Brevet FR3094162A1 — publié le 20200925

Description Titre de l'invention : PROCEDE, INSTALLATION ET ETIQUETTE POUR LE SUIVI DE L'ACTIVITE D'ANIMAUX EN CAPTIVITE [0001] La présente invention a pour objet un procédé et une installation pour le suivi de l'activité d'animaux en hébergement confiné, ainsi qu'une étiquette destinée à équiper un animal en hébergement confiné. [0002] La surveillance de l'activité d'animaux en hébergement confiné dans divers contextes, que ce soit en pré-opératoire, en post-opératoire, en clinique ou en laboratoire, requiert une observation quotidienne par une personne compétente. [0003] L'utilisation de systèmes de surveillance automatisés et sans intervention humaine est dès lors préférable pour relever et analyser les signes vitaux des animaux, dans la mesure où ces systèmes ne perturbent pas l'animal, ne lui causent aucun préjudice, et n'augmentent pas son niveau d'anxiété. [0004] Les techniques de surveillance permettent également d'obtenir des résultats plus précis, dans la mesure où ils s'affranchissent du "syndrome de la blouse blanche". Ainsi, il a été montré que la lecture des données vitales fournies par des implants invasifs, telles que la température, le taux de glucose et autres physiologies, par un intervenant humain à proximité de l'animal, était de fait perturbée. [0005] Plus particulièrement, il a été établi que les animaux réagissent systématiquement né- gativement ou positivement à la proximité des humains et que l'acte même de tenter d'obtenir la lecture des données fournies par des implants invasifs, faussait les données. [0006] Parallèlement à ce constat, le bien-être animal ainsi que la douleur et la détresse que les animaux utilisés à des fins scientifiques peuvent ressentir, sont depuis longtemps une préoccupation du grand public et de la communauté des chercheurs. [0007] En effet il existe une Directive 2010/63/UE du Parlement européen et du Conseil du 22 septembre 2010 relative à la protection des animaux utilisés à des fins scientifiques, traduite en droit français dans le Décret n° 2013-118 du ler février 2013 relatif à la protection des animaux utilisés à des fins scientifiques. [0008] Ce sont ces préoccupations, combinées à l'utilisation accrue des animaux en recherche fondamentale et appliquée, qui ont motivé W. M. S. Russell et R. L. Burch examiner comment les décisions devraient être prises quant à une telle utilisation des animaux. [0009] Dans l'ouvrage The Principles of Humane Experimental Technique [les principes d'une technique expérimentale conforme à l'éthique], dont la première parution remonte à 1959, les auteurs Russell et. Burch proposent de mettre en oeuvre le principe 2 des Trois R, qui prône le remplacement, la réduction et le raffinement. Depuis une quarantaine d'années, ce principe des Trois R est largement reconnu comme un principe éthique établi dans le cadre de la science faisant appel à l'utilisation d'animaux. [0010] Ainsi, c'est tout particulièrement le raffinement, qui désigne les modifications apportées aux procédures expérimentales afin de réduire la douleur et la détresse et d'améliorer le bien-être des animaux, qui anime un des objectifs de la présente invention. [0011] L'invention propose à cet effet une installation pour le suivi de l'activité d'animaux en hébergement confiné, l'installation comportant au moins une cage, une pluralité d'antennes disposée sous la au moins une cage, un lecteur auquel est reliée la pluralité d'antennes, des moyens informatiques aptes à piloter en émission et en réception le lecteur, et une étiquette destinée à équiper un animal en hébergement confiné dans la cage. [0012] Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution sont énoncées ci-après. [0013] Selon certaines caractéristiques optionnelles, la superficie de la cage est inférieure à 1 mètre, la cage mesurant entre 10 et 30 cm en largeur, et 25 à 75 cm en longueur. [0014] Selon d'autres caractéristiques optionnelles, au moins quatre antennes sont réparties sous la cage, préférablement entre six et huit antennes. [0015] De préférence, le lecteur est un lecteur RFID. [0016] De préférence, l'étiquette est une étiquette RFID passive dotée d'une antenne apposée sur une puce associée à un identifiant. [0017] De préférence, l'antenne et la puce sont encapsulées dans une gélule en matériau bio- compatible de manière à ce que l'étiquette soit injectable par voie sous-cutanée. [0018] L'invention a également pour objet une étiquette destinée à équiper un animal en hé- bergement confiné dans une installation conforme à un mode de réalisation de l'invention, l'étiquette comprenant une antenne et une puce encapsulées dans une gélule en matériau biocompatible, l'antenne présentant, en mode développé, une plaque centrale s'étendant longitudinalement et entourée d'une boucle ouverte dotée de deux languettes coudées. [0019] Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution sont énoncées ci-après. [0020] Selon certaines caractéristiques optionnelles, la longueur de la boucle LLOOP est in- férieure à 20 mm, préférentiellement sensiblement de l'ordre de 17,4 mm, la largeur de la boucle WLOOP est inférieure à 2 mm, préférentiellement sensiblement de l'ordre de 1,4 mm la longueur de la plaque centrale LP est inférieure à 20 mm préféren- tiellement sensiblement de l'ordre de 16,6 mm, la largeur de la plaque centrale WP est inférieure à 1 mrn, préférentiellement sensiblement de l'ordre de 0,45 mm, la longueur 3 des languettes coudées Lstub est inférieure à 1 mm, préférentiellement sensiblement de l'ordre de 0,9 mm. [0021] De préférence, l'antenne est composée d'un matériau conducteur, préférentiellement du cuivre, tandis que la puce est composée d'un matériau composite, préférentiellement un verre renforcé en PTFE. [0022] L'invention a également pour objet un procédé de suivi de l'activité d'animaux en hébergement confiné dans une installation comportant au moins une cage, une pluralité d'antennes disposée sous la au moins une cage, un lecteur RFID auquel est reliée la pluralité d'antennes, des moyens informatiques aptes à piloter en émission et en réception le lecteur RFID, et une étiquette RFID destinée à équiper un animal en hébergement confiné dans la cage, caractérisé en ce qu'on procède aux étapes suivantes : [0023] - l'animal est équipé de l'étiquette, [0024] - le lecteur RFID génère au niveau de la pluralité d'antennes l'émission d'une onde électromagnétique, [0025] - le lecteur RFID identifie laquelle (ou lesquelles) de la pluralité d'antennes a (ou ont) réceptionné la réponse émise par l'étiquette RFID, [0026] de sorte que la position de l'animal est déterminée en fonction de la ou des antennes qui a ou qui ont réceptionné la réponse émise par l'étiquette RFID. [0027] Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution sont énoncées ci-après. [0028] Selon certaines caractéristiques optionnelles, les moyens informatiques analysent sur une durée donnée quelles antennes ont réceptionné un signal émis par l'étiquette RFID et déterminent ainsi les positions successives de l'animal. [0029] Selon d'autres caractéristiques optionnelles, les moyens informatiques déterminent la position de l'animal au moyen d'algorithmes basés sur les méthodes de triangulation ou bien au moyen d'algorithmes de positionnement par « fingerprinting ». [0030] Selon d'autres caractéristiques optionnelles, la superficie de la cage est inférieure à 1 mètre, la cage mesurant entre 10 et 30 cm en largeur, et 25 à 75 cm en longueur. [0031] Selon d'autres caractéristiques optionnelles, au moins quatre antennes sont réparties sous la cage, préférablement entre six et huit antennes. [0032] Selon d'autres caractéristiques optionnelles, l'animal est équipé de l'étiquette par injection sous cutanée de ladite étiquette, ladite étiquette comportant une antenne et une puce encapsulées dans une gélule en matériau biocompatible. [0033] Selon d'autres caractéristiques optionnelles, l'étiquette comprend une antenne et une puce encapsulées dans une gélule en matériau biocompatible, l'antenne présentant, en mode développé, une plaque centrale s'étendant longitudinalement et entourée d'une boucle ouverte dotée de deux languettes coudées. [0034] Selon d'autres caractéristiques optionnelles, la longueur de la boucle LLOOP est in- férieure à 20 mm, préférentiellement sensiblement de l'ordre de 17,4 mm, la largeur de la boucle WLOOP est inférieure à 2 mm, préférentiellement sensiblement de l'ordre de 1,4 mm, la longueur de la plaque centrale LP est inférieure à 20 mm, préféren- tiellement sensiblement de l'ordre de 16,6 mm, la largeur de la plaque centrale WP est inférieure à 1 mm, préférentiellement sensiblement de l'ordre de 0,45 mm, la longueur des languettes coudées Lstub est inférieure à 1 mm, préférentiellement sensiblement de l'ordre de 0,9 mm. [0035] Selon d'autres caractéristiques optionnelles, l'antenne est composée d'un matériau conducteur, préférentiellement du cuivre, tandis que la puce est composée d'un matériau composite, préférentiellement un verre renforcé en PTFE. [0036] Selon d'autres caractéristiques optionnelles, l'étiquette REID émet des signaux vé- hiculant des informations sur l'état physiologique de l'animal. [0037] D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la des- cription détaillée dc mises en oeuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : [0038] [fig.1] Cette figure est une vue schématique d'une installation pour le suivi de l'activité d'animaux en hébergement confiné, conforme à un mode de réalisation de l'invention. [0039] [fig.2] Cette figure est une vue de dessus d'un élément constitutif d'une étiquette destinée à équiper un animal en hébergement confiné, l'étiquette étant conforme à un mode de réalisation de l'invention. [0040] [fig.3] Cette figure est une vue en coupe transversale d'une étiquette destinée à équiper un animal en hébergement confiné, l'étiquette étant conforme à un mode de réalisation de l'invention. [0041] A des fins de clarté et de concision, les références sur les figures correspondent aux mêmes éléments. [0042] Les modes de réalisation décrits ci-après étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein (l'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. [0043] Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. [0044] La Figure 1 décrit une installation pour le suivi de l'activité d'animaux en hé- bergement confiné selon un mode de réalisation de l'invention. [0045] L'installation comporte une cage 1 de superficie inférieure à 1 mètre carré, c'est-à-dire une cage destinée à de petits animaux comme par exemple des rongeurs. [0046] De préférence, la cage mesure entre 10 et 30 cm pour ce qui est de la largeur, et entre 25 et 75 cm pour ce qui est de la longueur. [0047] Une pluralité d'antennes 2a, 2b, 2e est disposée sous la cage, et de préférence entre quatre et huit antennes. [0048] La pluralité d'antennes 2a, 2b, 2e, est reliée à un lecteur 3 piloté en émission et en réception par des moyens informatiques 4. [0049] Bien entendu, l'installation peut comporter une pluralité de cages, chacune des cages étant équipée d'un lot d'antennes disposées sous la cage. [0050] L'ensemble des lots d'antennes peut être connecté à un seul et unique lecteur piloté en émission et en réception par des moyens informatiques centralisés. [0051] L'installation comporte en outre une étiquette 5 destinée à équiper un animal en hé- bergement confiné dans la cage. [0052] Cette étiquette est apte à réceptionner les signaux émis par les antennes disposées sous la cage lorsqu'elle se situe dans leur champ respectif. [0053] Cette étiquette est également apte à réceptionner l'intensité des signaux (appelée niveau RSSI du signal) émis par les antennes disposées sous la cage. [0054] Cette étiquette est également apte à émettre un signal en réponse qui est à son tour ré- ceptionné par l'antenne émettrice et transmis au lecteur. [0055] Le lecteur transmet ainsi aux moyens informatiques une succession d'informations qui indique quelles sont les antennes qui ont été sollicitées par la proximité de l'étiquette. [0056] Il devient alors possible de déterminer approximativement les localisations suc- cessives de l'animal porteur de l'étiquette. [0057] De préférence, le lecteur 3 est un lecteur RFID associé à l'étiquette 5 également RFID. [0058] De préférence, l'étiquette 5 est une étiquette RFID passive dotée d'une antenne 51 apposée sur une puce 52 associée à un identifiant. [0059] De préférence, l'antenne 51 et la puce 52 sont encapsulées dans une gélule en matériau biocompatible et de manière à ce que l'étiquette soit injectable par voie sous-cutanée. [0060] En effet, pour implanter une étiquette dans un petit animal de laboratoire, il est préférable d'utiliser des injecteurs (ou seringues) adaptés car ils permettent de ne pas avoir à réaliser d'actes chirurgicaux, et d'être utilisés par des zootechniciens ne possédant pas d'habilitation pour la chirurgie. 6 [0061] On notera que la gélule, dite aussi capsule, peut contenir en plus d'une petite antenne d'autres composants tels que des capteurs, des puces électroniques voire accessoirement une caméra ou une batterie. [0062] L'étiquette 5 pourra s'inspirer du format de la puce TAM-M® de la société In- tellibio. Cette étiquette a la forme d'une gélule de dimension 1,4 x 8 mm, en verre biocompatible et revêtue de parylène pour éviter la migration. [0063] Elle offre une durée de vie bien supérieure à celle des petits animaux de laboratoire et présente de bonnes performances de lecture. Sa mémoire est programmable en écriture de 96 caractères alphanumériques. [0064] Ainsi, l'étiquette peut intégrer un grand nombre d'informations sur l'état phy- siologique de l'animal. [0065] L'étiquette 5, qui constitue un des objets de l'invention va maintenant être décrite plus en détail. [0066] Il convient tout d'abord de rappeler que le suivi des petits animaux utilisés dans le cadre de tests de laboratoire et l'analyse de leur comportement à distance, à faible coût et en temps réel a fait l'objet de nombreux travaux de recherche. [0067] Un axe majeur réside dans la problématique de l'implantation de capteurs sans fils miniatures qui nécessitent des composants de haute technicité dont le plus problématique est l'antenne. [0068] En effet, la principale difficulté dans la conception d'antennes pour les dispositifs de communication bio-implantables est de fournir une structure rayonnante efficace et ce, malgré les contraintes de volume et le fort impact des tissus biologiques qui l'entourent. [0069] Si de nombreuses études ont poilé sur l'utilisation d'antennes implantées dans la bande MICS (Medical Implant Communications Service) (402-405 MHz), il faut noter qu'à ces fréquences, la taille des antennes peut être un inconvénient réel dans le cas de petits animaux, d'où une recherche de miniaturisation. [0070] Une alternative consiste en l'utilisation de la technologie RFID (Radio-Frequency Identification) dans la bande UHF de 860 à 960 MHz. [0071] En effet, elle présente deux avantages primordiaux : elle facilite l'implantation de l'étiquette et ne nécessite pas l'ajout d'une batterie pour alimenter le périphérique implanté. [0072] Après l'analyse d'un bilan de liaison permettant de calculer les performances minimales de l'antenne implantée à concevoir pour une communication fiable et efficace, une étiquette RFID passive en 3D a été optimisée par différentes techniques pour atteindre des structures finales implantables ou injectables au dos d'une souris. [0073] Cette étiquette RFID passive en 3D répond au cahier des charges suivant : [0074] - Bande de fréquence RFID européenne : 865-868 MHz 7 [0075] - Dimensions maximales autorisées : 20 x 2 x 1 mm3 [0076] - Portée minimale : 5,8 cm [0077] - Impédance de la puce utilisée : impinj Monza R6 13-j126 Ohm [0078] - Impédance de l'antenne proposée : 13-Fj126 Ohm [0079] Tel que représenté sur la figure 3, l'étiquette comprend une antenne 51 et une puce 52 encapsulées dans une gélule 53. [0080] La puce 52 est un substrat en matériau composite, en l'occurrence un verre renforcé en PTFE, soit par exemple du R05880 Duroid, qui est doté d'une permittivité relative de l'ordre de 2,2, d'une tangente de perte de l'ordre de 0,0009 et d'une épaisseur de l'ordre de 0,127 mm. [0081] La capsule (ou gélule) devant être biocompatible, elle peut être réalisée à l'aide d'un tube de verre borosilicate précontraint, qui présente avantageusement une grande résistance aux chocs et aux rayures. [0082] Ce matériau a une permittivité relative de l'ordre de 4,6, une tangente de pertes de l'ordre de 0,0037, une épaisseur de l'ordre de 0,1 mm et un diamètre de l'ordre de 1,6 mm. [0083] La couche de verre borosilicate a pour fonction d'empêcher la possibilité de rejet de l'implant par le corps animal, et également de faciliter la transition de l'onde rayonnante entre l'antenne implantée et les tissus animaux. [0084] Tel que représenté sur la figure 2, l'antenne 51 est fabriquée à partir d'une plaque de cuivre. [0085] L'antenne 51 présente, en mode développé, une plaque centrale 510 entourée d'une boucle ouverte 511 dotée de deux languettes coudées 512. [0086] La longueur de la boucle 511 LLOOP est inférieure à 20 mm, préférentiellement sen- siblement de l'ordre de 17.4 mm [0087] La largeur de la boucle WLOOP est inférieure à 2 mm préférentiellement sen- siblement de l'ordre de 1.4 mm [0088] La longueur de la plaque centrale 510 LP est inférieure à 20 mm préférentiellement sensiblement de l'ordre de 16.6 mm. [0089] La largeur de la plaque centrale WP est inférieure à 1 mm, préférentiellement sen- siblement de l'ordre de 0.45 mm [0090] La longueur des languettes coudées Lstub est inférieure à 1 mm, préférentiellement sensiblement de l'ordre de 0.9 mm [0091] Cette géométrie, qui correspond à un volume total très faible pour l'antenne (puisque de l'ordre de 36,2 mm5) permet d'obtenir une impédance de 13,4 + j126 3 Ohms avec un gain total de -23,4 dBi et une efficacité de 0,2 %. [0092] Ces valeurs sont très acceptables par rapport aux antennes classiques qui sont plus volumineuses et qui fonctionnent à ces fréquences. 8 [0093] Le procédé de suivi de l'activité d'animaux en hébergement confiné dans une ins- tallation telle que décrite précédemment, va maintenant être décrit, étant entendu qu'on dispose d'au moins un petit animal confiné dans une cage 1 de superficie inférieure à 1 mètre carré, une pluralité d'antennes 2a, 2b, 2e étant disposée sous la cage, et reliées à un lecteur RFID 3, des moyens informatiques 4 étant aptes à piloter en émission et en réception le lecteur RFID. [0094] Selon une étape préalable, il est nécessaire d'équiper l'animal avec l'étiquette 5. [0095] Puis, le lecteur RFID 3 génère au niveau de la pluralité d'antennes 2a, 2b, 2e l'émission d'une onde électromagnétique. [0096] Puis, le lecteur RFID 3 identifie laquelle ou lesquelles de la pluralité d'antennes a ou ont réceptionné la réponse émise par l'étiquette RFID, de sorte que la position de l'animal est déterminée en fonction de la ou des antennes qui a ou qui ont réceptionné la réponse émise par l'étiquette RFID. [0097] Les moyens informatiques 4 sont dès lors en mesure d'analyser sur une durée donnée quelles antennes ont réceptionné un signal émis par l'étiquette RFID et déterminent ainsi les positions successives de l'animal. [0098] Les moyens informatiques 4 peuvent alors déterminer la position de l'animal au moyen d'algorithmes basés sur les méthodes de triangulation ou bien au moyen d'algorithmes de positionnement par « fingcrprinting », ou bien au moyen d'algorithmes de positionnement par « WLAN Indoor Positionning Algorithm ». [0099] Ces algorithmes utilisent le RSSI (Received Signal Strength Indication) qui est une valeur qui quantifie le niveau d'énergie des ondes électromagnétiques (l'intensité du signal mesuré) reçu par l'antenne de réception. Plus la source est située à proximité, plus le signal radio est fort et plus le niveau du RSSI est élevé. [0100] Le RSSI est estimé différemment en fonction des technologies de télécommunication utilisées. Par exemple, pour le réseau mobile 4G, le RSSI est mesuré seulement sur les porteuses attribuées, tandis que pour le Wi-Fi ou le réseau 3G, il est nécessaire de le mesurer seulement sur la bande de fréquence. [0101] En ce qui concerne la technologie RFID, la valeur du RSSI est mesurée dans toute sa bande de fréquence attribuée. [0102] Les valeurs peuvent alors être obtenues par un logiciel sur un ordinateur local. [0103] Il est possible de conclure que le système fonctionne correctement lorsque la valeur reçue à partir de l'étiquette est supérieure à la sensibilité du lecteur. [0104] Concernant maintenant les algorithmes, ceux du type «fingeiprinting», et ceux du type « WLAN Indoor Positionning Algorithm » sont particulièrement adaptés dans le cas des problématiques de géolocalisation en intérieur sur des espaces confinés. [0105] L'approche par « empreinte radio » ("fingerprinting signal") comprend deux étapes: l'étalonnage et la localisation. 9 [0106] La phase d'étalonnage comprend l'acquisition de caractéristiques (généralement l'intensité appelée RSSI) des signaux issus des émetteurs stationnaires (balises) en des points prédéfinis, qui sont utilisés pour construire une base de données qui correspond aux valeurs collectées (empreintes digitales) avec les emplacements correspondants. [0107] Au cours de la phase de localisation, le dispositif mobile acquiert une empreinte digitale du signal et le système de positionnement utilise les données d'étalonnage, couplées à des algorithmes appropriés pour déterminer la meilleure correspondance pour l'emplacement auquel l'empreinte digitale appartient le plus probablement. [0108] L'approche avec l'algorithme de positionnement WLAN (Wireless Local Arca Nctwork) utilise un système de communication très répandu (plus connu sous le nom de « réseau Wi-Fi. [0109] Cet algorithme se compose de deux phases : "off-line measurement" et "on-line mea- surement" qui intègrent également différents algorithmes de positionnements du type NN (Nearest-Neighbor) ou KNN (K Nearest-Neighbour). [0110] Ainsi, l'installation et le procédé selon l'invention rendent possible l'enregistrement avec précision des déplacements d'un animal de laboratoire en hébergement confiné. [0111] Les données recueillies par l'installation peuvent également être mises au service des technologies d'intelligence artificielle. [0112] TI devient ainsi possible d'analyser le comportement et les mouvements des petits animaux de laboratoire en utilisant l'apprentissage en profondeur (deep learning). [0113] 11 s'agit d'une technologie d'intelligence artificielle visant à anticiper des com- portements particuliers sur la base d'un certain nombre d'informations. [0114] Ces données permettent de mettre en évidence par exemple les stéréotypies de ces animaux, les stéréotypies étant classiquement définies comme des comportements répétitifs, invariants et qui n'ont aucun but ou fonction apparents. [0115] A partir de ces données, il est par exemple possible de déterminer si l'activité de l'animal est une manifestation réactionnelle ou pathologique, comportementale ou organique. [0116] A noter, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres, selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres. 10