DOI: https://doi.org/10.3389/fvets.2025.1551341
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40370838
تاريخ النشر: 2025-04-30
المؤلف: Rainer da Silva Reinstein وآخرون
الموضوع الرئيسي: طب البيطرة والعظام والأعصاب
نظرة عامة
تحققت الدراسة من فعالية مقياس تسارع ثلاثي المحاور واحد لتحليل مشية الكلاب، مع تسليط الضوء على الفروق الكبيرة بناءً على وزن الجسم. وقد حددت عظمة الصدر والحوض كمناطق تشريحية مثالية لوضع المستشعر، والتي تعتبر حاسمة لمراقبة الاستقرار أثناء الحركة. استخدمت الأبحاث تقنيات مثل تحويل فورييه، وتحليل ذروة التسارع، والت autocorrelation لتحليل التسارع العمودي، مما يكشف أن حركة العدو تظهر استقرارًا أكبر في الكلاب ذات الأوزان المختلفة.
تشير النتائج إلى أن هذه الطريقة المبسطة لتحليل المشية يمكن استخدامها بفعالية في الدراسات البيوميكانيكية والسريرية، خاصة في البيئات الخارجية. لا تعزز الطريقة فقط إمكانية الوصول إلى مراقبة المشية ولكنها تفتح أيضًا آفاقًا لمزيد من البحث، خاصة في تقييم حركة الحيوانات المريضة. بشكل عام، تؤكد الدراسة على إمكانية استخدام مقاييس التسارع في التطبيقات البيطرية لتحسين فهم البيوميكانيكا الكلبية.
مقدمة
في العقود الأخيرة، تطورت الأبحاث حول مشية الحيوانات بشكل كبير، حيث انتقلت من التقييمات الملاحظة الذاتية إلى طرق تكنولوجية أكثر موثوقية. في البداية، تم استخدام التصوير السينمائي لتحليل أنماط المشي، ولكن التقدم في الأدوات الحاسوبية سمح بإجراء تقييمات كمية لخصائص المشية. تستخدم المنهجيات الحالية التحليلات الحركية والحركية، التي تعتمد على معدات باهظة الثمن مثل منصات القوة المتعددة وأنظمة الحركة ثلاثية الأبعاد. بينما توفر هذه التقنيات بيانات دقيقة، فإن تكاليفها العالية ومتطلبات المساحة تحد من إمكانية الوصول، خاصة في البيئات غير المتخصصة.
لمعالجة هذه القيود، ظهر استخدام المستشعرات القابلة للحركة، وخاصة مقاييس التسارع، كبديل عملي لتحليل المشية في الكلاب. تسهل هذه الأجهزة الدراسات الميدانية دون قيود البيئات المختبرية، مما يمكّن من جمع البيانات في الوقت الحقيقي مع الحد الأدنى من الاضطراب في سلوك الحيوانات الطبيعي. لا تعزز هذه الطريقة فقط إمكانية الوصول إلى تحليل المشية للباحثين والمهنيين البيطريين، ولكنها تحمل أيضًا وعدًا بتحسين دقة التشخيص ومراقبة التعافي في الكلاب التي تعاني من اضطرابات حركية. ومع ذلك، تتطلب الخصائص البيوميكانيكية الفريدة لمشية الكلاب، المتأثرة بالتنوع الظاهري والتنوعات التشريحية، مزيدًا من التحقيق في التطبيق الفعال لمقاييس التسارع في هذا السياق. تهدف الدراسة الحالية إلى تقييم حركة الكلاب الصحية في مشيات مختلفة باستخدام مقياس تسارع واحد موضوعة في مواقع جسم مختلفة، مما يوفر رؤى حول طريقة أكثر سهولة لتحليل البيوميكانيكا لمشية الكلاب.
طرق
في هذه الدراسة، تم جمع البيانات وفقًا للإرشادات الأخلاقية التي وضعتها لجنة أخلاقيات استخدام الحيوانات في الجامعة الفيدرالية في سانتا ماريا (مرجع البروتوكول: 7864190624). تم اختيار ما مجموعه 24 كلبًا من سلالات مختلطة (Canis familiaris) من خدمة العيادة الجراحية لمستشفى الجامعة البيطري. حددت معايير الإدراج أن جميع الكلاب يجب أن تزن 40 كجم أو أقل، وأن تمتلك درجات حالة جسمية تتراوح بين 3 و 7، وأن تكون خالية من الاضطرابات العظمية أو العصبية.
تم تقسيم الكلاب إلى مجموعتين بناءً على وزن الجسم: المجموعة G-15، التي تتكون من الكلاب التي تزن 15 كجم أو أقل، والمجموعة G+15، التي تضم الكلاب التي تزيد عن 15 كجم. كانت المجموعة G-15 بمتوسط وزن جسم 6.1 كجم (± 3.26)، وارتفاع عند الكتف 24.25 سم (± 6.27)، ودرجة حالة جسمية 5.25 (± 0.49). على العكس، كانت المجموعة G+15 بمتوسط وزن جسم 28.75 كجم (± 4.15)، وارتفاع عند الكتف 60 سم (± 3.75)، ودرجة حالة جسمية 5 (± 0.44). شملت معايير الاستبعاد الكلاب التي تعاني من أي مشاكل عضلية هيكلية أو عصبية، وتلك التي تقل أعمارها عن سنة واحدة، وتلك التي لديها تاريخ من العلاج السريري أو الجراحي لحالات عظمية أو عصبية.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى وجود اختلافات كبيرة في ديناميات الحركة بين مجموعات الوزن (G-15 مقابل G+15) عبر مناطق تشريحية مختلفة أثناء مشية الكلاب. كشفت التحليلات الإحصائية الوصفية أن الترددات التوافقية، وذروة التسارع، والت autocorrelation تختلف بشكل كبير مع كتلة الجسم، خاصة في مناطق الرقبة وعظمة الصدر أثناء حركات المشي والعدو. على سبيل المثال، كان التردد التوافقي أعلى بشكل ملحوظ في مجموعة G+15 (1.75 ± 0.31 هرتز للمشي و1.85 ± 0.29 هرتز للعدو) مقارنة بمجموعة G-15 (1.62 ± 0.27 هرتز للمشي و1.75 ± 0.26 هرتز للعدو)، مما يشير إلى أن زيادة كتلة الجسم تؤثر على ترددات تذبذب الحركة.
أظهرت التحليلات داخل الموضوع عدم وجود اختلافات كبيرة في التردد التوافقي (p = 0.993) و autocorrelation (p = 0.850) عبر المناطق التشريحية، مما يدل على الاتساق في هذه المتغيرات بغض النظر عن موضع المستشعر. ومع ذلك، أظهرت ذروة التسارع تباينًا كبيرًا (p = 0.001)، مما يبرز تأثير موقع مقياس التسارع على قياسات التسارع. تؤكد نتائج الدراسة على أهمية كتلة الجسم وموقع المستشعر في فهم ديناميات الحركة الكلبية، مع تداعيات على التقييمات والتدخلات البيطرية.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التطبيق المبتكر لمقاييس التسارع ثلاثية المحاور لتحليل المشية في الوقت الحقيقي في الكلاب الصحية، مع التأكيد على فعاليتها في التقاط أنماط الحركة التفصيلية أثناء المشي والعدو. استخدمت الدراسة مستشعر BWT901CL، الذي يقيس التسارع الخطي عبر ثلاثة محاور، وتم وضعه بشكل استراتيجي على مناطق تشريحية مختلفة (الرقبة، عظمة الصدر، الحوض، والركبة اليمنى) لتقييم تأثير وزن الجسم على ديناميات المشية. كشفت النتائج عن اختلافات كبيرة في الترددات التوافقية وأنماط التسارع بين الكلاب الأخف وزنًا والأثقل وزنًا، خاصة في عظمة الصدر والحوض، مما يشير إلى أن وزن الجسم يؤثر على ميكانيكا الحركة والاستقرار أثناء الحركة.
تم استخدام تحليل فورييه وتقييمات ذروة التسارع لتحليل خصائص المشية، مع نتائج تشير إلى أن التردد التوافقي أكثر حساسية لتغيرات وزن الجسم من ذروة التسارع. كما لاحظت الدراسة أن عظمة الصدر والحوض تلعبان أدوارًا حاسمة في امتصاص الصدمات والاستقرار، مما يجعلها مواقع مثالية لوضع المستشعرات لتحليل المشية في المستقبل. بينما تقدم الدراسة رؤى قيمة حول البيوميكانيكا الكلبية، فإنها تعترف بالقيود مثل حجم العينة الصغيرة والحاجة إلى مزيد من الاستكشاف للعوامل البيئية والسياقات الديناميكية. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية توسيع تنوع العينة والتحقيق في إمكانية استخدام خوارزميات التعلم الآلي للكشف المبكر عن الشذوذات الحركية في الكلاب.
DOI: https://doi.org/10.3389/fvets.2025.1551341
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40370838
Publication Date: 2025-04-30
Author(s): Rainer da Silva Reinstein et al.
Primary Topic: Veterinary Orthopedics and Neurology
Overview
The study investigated the efficacy of a single triaxial accelerometer for analyzing canine gait, highlighting significant differences based on body weight. It identified the sternum and pelvis as optimal anatomical regions for sensor placement, which are crucial for monitoring stability during locomotion. The research employed techniques such as Fourier Transform, acceleration peak analysis, and autocorrelation to analyze vertical acceleration, revealing that trotting movement exhibits greater stability in dogs of varying weights.
The findings indicate that this simplified approach to gait analysis can be effectively utilized in biomechanical and clinical studies, particularly in outdoor settings. The method not only enhances the accessibility of gait monitoring but also opens avenues for further research, especially in assessing the locomotion of sick animals. Overall, the study underscores the potential of using accelerometers in veterinary applications to improve understanding of canine biomechanics.
Introduction
In recent decades, research on animal gait has evolved significantly, transitioning from subjective observational assessments to more reliable technological methods. Initially, cinematography was employed to analyze walking patterns, but advancements in computational tools have allowed for quantitative evaluations of gait characteristics. Current methodologies utilize kinetic and kinematic analyses, which rely on expensive equipment such as multiple force platforms and three-dimensional kinematic systems. While these techniques provide precise data, their high costs and spatial requirements limit accessibility, particularly in non-specialized settings.
To address these limitations, the use of inertial sensors, specifically accelerometers, has emerged as a practical alternative for gait analysis in dogs. These devices facilitate field studies without the constraints of laboratory environments, enabling real-time data collection with minimal disruption to the animals’ natural behaviors. This approach not only enhances the accessibility of gait analysis for researchers and veterinary professionals but also holds promise for improving diagnostic precision and monitoring recovery in dogs with locomotor disorders. However, the unique biomechanical characteristics of canine gait, influenced by phenotypic diversity and anatomical variations, necessitate further investigation into the effective application of accelerometers in this context. The present study aims to evaluate the movement of healthy dogs at different gaits using a single accelerometer positioned at various body locations, providing insights into a more accessible method for canine gait biomechanical analysis.
Methods
In this study, data collection adhered to the ethical guidelines set forth by the Animal Use Ethics Committee of the Federal University of Santa Maria (protocol reference: 7864190624). A total of 24 mixed-breed dogs (Canis familiaris) were selected from the University Veterinary Hospital’s clinical-surgical service. The inclusion criteria specified that all dogs had to weigh 40 kg or less, possess body condition scores between 3 and 7, and be free from orthopedic or neurological disorders.
The dogs were divided into two groups based on body weight: Group G-15, consisting of dogs weighing 15 kg or less, and Group G+15, comprising dogs over 15 kg. Group G-15 had a mean body weight of 6.1 kg (± 3.26), a withers height of 24.25 cm (± 6.27), and a body condition score of 5.25 (± 0.49). Conversely, Group G+15 had a mean body weight of 28.75 kg (± 4.15), a withers height of 60 cm (± 3.75), and a body condition score of 5 (± 0.44). Exclusion criteria included dogs with any musculoskeletal or neurological issues, those under one year of age, and those with a history of clinical or surgical treatment for orthopedic or neurological conditions.
Results
The results of the study indicate significant differences in movement dynamics between weight groups (G-15 vs. G+15) across various anatomical regions during canine gait. Descriptive statistical analyses revealed that harmonic frequency, peak acceleration, and autocorrelation varied significantly with body mass, particularly in the neck and sternum regions during both walking and trotting movements. For instance, the harmonic frequency was notably higher in the G+15 group (1.75 ± 0.31 Hz for walking and 1.85 ± 0.29 Hz for trotting) compared to the G-15 group (1.62 ± 0.27 Hz for walking and 1.75 ± 0.26 Hz for trotting), suggesting that increased body mass influences movement oscillation frequencies.
Within-subject analyses showed no significant differences in harmonic frequency (p = 0.993) and autocorrelation (p = 0.850) across anatomical regions, indicating consistency in these variables regardless of sensor placement. However, peak acceleration exhibited significant variation (p = 0.001), highlighting the impact of accelerometer location on acceleration measurements. The study’s findings underscore the importance of body mass and sensor placement in understanding canine locomotion dynamics, with implications for veterinary assessments and interventions.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the innovative application of triaxial accelerometers for real-time gait analysis in healthy dogs, emphasizing their effectiveness in capturing detailed movement patterns during walking and trotting. The study utilized the BWT901CL sensor, which measures linear acceleration across three axes, and was strategically placed on various anatomical regions (neck, sternum, pelvis, and right knee) to assess the impact of body weight on gait dynamics. The findings revealed significant differences in harmonic frequencies and acceleration patterns between lighter and heavier dogs, particularly in the sternum and pelvis, suggesting that body weight influences movement mechanics and stability during locomotion.
Fourier analysis and peak acceleration assessments were employed to analyze gait characteristics, with results indicating that harmonic frequency is more sensitive to body weight variations than peak acceleration. The study also noted that the sternum and pelvis play crucial roles in impact absorption and stability, making them optimal sensor placement sites for future gait analysis. While the study provides valuable insights into canine biomechanics, it acknowledges limitations such as a small sample size and the need for further exploration of environmental factors and dynamic contexts. Future research directions include expanding the sample diversity and investigating the potential of machine learning algorithms for early detection of movement abnormalities in dogs.