Publicación: Diseño y construcción de un prototipo para analizar las presiones en la horma del calzado
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Resumen en español
Existen numerosos reportes de estudios de la biomecánica del pie que han utilizado variados sistemas de medición, tanto cualitativos como cuantitativos. Estos se han aproximado a dar medidas exactas de las presiones en la planta del pie, con el fin de comprender a fondo la estructura y la distribución de las cargas. Pero a pesar de la gran cantidad de sistemas de medición, no existen investigaciones que se hayan enfocado a la medición cuantitativa de las presiones que ejerce el calzado sobre la horma del pie. Esta información podría ser útil para realizar un análisis más integral de la biomecánica del pie, especialmente influenciado por el calzado, pero además potencialmente podría influir en el bienestar de un paciente o en el mejor rendimiento de un atleta. El trabajo aquí presentado reporta el diseño y construcción de un prototipo de dispositivo destinado a la medición cuantitativa de las presiones en la horma del calzado. De éste se construyeron dos versiones con sensores piezorresistivos: la primera versión con sensores FSR® y la segunda con Flexiforce®. Cada sensor fué calibrado con un método estadístico que provee un intervalo de confianza del 95%. El sistema desarrollado es idéntico para cada versión del prototipo, en cuanto a las etapas de acondicionamiento y adquisición de la señal, con amplificadores operacionales y un sistema de adquisición de datos. La señal es procesada en el computador utilizando un programa de software implementado en LabVIEW 7.0; Éste permite registrar las presiones en los sensores ubicados alrededor del pie. La interfaz gráfica permite el despliegue de la información bajo diferentes modalidades de visualización que pueden permitir a un especialista interpretar fácilmente los datos. Las dos versiones del prototipo desarrollado cuentan con siete sensores, localizados en una media diseñada especialmente para tal fin; Tres de ellos se ubicaron en los puntos de apoyo de la bóveda plantar (calcáneo y cabezas del primer y tercer metatarsiano); dos se pusieron en las caras laterales del primer y quinto metatarsiano; y finalmente un sensor en el empeine y otro en la cara posterior del calcáneo (tendón de Aquiles). El sistema desarrollado es flexible y extensible, ya que permite una fácil reubicación de los sensores; amplio rango de opciones de visualización y manipulación de los datos; cómodo y de fácil adaptación a todo tipo de pie; el sistema permite la incorporación de un mayor número de sensores de ser requerido, lo cual brindaría mayor resolución y un análisis más completo de las presiones en la horma del calzado. Finalmente se resaltan como trabajo futuro, para el prototipo destinado a la medición de presiones en la horma del calzado, ampliar el número de sensores que utiliza y construirlo de forma inalámbrica. Igualmente, queda el reto de realizar análisis clínicos que definan específicamente si la medición de las presiones en la horma del calzado puede o no ser de utilidad ya que el dispositivo para su medición fue desarrollado.
Resumen en inglés
ABSTRACT: A large number of studies have been reported about the feet biomechanics. They have used a variety of measurement systems ranging from qualitative to quantitative. The typical approach those studies have followed is the measurement of the feet plantar pressures with the purpose of having a better understanding of its anatomy, structure and how the feet distribute the loads. Despite the fact a large number of systems have been developed there is no evidence of studies focusing on the quantitative measurement of the pressures that the shoes provide due to the internal feet shape. Such information may be useful to make even more complete the characterized feet biomechanics but focusing on the shoes effect. This study may promote the welfare of a patient or in other cases to be a factor of improvement for an athlete. The system presented reports the design and construction of a prototype for measuring the pressures between the shoes and the feet in a quantitative manner. Two versions of the prototype were constructed with piezo-resistive sensors: the first version with FSR® and the second with Flexiforce®. Each sensor was calibrated with an statistical method which provided a 95% confidence interval. The developed system for each prototype is identical in the stages of signal conditioning with operational amplifiers and data acquisition with a DAQ card from National Instruments. The signal is processed in the computer using software implemented with LabVIEW 7.0. It allows the registering of pressures measured by the sensors located around the foot. The graphical user interface developed displays information through different visualization modalities allowing the specialist to easily inspect the data. Both versions of the prototype have seven sensors located in an instrumented sock. The location of the sensor was as follows: three in the representative plantar vault supports (calcaneus in the heel base and the first and fifth metatarsal heads); two on the lateral faces of the first and fifth metatarsal heads; and finally, one sensor on the soft tissue over the metatarsals and cuneiforms and the other on calcaneus posterior side (Aquilles sinew). The developed system is flexible and extensible. First, it allows the user to relocate easily the sensor distribution around the foot if desired. Second, the system provides a large range of options for visualization and data handling. Third, the instrumented sock did not show discomfort from any subject used in the tests, and also, its design is easily adjustable for different feet size and anatomies. Finally, the system is extensible because it may easily handle the inclusion of more sensors which may provide a higher resolution and a more complete analysis of the pressures around the feet. Finally, it should be highlighted as future work the increase in the number of the number of sensors in the prototype as well as making it wireless. Equally, the most important and interesting challenge would be clinical validation to define whether the measurement the system provides may be useful for clinical or other purposes. The system for measuring those pressures is here presented.