Nowe technologie w ocenie ruchu koni

Konie kojarzą się nam z majestatycznym pięknem i wolnością. A samo jeździectwo traktowane jest jako sport elegancki i elitarny. Obecnie koń spełnia istotną rolę w sporcie, rekreacji, turystyce i lecznictwie. Takim koniom stawia się wysokie wymagania dotyczące sprawności, zdrowia czy temperamentu. Każdy z nich musi posiadać odpowiednie predyspozycje by mogły stać się partnerami dla człowieka. Aby mogły sprostać naszym oczekiwaniom ich trening musi być oparty na badaniach naukowych i ich praktycznej weryfikacji.

Nowe technologie wykorzystywane do analizy kondycji konia

Coraz większe zainteresowanie wśród trenerów i jeźdźców budzą nowe technologie, które dają wymierne i szczegółowe informacje dotyczące optymalizacji treningu. Współczesne technologie odgrywają również istotną rolę w usprawnieniu wykrywania, analizy oraz leczenia kulawizn u koni. Badania nad wykorzystaniem innowacyjnych narzędzi, takich jak systemy sensoryczne, kamery czy oprogramowanie do analizy ruchu, otwierają nowe możliwości zrozumienia subtelności i złożoności problemu kulawizn i zaburzeń biomechaniki ruchu u koni.

Kulawizna – cierpienie konia i przyczyna największych strat w branży

Kulawizna może objawiać się zwykłą niechęcią lub trudnością w wykonywaniu określonego ruchu lub podążaniu w określonym kierunku. Konie mogą kuleć z różnych powodów, obejmujących prawie każdy obszar anatomiczny kończyny. Niektóre schorzenia są łatwiejsze do diagnozowania i leczenia niż inne. Kulawizny są przyczyną największych strat w branży koni, począwszy od subtelnie zmniejszonej wydajności, przez utratę możliwości użytkowania, aż po chroniczny, silny ból skutkujący eutanazją. Ból jest najczęstszą przyczyną kulawizny u wszystkich koni i zwykle jest wynikiem urazu lub choroby ortopedycznej, ale inne przyczyny, takie jak dysfunkcja metaboliczna, choroby układu krążenia i infekcja, mogą również powodować ból i późniejsze kulawizny.

Techniki opisane w literaturze pozwalają dokładnie ukazać zachowanie poszczególnych części ciała konia, wyjaśniając ruch kończyn tylnych, które pełnią główną rolę napędową, oraz kończyn przednich, które przede wszystkim stanowią podporę. Analiza ruchu tych obszarów koncentruje się na ich przesunięciach i rotacjach. Przesunięcie odnosi się do równoczesnego przeniesienia wszystkich części ciała w przestrzeni względem podłoża, zachowując przy tym odległości, kierunek i czas. Natomiast rotacja oznacza obrót elementów ciała, zachowując przy tym kątowy charakter ruchu w tym samym kierunku i czasie. Wciąż szuka się metody obiektywnej analizy chodu, która byłaby zdecydowanie mniej zależna od ograniczeń ludzkiego oka w wykrywaniu asymetrii niewielkiego stopnia. Początkowe objawy kulawizny u koni mogą być delikatne i niewidoczne gołym okiem. Ich manifestacja może się wahać od niewielkiego problemu dotyczącego jednej nogi do bardziej skomplikowanych przypadków obejmujących wszystkie kończyny. Człowiek jest w stanie rejestrować obrazy tylko o częstotliwości 20 Hz (20 obrazów na sekundę). To sprawia, że możliwości oceny wizualnej są niewystarczające, aby uzyskać spójną i obiektywną ocenę funkcjonowania narządu ruchu konia. Jest to szczególnie ważne w przypadku diagnozowania kulawizny.

Poprawna interpretacja danych kinematycznych przez oceniającego jest ważna, ponieważ występujące asymetrie mogą mieć różne przyczyny. Mogą być związane z bólem ale także z problemami neurologicznymi, lateralizacją (dominacja jednej ze stron ciała), mechanicznym ograniczeniem ruchu lub wynikiem zmienności biologicznej. Ponadto konie wykazują zmiany w symetrii ruchu w czasie.

Specyfika ruchu konia

Dyskomfort jaki będzie odczuwał koń w przednich lub tylnych kończynach zawsze będzie miał wpływ na jego sposób poruszania się. Przednie kończyny konia obciążone są o około 5-10 % bardziej niż tylne. To one ciągną ciało konia, chociaż w trakcie cyklu treningowego dążymy do odciążania kończyn przednich i przenoszenia ciężaru na zad. Przednie kończyny poruszają się w czterech kierunkach (do przodu i do tyłu w płaszczyźnie strzałkowej i poziomej podczas odwodzenia i przywodzenia) a każde odchylenia ruchów w tej płaszczyźnie to wynik niewielkich asymetrii w budowie powierzchni stawów. Nie zmienia to faktu, że koń nie jest w stanie w przeciwieństwie do ludzi wykonywać obszernych ruchów przywodzenia, odwodzenia, rotacji, zginania i prostowania a co z tym się wiąże łopatki i kości ramienne nie mogą się zbytnio odsuwać od klatki piersiowej.

Kończyny tylne decydują o ruchu do przodu gdyż zad to „silnik” umożliwiający odepchnięcie się. Poruszają się w czterech kierunkach podobnie jak kończyny przednie. Konie mają ograniczone odwodzenie w biodrze i małą możliwość rotacji wskutek pracy mięśni przywodzicieli. Pęciny wszystkich czterech kończyn są amortyzatorami a sprężynując umożliwiają łagodny chód i pochłaniają wstrząsy chroniąc stawy. Wiele badań dowodzi, że trening wpływa na naturalne chody koni. Zwiększa się długość fazy zawieszenia a skraca podparcia. W naturze konie każdy ruch rozpoczynają od wysunięcia głowy i szyi i poruszają we wzorcu wyprostnym podczas gdy podczas treningu pracują we wzorcu zgięciowym. Chody konia są to automatyczne i skoordynowane przez układ nerwowy. Wiedza na temat w jakiej kolejności koń stawia poszczególne kończyny w danym chodzie pozwala na zrozumienie sposobu, w jaki koń się porusza.

Stęp chód czterotaktowy, z ośmioma fazami ruchu, chociaż jeźdźcy zazwyczaj czują ruch do przodu i do tyłu jakby był dwutaktowy. Jeżeli koń rozpoczyna ruch lewą tylną kończyną i przyjmujemy to za pierwszy takt, to drugi takt wykona lewa przednia, trzeci prawa tylna i czwarty prawa przednia (LT, LP, PT, PP). Długość kroku w stępie wynosi około 130-180 cm, a szybkość poruszania się konia to około 100m/min. Głowa i szyja wykonują nieznaczne ruchy w górę i w dół, pomagając koniowi utrzymać równowagę. Dwutaktowy jest kłus, z czterema fazami ruchu gdzie koń porusza się parami kończyn po przekątnej z momentem zawieszenia pomiędzy fazami podparcia (np. PT i LP – zawieszenie; LT i PP – zawieszenie).

Ruch sprzeczny z naturą

Badania wykazały, że wbrew obiegowej opinii pary kończyn przekątnych nie dotykają ziemi symetrycznie. Kłus może być wykonywany z prędkością ok. 200 m/min. Galop natomiast jest chodem trzytaktowym z fazą lotu. Koń stawia najpierw jedną kończynę tylną, potem drugą tylną i tuż po niej przeciwstawną przednią i jako ostatnią – pozostałą przednią kończynę (galop z lewej nogi PT : LT i PP : LP : zawieszenie, galop z prawej nogi LT : PT i LP : PP : zawieszenie). Kolejne uderzenia rytmu galopu powinny być równomiernie rozłożone w czasie i przedzielone fazą zawieszenia. Wraz ze wzrostem prędkości faza zawieszenia ulega wydłużeniu. W zależności od rodzaju galopu koń może osiągnąć prędkość od 250 – 600 m/min.

Koń ma niebywałą zdolność poruszania w różnych skomplikowanych wzorcach, w naturze również wykonuje figury, które potem powtarzamy podczas treningów. Patrząc na ruch wyszkolonego konia musimy sobie jednak zdawać sprawę z wysiłku jaki koń wkłada w zrozumienie naszych poleceń i poruszanie się niejednokrotnie, w sposób sprzeczny z jego naturą.

Zrozumienie zasad biomechaniki ułatwia współpracę człowieka z koniem

Konie potrzebują od swoich trenerów i jeźdźców wiele empatii i uwagi tak aby rzeczywiście praca pod siodłem nie frustrowała żadnej ze stron. Większość problemów podczas treningów da się rozwiązać dzięki zrozumieniu zasad biomechaniki ruchu koni. Analiza tych zasad pozwoli na poprawę współpracy pomiędzy parą koń i jeździec i na skuteczniejsze, bardziej empatyczne metody treningowe. Pozwolą one także na zapobieganie poważnym następstwom kontuzji, które przecież w trakcie treningów i użytkowania często się pojawiają. Wczesne wykrycie kulawizny jest kluczowe dla szybkiego i skutecznego leczenia, co może pomóc w minimalizacji cierpień zwierzęcia i poprawie jego jakości życia. W ostatnich latach technologie czujników stały się niezwykle pomocne w diagnozowaniu kulawizny oraz monitorowaniu asymetrii ruchu u koni.

Żadna z dotychczasowych technik nie jest wystarczająca

Większość badań nad kulawiznami koncentruje się na koniach poruszających się w linii prostej kłusem, jednak powszechnie wykorzystuje się również pracę na lonży (po okręgu). Metoda ta stosowana jest do oceny kulawizny przez lekarza weterynarii oraz podczas przeglądów koni przed zakupem. Obserwacja konia w trakcie ruchu po okręgu powoduje zmiany w widoczności oraz postrzeganiu wielkości kulawizny w porównaniu do obserwacji ruchu w linii prostej. Praca na lonży wpływa również na symetrię wzorców ruchu u zdrowych koni. Asymetria związana z ruchem po okręgu, może wpływać na istniejącą kulawiznę, zwiększając lub zmniejszając jej widoczność. Czy ta asymetria, zależna od ruchu po okręgu, zwiększa czy zmniejsza ogólną nierówność, zależy od położenia kończyny generującej tę dysproporcję względem wewnętrznej lub zewnętrznej strony okręgu. To zjawisko ma duże znaczenie dla procedur diagnostycznych w przypadkach klinicznych.

Często używanymi sposobami monitorowania ruchu w przestrzeni są różnego rodzaju sensory, takie jak czujniki inercyjne, żyroskopy, akcelerometry, magnetometry oraz kamery termowizyjne pozwalające na zapis w trójwymiarze, a także kamery optyczne służące do analizy w dwóch wymiarach (tzw. motion capture). Wykorzystuje się również m.in. systemy optycznego przechwytywania ruchu (OMC) lub inercyjne jednostki miary (IMU), które uwzględniają symetryczność wzorców ruchu głowy, kłębu i miednicy, analogiczne do obszarów anatomicznych obserwowanych podczas oceny wzrokowej oraz pomiary siły reakcji podłoża (GRF), które uwzględniają asymetrię obciążenia pomiędzy przeciwległymi kończynami. Badania, których wyniki są obecnie dostępne niestety często są przeprowadzane na małej liczbie zwierząt w ustandaryzowanych warunkach laboratoryjnych. Pomimo szerokiego zróżnicowania metod, zastosowania wielu technik oceny brak jest, jak dotąd, jednej, w pełni zwalidowanej ustandaryzowanej techniki, pozwalającej dokonać screeningowego badania ruchu konia.

System czujników do kompleksowej oceny ruchu koni

Na wprost zapotrzebowaniom klientów wychodzi firma Smart Horse, która wprowadza na rynek system czujników do kompleksowej oceny ruchu koni. System składa się z czterech bezprzewodowych czujników, które umieszcza się na dowolnych ochraniaczach oraz piątego czujnika zapinanego na pasku potylicznym ogłowia, kantara czy kawecanu (rys.). Czujniki są niewielkiego rozmiaru i wagi tak aby nie zaburzały naturalnych ruchów zwierząt.

Każdy z czujników wyposażono w zestaw sensorów: akcelerometr, żyroskop orazmagnetometr. Dostarczają one informacje o prędkości kątowej, przyspieszeniu oraz kierunku magnetycznym. Na podstawie tych danych oszacowywane jest chwilowe przemieszczenie. Wszystkie wielkości uczestniczą w potrzebnych analizach ruchu konia. Dokładność pomiarów zapewnia optymalne rozmieszczenie czujników, które zbierają pomiary z częstotliwością 100 razy na sekundę. Aby przeprowadzić testy należy zainstalować na smartphonie dedykowaną aplikację i połączyć się z czujnikami, które na bieżąco przesyłają dane do aplikacji połączonej z chmurą. Transmisja danych odbywa się za pomocą Bluetooth Low Energy. Zebrane dane następnie porównywane są z autorską bazą danych z jazdy koni stworzoną przez zespół SmartHorse i analizowane z zastosowaniem sztucznej inteligencji. Wynik testu wyświetlany jest w aplikacji, a w przypadku, gdy zaistnieje taka konieczność, aplikacja poinformuje właściciela konia lub weterynarza o wyniku i potrzebie zastosowania leczenia.

Projekt pt. „SmartHorse – wdrożenie na rynek inteligentnego systemu diagnostycznego pozwalającego na wykrywanie urazów, kontuzji i chorób układu ruchu konia na wczesnym etapie ich wystąpienia” jest współfinansowany przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego, realizowanego w ramach I osi priorytetowej Przedsiębiorcza Polska Wschodnia, działania 1.1 Platformy startowe dla nowych pomysłów, poddziałania 1.1.2 Rozwój startupów w Polsce Wschodniej.