Use of body-mounted inertial sensors to objectively evaluate forelimb lameness in the horse and the response to diagnostic analgesia of the distal limb

Abstract

Distal forelimb lameness is very common in horses around the world. The crucial part of a lameness examination is to localize the source of the pain. A practical and objective forelimb lameness evaluating tool without bias is needed to support clinical research study. Using a body-mounted inertial sensor system-based method in this clinical research study had two purposes: (1) to objectively assess the effect of different techniques of diagnostic anesthesia used in the feet of horses with forelimb lameness and (2) to compare these findings with the subjective assessment of veterinarians with different levels of experience. A total of fifty-four horses with forelimb lameness were presented to the Equine Clinic, Free University Berlin, between March 2012 and June 2013. Complete standard lameness evaluations were performed for all horses; trotting the horse in a straight line was the method used for data collection. Owner permission for collection of body-mounted inertial data, video recording, and for its use in this study was obtained for every case. This clinical study was divided into two projects. The first project was Use of body-mounted inertial sensors to objectively evaluate the response to perineural analgesia of the distal limb and intra-articular analgesia of the distal interphalangeal joint in horses with forelimb lameness. It was published in Journal Equine Veterinary Science, 34 (2014) 972-977. There were six co-authors, of which was Porrakote Rungsri was the primary author. Twenty-two horses (12 Warmbloods, 3 Standardbred Trotters, 3 Ponies, 1 Thoroughbred, 1 Friesian, 1 Fjord and 1 mixed Arabian) aged between 4-25 years old (mean = 14) were selected for the first project as follows: Each had (1) lameness in a forelimb when trotted on a straight line on a hard surface on both day 1 and day 2 of the study and (2) positive response to perineural analgesia of the foot. The Horses were divided into two groups. Horses with definitive decrease in lameness after only the PD block were designated as group 1. Horses with definitive decrease in lameness after only the AS block (after failure of the PD block to decrease lameness) were designated as group 2. Amplitude of lameness improvement after blocking was determined as a percentage decrease in VS from the baseline (before block) evaluation. Improvement in lameness after blocking was examined using the Friedman’s test with the percentage of improvement (dependent variable) and the blocking procedure (independent variable) (i.e. PD, AS, DIP2, DIP5, and DIP10). The second project was Agreement between a body-mounted inertial sensors system and subjective observational analysis when evaluating lameness degree and diagnostic analgesia response in horses with forelimb lameness. It was published in Pferdeheilkunde, 30 (2014) 644-650. There were seven co- authors, of which was Porrakote Rungsri was also the primary authors. In the project study, 24 horses (12 Warmbloods, 5 Standardbred Trotters, 5 Ponies, 1 Thoroughbred, and 1 Appaloosa) aged between 4-24 years old (mean = 13.7) were used to assess lameness on a straight line before and after diagnostic anaesthesia by body-mounted inertial sensor systems and by two experienced veterinarians. For further study, video clip test units (n = 101) of all the trials were used. The lameness evaluators were blinded from the results of the BMISS. The inter-observers agreement and agreement of lameness evaluation between the BMISS and observers were classified into three categories: 1) right forelimb lameness or right forelimb lameness greater than left forelimb lameness, 2) left forelimb lameness or left forelimb lameness greater than right forelimb lameness, and 3) sound or equal right and left forelimb lameness. The Kappa statistic (κ), percentage of inter-observers agreement, and agreement between BMISS and subjective system (examiners opinion) were reported. The response of anaesthesia agreement was determined by six categories between body-mounted inertial sensors system and highly- experienced observers. This data was analyzed by calculation of the Kendall’s tau (Ƭβ) test. For the conclusion of the first study, the results indicated that the intra-articular anaesthesia of the DIP joint using low volumes of local anaesthetic solution desensitizes a different region than the perineural analgesia of the digit. Moreover, the time-dependent gradual improvement of lameness observed in some patients suggests that the diffusion of the local anaesthetic plays an important role in the pain abolishment of the lameness in the foot; therefore, early re-evaluation of the lameness after 2 and 5 minutes is recommended to further differentiate the source of pain. Larger clinical studies with advanced imaging modalities should be performed to determine if there is a correlation between the time-dependent blocking pattern of the DIP joint and the pathological findings in the foot. The second study indicated that the detection of mild to moderate lameness and response to regional or joint anaesthesia of horses obtained by use of a body-mounted inertial sensor system-based system did significantly agree with the subjective system, but variation of subjective lameness evaluation was based on experience. This study supports that the body-mounted inertial sensors system can be a practical tool for objective lameness detection and the effects of regional or joint anaesthesia in horses in clinical situation without bias.

Lahmheiten der distalen Gliedmaßen werden weltweit sehr häufig gefunden. Der schwierigste Teil der Lahmheitsuntersuchung besteht darin, den Schmerz an der Gliedmaße zu lokalisieren. Die Untersuchungen dieser klinischen Studie wurden unterstützt durch die Anwendung eines Lahmheitsuntersuchungssystems, das objektiv und gleichzeitig praxisorientiert ist. Der Vorteil einer Untersuchung mittels Einsatz eines Sensorgestützten Untersuchungssystems(hier genannt Lameness Locator= BMISS= body-mounted inertial sensor system) bei dieser klinischen Studie liegt (1) in der Objektivierung verschiedener Techniken der diagnostischen Anästhesie bei der Evaluierung von Vorhandlahmheiten und (2) im Vergleich dieser Befunde mit der subjektiven Befundung von Tierärzten mit unterschiedlicher klinischer Erfahrung. Insgesamt wurden 45 Pferde mit Vorhandlahmheit zwischen März 2012 und Juni 2013 in der Klinik für Pferde der Freien Universität zur Lahmheitsuntersuchung vorgestellt. Alle Pferde wurden einer vollständigen Lahmheitsuntersuchung unterzogen. Die Untersuchung im Trab auf gerader Linie war die Standardmethode zur Erlangung der Daten für den Lameness Locator(LL). Die Erlaubnis der Besitzer der Pferde für den Einsatz des Lameness Locators unter Anwendung der am Körper zu befestigenden Sensoren, für die Videoaufzeichnung und für die Verwendung der Pferde in der Studie, wurde für jeden einzelnen Fall eingeholt. Die Studie wurde aufgeteilt in zwei Studien. Der Titel der ersten Studie lautet: Einsatz von am Körper befestigten Sensoren zur objektiven Beurteilung von Leitungsanästhesien an der distalen Gliedmaße und bei intraartikulären Anästhesien der distalen Zehengelenke bei Pferden mit Vorhandlahmheit. Diese Studie wurde veröffentlicht im Journal of Equine Veterinary Science, 34(2014) 972-977. Es gibt 6 Mitautoren, von denen Porrakote Rungsri der erste Autor ist. Fünfundzwanzig Pferde(12 Warmblüter, 3 Traber(Standardbred) , 3 Ponys, 1 Vollblüter, eine Friese, ein Fjordpferd und ein Araber-Mix im Alter von 4 bis 25 Jahre( Durchschnitt = 14 Jahre) wurden für das folgende Projekt ausgewählt: Jeder Proband(1) zeigte eine Lahmheit einer Vordergliedmaße beim Vortraben auf gerader Linie und hartem Untergrund am Tag 1 und Tag 2 der Studie und eine positive Leitungsanästhesie des Hufes. Die Pferde der Studie wurden in zwei Gruppen aufgeteilt. Die Pferde mit einem deutlichen Rückgang der Lahmheit nach Anästhesie der Rami pulvinii(TB-Block) wurden der ersten Gruppe zugeordnet. Pferde mit einem deutlichen Rückgang der Lahmheit nur nach Mittlerer Palmarnervenanästhesie(MPA) wurden der zweiten Gruppe zugeordnet. Die Verbesserung der Lahmheit nach Leitungsanästhesien wurden untersucht unter Anwendung des Friedman`s Tests, der als Parameter den Prozentsatz der Verbesserung nach Anästhesie( abhängige Variable) und die Art der Anästhesie(unabhängige Variable)( TPA, MPA; Anästhesie des Hufgelenkes nach 2,5 und 10 Minuten)nutzt. Das zweite Projekt lautet: Übereinstimmung zwischen einem System(BMISS= LL), das durch am Körper befestigte Bewegungssensoren einen Lahmheitswert ermittelt und der subjektiven, auf Beobachtung basierenden Lahmheitsuntersuchung bei Pferden mit Vorhandlahmheit. Die Studie wurde veröffentlicht in der Pferdeheilkunde, 30(2014) 644-650. Es gab sieben Mitautoren mit Porrakote Rungsri als Hauptautor. An der Studie waren 24 Pferde im Alter von 4 bis 24 Jahren(Durchschnitt 13,7 Jahre) beteiligt(12 Warmblüter, 5 Standardbred Traber, 5 Ponys, 1 Vollblüter und ein Appaloosa)). Sie wurden von zwei erfahrenen Tierärzten einer Lahmheitsuntersuchung unterzogen. Die Untersuchung fand unter Einsatz des Lameness Locators auf gerader Linie vor und nach diagnostischer Anästhesie statt. Für weitere Studien wurden Videosequenzen von allen Untersuchungsschritten(n = 101) verwendet. Die Untersucher befanden sich in einer Doppelblindstudie hinsichtlich derErgebnisse des Lameness Locators. Die inter-Beobachter Übereinstimmung und die Übereinstimmung der Lahmheitsuntersuchung zwischen dem Lameness Locator-Ergebnissen und den Ergebnissen der Untersucher wurde in drei Kategorien aufgeteilt: 1)das Pferd ist vorne rechts lahm oder die Lahmheit vorne rechts ist stärker als die Lahmheit vorne links, 2) das Pferd ist vorne links lahm oder die Lahmheit vorne links ist stärker als die Lahmheit vorne rechts, und 3) die Lahmheit ist vorne beidseits vorhanden und genau gleich stark. Die Kappa statistik, der Prozentsatz der inter-Beobachter Übereinstimmung und die Übereinstimmung zwischen den Lameness Locator-Ergebnissen und den Ergebnissen der Untersucher wurden beschrieben. Die Ergebnisse der Anästhesie des Lameness Locator( Lameness Locator=LL= BMISS) und den Ergebnissen der sehr erfahrenen Untersucher wurden in sechs Kategorien eingeteilt. Die Daten wurden mittels des Kendall`tau test analysiert. Die Ergebnisse der ersten Studie lassen den Schluss zu , dass die intraartikuläre Anästhesie des Hufgelenkes unter Verwendung kleiner Volumina des Anästhetikums(5 ml) eine andere Region desensibilisiert als die entsprechende Leitungsanästhesie( Anästhesie des R.pulvinus des N. palmaris digitalis). Weiterhin lässt die zeitabhängige Verbesserung der Lahmheit bei gewissen Patienten den Verdacht zu, dass die Diffusion des Anästhetikums in benachbarte Strukturen eine wichtige Rolle spielt bei der Reduktion des Schmerzes der Lahmheit und damit der Reduktion des Lahmheitsgrades. Aus diesem Grund wird empfohlen eine frühzeitige Begutachtung der Lahmheit nach Anästhesie durchzuführen um einer Diffusion zuvorzukommen. Die Begutachtung der Lahmheit in dieser Studie fand nach jeweils 2, 5 und 10 Minuten nach Anästhesie statt. In einer größeren Studie mit einer erweiterten Bildgebung(MRT= Magnetresonanztomographie) sollten die zeitabhängigen Ergebnisse der Anästhesie mit den Befunden der MRT verglichen werden. Die zweite Studie belegt , dass die Befundung einer gering- bis mittelgradigen Lahmheit nach Leitungsanästhesie oder Gelenkanästhesie durch den Lameness Locators(LL= BMISS) signifikant übereinstimmt mit den Ergebnissen der Untersucher(subjektive Befundung). Es wurde eine Abweichung der Ergebnisse innerhalb der Untersuchergruppen festgestellt, die abhängig war von der Erfahrung der Untersucher. Die Studie unterstützt die Annahme, dass der Lameness Locator(BMISS= LL) eine sinnvolle Technik darstellt um eine objektive Lahmheitsuntersuchung durchzuführen und um die Wirkung von Leitungsanästhesien und Gelenkanästhesien bei klinischen Lahmheitsuntersuchungen festzustellen.