of injury often manifest as subtle locomotor anomalies, such as changes in the stance phase and/or stride duration, or a reduced range of motion of the back. These anomalies can be challenging for veterinarians to diagnose early. If these signs go unnoticed, the training intensity is not adjusted accordingly, leading to the worsening and chronicity of injuries. Therefore, early detection of locomotor anomalies and proper management of training loads are crucial to prevent irreversible consequences from overtraining. The ANR CAPT-ESE project, which includes this thesis work, focuses on the prevention and management of locomotor disorders in horses through the monitoring and optimization of training. In this context, the project protocol includes the participation of twenty horses with back injuries. These horses will follow a strict training and veterinary examination protocol, and will be equipped with sensors directly integrated into their harness, for all of training and exams. This thesis work is divided into two main components. The first component involves developing and validating methods for quantifying the horse’s locomotor parameters using these sensor data, enabling the detection of locomotor anomalies. The second component focuses on quantifying the training load by integrating the horse's locomotor and physiological parameters. These two components will be linked through longitudinal analyses based on the data collected throughout the protocol. First, methods for detecting the foot-on and foot-off events were developed. These methods are applicable in terrestrial environments, with various types of surfaces (asphalt, rubber, sand, etc.), as well as in aquatic environments during underwater treadmill walking, facilitating the monitoring of stride locomotor parameters in different conditions. A method for quantifying back movements was also developed. The results showed consistency between the ranges of motion of the horse's back measured with this method and those measured with a reference kinematic system. However, comparing the measured data with the veterinarians’ visual and subjective assessment of back mobility highlights the challenge of accurately estimating this parameter. Second, a machine learning-based method, linking the evolution of blood lactate levels (indicating the horse's muscle fatigue) with changes in locomotor and physiological parameters, allowed for the prediction of aerobic and anaerobic states during exercise tests. This method identified the most relevant locomotor and physiological parameters for estimating the workload, leading to the creation of a training intensity indicator. Further work beyond this thesis (ongoing ANR project) will involve conducting longitudinal analyses of these two study components. In the long term, the tools developed could be integrated into devices for riders to optimize the prevention of locomotor disorders

L'objectif de cette thèse était de développer une méthode de mesure des rotations tridimensionnelles des articulations digitales chez le cheval et d'appliquer cette technique à la quantification des effets de modifications d'appui du pied. Le premier chapitre synthétise le contexte expérimental, les questions et les démarches qui ont servis de fil conducteur à cette étude. Le chapitre 2 décrit une méthode originale, mise en œuvre in vitro, permettant de mesurer, sur membres isolés soumis à compression, les mouvements des articulations digitales selon 3 degrés de liberté en rotation. Dans les chapitres 3 à 5, cette méthode est utilisée pour tester les effets de modifications d'appui du pied dans le plan transversal ou dans le plan longitudinal afin de reproduire les conditions d'appui générées par un déplacement sur un cercle ou par des ferrures correctrices. Ces conditions expérimentales reproduites in vitro ne permettaient cependant qu'une extrapolation partielle des résultats in vivo. Afin de palier ces déficiences, le protocole a été adapté au cheval en mouvement, en modifiant d'une part le système d'analyse cinématique (chapitre 6) et en mettant au point d'autre part une technique de mesure invasive des mouvements des segments osseux (chapitre 7) permettant de s'affranchir du recours à des marqueurs cutanés dont les mouvements par rapport à l'os ne reflètent pas le mouvement réel des segments. La capacité de la technique à mesurer avec précision les 3 rotations anatomiques des articulations digitales a été mise à profit pour tester les effets de différentes conditions d'appui et notamment ceux du déplacement sur un cercle court au pas (chapitre 8). Les résultats obtenus ont permis de proposer des éléments objectifs et quantifiés pour une meilleure interprétation de l'étiopathogénie des affections ostéo-articulaires et tendineuses chez le cheval. Enfin, le chapitre 9, en faisant le bilan des apports et des limites, ébauche de nouvelles perspectives de recherche
The aim of this study was to develop a method allowing to measure three-dimensional rotations in the digital joints of the horse and to quantify the effects of changes in the hoof orientation on these movements. The first chapter states on the experimental context, main questions and process that supported this study. Chapter 2 describes an original method that allowed us to quantify movements of the digital joints in terms of 3 anatomical rotations. This method was first applied in vitro on isolated forelimbs that were loaded under a power-press. Chapters 3 to 5 show how this method was employed for testing the effects of transversal and sagittal changes in the hoof orientation. Those in vitro conditions were used to simulate displacement on a circle or corrective shoeing. But, in vitro simulations can not merely be extrapolated to in vivo conditions. The experimental procedures were therefore adapted to moving horses. For this purpose, the kinematic analysis system was changed (chapter 6) and an invasive surgical approach was developed (chapter 7). This allowed us to measure real movements of the segments without resort to skin markers which were not sufficiently representative of the movements of the underlying bones. The ability of this method to detect small changes in the three-dimensional rotations of the digital joints was used to test the effects of several stance conditions and especially the effects of displacements on a short circle at the walk. Results allowed to propose objective and quantified data for improving our interpretation of the aetio-pathogeny of osteo-articular injuries in the lame horse. Lastly, chapter 9 states on the new findings and limits of this work and leads to propose future research prospects

Cette étude contribue à apporter des éléments objectifs sur l'analyse mécanique de la locomotion du cheval de dressage, discipline encore fortement sous l'emprise de traités anciens, qui mêle à la fois les dimensions artistique et sportive de cette activité. Un premier chapitre, sur la base d'une étude bibliographique, présente ces références historiques, emprunts d'empirisme. Les premières analyses scientifiques font appel à l'analyse cinématographique. La difficulté de mise en œuvre de ce type de protocole nous a conduit à expérimenter un nouvel outil de mesure (Equimétrix) mis au point par le département de génétique animale (INRA). La présentation de cet outil et le traitement des données accélérométriques associé font l'objet du chapitre 2. Le troisième chapitre est consacré à la validation du système Equimétrix, par comparaison avec les mesures cinématographiques. Enfin, les outils théoriques et expérimentaux validés, nous proposons dans une dernière partie plusieurs applications dont le but est de définir des critères permettant de mieux objectiver la locomotion du cheval de dressage. Il s'agit d'apporter aux cavaliers, aux entraîneurs et aux juges, une expertise supplémentaire venant ainsi renforcer leur compétence d'hommes de terrain. A travers cette étude, nous montrons ainsi que l'appareil Equimétrix permet une analyse rapide de certaines caractéristiques de la locomotion, et qu'il trouve son utilité dans le suivi de l'entraînement du cheval de dressage.

L'objectif de cette these est de decrire la locomotion du cheval au trot grace a l'utilisation conjointe de l'electromyographie de surface, de l'accelerometrie et de la cinematique. L'introduction propose une revue des differentes methodes d'etude de la locomotion employees chez le cheval. La deuxieme partie demontre que l'electromyographie de surface peut etre utilisee sans difficultes majeures chez cet animal. Son association avec la cinematique articulaire permet de determiner le plan d'activation et la fonction de la plupart des plus volumineux muscles superficiels du tronc et des membres. Les troisieme et quatrieme parties appliquent la methode mise en place a l'etude du trot du cheval au cours de quelques exercices utilises pour son entrainement : allongements d'allure, travail sur plan incline et abaissement de l'encolure. Elles demontrent que des changements de vitesse de l'ordre de 0,5 m/s ou des variations de la pente de 3 o induisent des modifications significatives des periodes et de l'intensite de l'activite musculaire et des decours articulaires au cours du cycle de la foulee. L'abaissement de l'encolure modifie les mouvements du tronc mais influe peu sur les membres. La derniere partie analyse les apports de ce travail. Elle en presente les limites et les perspectives au regard de l'evolution actuelle de l'etude de l'activite musculaire chez le cheval.

Ce travail de recherche apporte des éléments nouveaux sur l'analyse mécanique de la locomotion du cheval trotteur. La méthode d'analyse utilisée, Equimetrix, est basée sur la mesure d'accélérations en un point proche du centre de gravité. Ses principaux avantages, par rapport aux techniques conventionnelles, sont la simplicité d'utilisation dans des conditions réelles d'entraînement ou de compétition ainsi que la rapidité d'obtention des données biomécaniques. Le test locomoteur mis en place dans le cadre de ce travail permet la quantification d'un grand nombre de variables, dont les reproductibilités temporelle et spatiale sont vérifiées. Les principaux facteurs influençant les variables de locomotion aussi sont décrits : la vitesse, l'âge/entraînement ou encore le niveau de performance. Des relations entre données physiologiques et biomécaniques sont mise en évidence ainsi que le caractère héritable de certaines variables
This work brings new data about locomotion of trotter racehorses. The method used, called Equimetrix, is based on the measurements of accelerations at a point near the center of gravity of the horse. The main advantages of that method are an easiness of use in the field and a fast obtention of biomechanical data. The locomotor test presented here allows the quantification of a great number of gait variables. Their reproducibility is shown as well as theirs main factors of influence : speed, age/training status, level of performance. Relationships between physiological and gait data are described, as well as the heritability of locomotor variables

Avec l'essor des objets connectés pour fournir un suivi systématique, objectif et fiable aux sportifs et à leur entraineur, de plus en plus de paramètres sont collectés pour un même individu. Une alternative aux méthodes d'évaluation en laboratoire est l'utilisation de capteurs inertiels qui permettent de suivre la performance sans l'entraver, sans limite d'espace et sans procédure d'initialisation fastidieuse. Les données collectées par ces capteurs peuvent être vues comme des données fonctionnelles multivariées : se sont des entités quantitatives évoluant au cours du temps de façon simultanée pour un même individu statistique. Cette thèse a pour objectif de chercher des paramètres d'analyse de la locomotion du cheval athlète à l'aide d'un capteur positionné dans la selle. Cet objet connecté (centrale inertielle, IMU) pour le secteur équestre permet de collecter l'accélération et la vitesse angulaire au cours du temps, dans les trois directions de l'espace et selon une fréquence d'échantillonnage de 100 Hz. Une base de données a ainsi été constituée rassemblant 3221 foulées de galop, collectées en ligne droite et en courbe et issues de 58 chevaux de sauts d'obstacles de niveaux et d'âges variés. Nous avons restreint notre travail à la prédiction de trois paramètres : la vitesse par foulée, la longueur de foulée et la qualité de saut. Pour répondre aux deux premiers objectifs nous avons développé une méthode de clustering fonctionnelle multivariée permettant de diviser notre base de données en sous-groupes plus homogènes du point de vue des signaux collectés. Cette méthode permet de caractériser chaque groupe par son profil moyen, facilitant leur compréhension et leur interprétation. Mais, contre toute attente, ce modèle de clustering n'a pas permis d'améliorer les résultats de prédiction de vitesse, les SVM restant le modèle ayant le pourcentage d'erreur inférieur à 0.6 m/s le plus faible. Il en est de même pour la longueur de foulée où une précision de 20 cm est atteinte grâce aux Support Vector Machine (SVM). Ces résultats peuvent s'expliquer par le fait que notre base de données est composée uniquement de 58 chevaux, ce qui est un nombre d'individus très faible pour du clustering. Nous avons ensuite étendu cette méthode au co-clustering de courbes fonctionnelles multivariées afin de faciliter la fouille des données collectées pour un même cheval au cours du temps. Cette méthode pourrait permettre de détecter et prévenir d'éventuels troubles locomoteurs, principale source d'arrêt du cheval de saut d'obstacle. Pour finir, nous avons investigué les liens entre qualité du saut et les signaux collectés par l'IMU. Nos premiers résultats montrent que les signaux collectés par la selle seuls ne suffisent pas à différencier finement la qualité du saut d'obstacle. Un apport d'information supplémentaire sera nécessaire, à l'aide d'autres capteurs complémentaires par exemple ou encore en étoffant la base de données de façon à avoir un panel de chevaux et de profils de sauts plus variés
With the growth of smart devices market to provide athletes and trainers a systematic, objective and reliable follow-up, more and more parameters are monitored for a same individual. An alternative to laboratory evaluation methods is the use of inertial sensors which allow following the performance without hindering it, without space limits and without tedious initialization procedures. Data collected by those sensors can be classified as multivariate functional data: some quantitative entities evolving along time and collected simultaneously for a same individual. The aim of this thesis is to find parameters for analysing the athlete horse locomotion thanks to a sensor put in the saddle. This connected device (inertial sensor, IMU) for equestrian sports allows the collection of acceleration and angular velocity along time in the three space directions and with a sampling frequency of 100 Hz. The database used for model development is made of 3221 canter strides from 58 ridden jumping horses of different age and level of competition. Two different protocols are used to collect data: one for straight path and one for curved path. We restricted our work to the prediction of three parameters: the speed per stride, the stride length and the jump quality. To meet the first to objectives, we developed a multivariate functional clustering method that allow the division of the database into smaller more homogeneous sub-groups from the collected signals point of view. This method allows the characterization of each group by it average profile, which ease the data understanding and interpretation. But surprisingly, this clustering model did not improve the results of speed prediction, Support Vector Machine (SVM) is the model with the lowest percentage of error above 0.6 m/s. The same applied for the stride length where an accuracy of 20 cm is reached thanks to SVM model. Those results can be explained by the fact that our database is build from 58 horses only, which is a quite low number of individuals for a clustering method. Then we extend this method to the co-clustering of multivariate functional data in order to ease the datamining of horses’ follow-up databases. This method might allow the detection and prevention of locomotor disturbances, main source of interruption of jumping horses. Lastly, we looked for correlation between jumping quality and signals collected by the IMU. First results show that signals collected by the saddle alone are not sufficient to differentiate finely the jumping quality. Additional information will be needed, for example using complementary sensors or by expanding the database to have a more diverse range of horses and jump profiles

Les allures du cheval sont analysees par des methodes descriptives, dynamiques, ou cinematiques. Notre travail a tout d'abord consiste a realiser un systeme d'analyse biomecanique des allures du cheval. Ce dispositif comprend deux parties principales: les capteurs places sur les pieds et une chaine d'acquisition des donnees. Une premiere etude a permis de determiner experimentalement les parametres biomecaniques normaux de la dynamique du pied du cheval. Le choc et les vibrations observes lors de l'impact sont des phenomenes mecaniques destructeurs des tissus qu'il convient de minimiser par le choix d'un sol et d'une ferrure adaptes. En mesurant des parametres biomecaniques tels que les forces d'appui et l'acceleration du pied, il est possible de comparer objectivement differentes pistes en fonction de leur capacite d'amortissement des chocs et de leur elasticite. Les plaques amortissantes de marechalerie placees entre le sabot et le fer parviennent a reduire soit l'amplitude du choc et les vibrations d'impact, soit la force d'appui maximale. A partir des connaissances acquises sur la biodynamique du pied et des facteurs exterieurs qui l'influencent, nous proposons des elements de preventions des affections osteo-articulaires degeneratives qui touchent frequemment le cheval-athlete. Le parage du sabot, la pose d'une ferrure amortissante et l'utilisation d'un sol equestre adapte font l'objet de recommandations chiffrees particulieres

La radiculopathie cervicale caudale a été identifiée comme cause de boiterie affectant le membre antérieur chez le cheval. Les affections dégénératives des articulations intervertébrales des processus articulaires entraînent un remodelage périarticulaire pouvant comprimer les racines du nerf spinal ou leur rameau ventral. Les objectifs de l’étude étaient de décrire la réalisation d’injections échoguidées périneurales du rameau ventral des nerfs spinaux cervicaux 7 et 8 (RV7 et RV8), d’évaluer sur des cadavres de chevaux par dissection la diffusion péri-nerveuse d’une solution colorée ainsi que de décrire chez des chevaux sains les signes cliniques associés à une anesthésie périneurale échoguidée du RV7 et RV8 individuellement. Dans l’étude post-mortem, 5 RV7 et 5 RV8 ont été visualisés échographiquement et colorés par une injection de 7 ou 14 ml de solution colorée. Une portion du tronc nerveux a été trouvée coloré pour chaque injection. La coloration était uniforme transversalement sur toute la largeur du nerf et couvrait une longueur supérieure à 2 cm pour 8 RV alors qu’une coloration de la moitié crâniale du RV sur une longueur de moins de 2 cm pour un RV7 et un RV8. L’étude sur cheval sain portait sur 4 chevaux sains sans image radiographique anormale de la colonne cervicale. Six RV7 et 8 RV8 ont été anesthésiés de la Lidocaïne 2% mélangés à du iohexol. Toutes les injections ont entraîné boiterie antérieure ipsilatérale de l’injection. Les boiteries les plus sévères correspondaient à une parésie du nerf suprascapulaire pour RV7 et à une parésie radiale pour RV8. Cette étude a montré qu’il était possible de réaliser une injection périneurale des RV 7 et RV8 chez le cheval et que l’anesthésie tronculaire des deux racines provoque une atteinte motrice essentiellement de la fonction nerveuse. Ces résultats contribuent à mieux comprendre la symptomatologie des compressions nerveuses cervicales chez le cheval
Caudal cervical radiculopathy has been identified as a cause of frontlimb lameness in horses. Degenerative conditions of articular process joint result in periarticular remodeling responsible for compression of spinal nerve roots or their ramus ventralis (RV). The objectives of the study were to describe how to perform perineural RV injection under ultrasonographic guidance, to evaluate on cadaver perineural RV staining after a dye solution injection, as well as describe clinical signs associated with a perineural ultranosonography-guided anesthesia of RV7 and RV8 respectively. In the post-mortem study, the RV of the spinal cervical nerves was visualized in all cadavers. Eight RV had a uniform transversal staining of the nerve trunk that covered longitudinally a distance greater than 2 cm. One C7 and one C8 RV showed incomplete transversal staining with a more concentrated color on its half cranial aspect and a longitudinal coverage of less than 2 cm. The in vivo study included 6 RV7 and 8 RV8 perineural injections of a local anesthetic agent, performed on 4 horses that had no abnormal finding on cervical radiographs. All anesthetic injections (lidocaine 2% and iohexol) resulted in modifications of the locomotion with variable degree of lameness on the ipsilateral frontlimb. Severe lameness was characteristic of a suprascapular paresis for RV7 and a radial paresis for RV8. Mild to moderate lameness on the ipsilateral frontlimb included decreased anterior phase of the stride, intern circumduction of the limb and sometimes stumbling for that same frontlimb. Signs of ataxia on the hindlimbs were encountered for 3 injections. This study showed that it is possible to perform perineural injections of RV7 and RV8 in horses and that perineural anesthesia of RV7 and RV8 results in motor dysfunction. These findings constitute a contribution to understanding clinical signs associated with cervical nerve compression in horses

Si le cheval n’est pas le premier grand herbivore que l’humanité ait domestiqué, il est néanmoins celui qui a le plus influencé son histoire, à la fois comme moyen de locomotion, comme instrument de guerre ou comme auxiliaire agricole. Aujourd’hui bien souvent absent de notre quotidien, il faisait pourtant, hier encore, partie intégrante de nos vies, jusqu’au cœur même des grandes métropoles occidentales. Aussi surprenant que cela puisse paraître, l’histoire de sa domestication reste en grande partie mystérieuse, malgré une abondance de sources. Depuis plus d’une décennie, une discipline nouvelle, la paléogénomique, tente de déchiffrer le patrimoine génétique des chevaux du passé pour mieux retranscrire l’histoire des différentes étapes qui ont accompagné la transformation de cet animal autrefois sauvage en la multitude de variétés domestiques que nous connaissons aujourd’hui. Ce texte rend compte des dernières avancées en ce domaine et indique les zones qui résistent encore à notre compréhension, comme autant de pistes pour des recherches futures.

Abstract We introduce and define a new family of mobile robots called BAR (Buoyancy Assisted Robots) that are cheap, safe, and will never fall down. BARs utilize buoyancy from lighter-than-air gases as a way to support the weight of the robot for locomotion. A new BAR robot named BLAIR (Buoyant Legged Actuated Inverted Robot) whose buoyancy is greater than its weight is also presented in this paper. BLAIRs can walk “upside-down” on the ceiling, providing unique advantages that no other robot platforms can. Unlike other legged robots, the mechanics of how BARs walk is fundamentally different. We also perform a preliminary investigation for BARs. This includes comparing safety, cost, and energy consumption with other commercially available robots. Additionally, the preliminary investigation also includes analyzing previous works relating to BARs. A dynamical analysis is performed on the novel robot BLAIR. This is presented to show the impacts of buoyant and drag forces on BLAIRs. Preliminary analysis with the prevalence of drag is presented with simulations using a genetic algorithm and simulations. Results show that BARs with different mechanisms prefer different styles of walking gaits such as prancing or skipping. This work lays the foundation for future research work on the gaits for BARs.

Early detection of precancerous forms in the intestine, e.g. adenomatous polyps, can be achieved with regular screening programmes of the lower gastro-intestinal tract (GI) by means of flexible sigmoidoscopy and colonoscopy. Screening of the GI tract is of paramount importance to reduce the high death rate of patients affected by colon cancer worldwide. Nonetheless, colonoscopy typi- cally causes discomfort and often requires sedation for the patient because of its invasiveness and abdominal pain as- sociated with it. Research on robotic-assisted colonoscopy is advancing in the design of minimally invasive devices aimed at the inspection of the GI, with the goal of reducing the discomfort caused to the patient while resulting in a safer and more successful procedure [1]. Multiple loco- motion strategies have been explored to enable front-head locomotion of endoscopes, to minimise the interaction forces between the scope and the intestine wall, as these forces are typically the first cause of discomfort for the patient. Extensive studies have been conducted in the context of track-based miniaturised robots such as [2] and [3]. However, due to the fixed geometry of these systems, adapting to the variable and irregular lumen of the colon to enable full body track-based navigation is not possible. Furthermore, as per many of the robotic solution presented to date for GI screening, there is also a need to drag a tether, the frictional resistance of which grows the more the robot advances in the intestine. Soft materials properties have inspired research of mechanism to accomplish a compliant interaction with the tissue, such as the use of inflatable balloons for double balloon endoscopy. In our previous work [4], we have presented a novel robotic system for colonoscopy called SoftSCREEN. The proposed system relies on track-based locomotion and shape reconfiguration enabled by two inflatable chambers capable of displacing the elastic tracks to conform to the local geometry of the lumen, enabling full-body track navigation. In this seminal paper we have validated the proposed desing in a 2:1 scale system and demonstrated that not only is possible to reconfigure our system to always match the lumen navigated, but also to control the force applied on the walls by means of pressure regulation, and, as a result, fine tuning the traction force of our system. In this work, we present the first miniaturised and modularised prototype of the SoftSCREEN system, designed to create a sterilisable reusable expensive compo- nent and a cheap disposable component. We then evaluate this first prototype in a 1:1 scale phantom.