Педобарография
| Педобарография | |
|---|---|
 Пример распределения давления на стопу; максимальное давление за один шаг. | |
| Тест | биомеханика походки |
Педобарография – исследование полей давления, действующих между подошвенной поверхностью стопы и опорной поверхностью. Педобарография, чаще всего используемая для биомеханического анализа походки и осанки, применяется в широком спектре приложений, включая спортивную биомеханику и биометрию походки . Термин «педобарография» происходит от латинского слова «pedes» , обозначающего стопу (например, «шагомер» , «пешеход » и т. д.), и греческого слова «baros», означающего «вес», а также «давление» (например, «барометр» , «барограф» ). ).
История
[ редактировать ]Первое задокументированное педобарографическое исследование было опубликовано в 1882 году, в нем для регистрации давления на стопы использовались резина и чернила. [ 1 ] Многочисленные исследования с использованием подобных аппаратов проводились в начале и середине двадцатого века. [ 1 ] [ 2 ] но только с появлением персонального компьютера были разработаны электронные устройства и педобарография стала практичной для повседневного клинического использования. [ 3 ] В настоящее время он широко используется для оценки и коррекции различных биомеханических и нейропатических нарушений. [ 4 ] [ 5 ]
Аппаратное обеспечение
[ редактировать ]Устройства делятся на две основные категории: (i) напольные и (ii) встраиваемые в обувь . Базовые технологии разнообразны: от пьезоэлектрических датчиков массивов до преломления света . [ 2 ] [ 4 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] но конечная форма данных, генерируемых всеми современными технологиями, представляет собой либо 2D-изображение, либо временной ряд 2D-изображений давления, действующего под подошвенной поверхностью стопы. В настоящее время существует несколько коммерческих систем измерения давления, и в них обычно используются емкостные или резистивные датчики. [ 9 ] Исследования показали, что емкостные датчики более эффективны и надежны, чем резистивные датчики, при непрерывном использовании в течение более длительного периода времени. [ 10 ] На основе этих данных можно рассчитать другие переменные (см. Анализ данных ).
Существует несколько различий между типами информации, которую вы получаете от этих двух систем, поэтому в зависимости от приложения одна система может подойти лучше. Например, напольная система предоставит пространственно-временную информацию, такую как длина шага, которую не может предоставить система в обуви. Платформенные системы (или напольные системы) также позволят тестировать пациентов со средствами ходьбы на наличие вспомогательных устройств. Однако существуют некоторые разногласия по поводу оценки естественной походки с помощью платформенной системы, поскольку пациенты потенциально ориентируются на платформу во время ходьбы. Именно здесь внутриобувная система дает преимущество, поскольку снижает риск попадания в цель. Пользователи должны тщательно оценить различия между системами, пациентов, которых они будут оценивать, и тип данных, которые их интересуют при выборе системы. [ 11 ]
Пространственное и временное разрешение изображений, генерируемых коммерческими педобарографическими системами, варьируются примерно от 3 до 10 мм и от 25 до 500 Гц соответственно. Более высокое разрешение ограничено сенсорной технологией. Такое разрешение дает площадь контакта примерно 500 датчиков (для типичной стопы взрослого человека с площадью поверхности примерно 100 см). 2 ). [ 12 ] Для продолжительности фазы опоры примерно 0,6 секунды во время обычной ходьбы [ 13 ] Для каждого шага записывается около 150 000 значений давления, в зависимости от технических характеристик оборудования.
Анализ данных
[ редактировать ]Чтобы справиться с большим объемом данных, содержащихся в каждой педобарографической записи, традиционные анализы уменьшают размер данных до более удобного размера в три этапа: (1) создают анатомические или региональные маски, (2) извлекают региональные данные и (3) проводят статистические расчеты. тесты. Результаты обычно представляются в виде таблиц или гистограмм . Существует также ряд альтернативных методов анализа, основанных на методологии цифровой обработки изображений . [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] Эти методы также оказались клинически и биомеханически полезными, но наиболее распространены традиционные региональные анализы.
Наиболее часто анализируемой педобарографической переменной является «пиковое давление» или максимальное давление, испытываемое на каждом датчике (или пикселе, если датчики расположены на регулярной квадратной сетке) за время шага. Другие переменные, такие как продолжительность контакта, интеграл давление-время, траектория центра давления , например, также имеют отношение к биомеханической функции стопы.
Клиническое использование
[ редактировать ]Наиболее широко исследованное клиническое применение педобарографии – это изъязвление диабетической стопы . [ 17 ] состояние, которое в крайних случаях может привести к ампутации [ 18 ] но для которых даже легкие и среднетяжелые случаи связаны со значительными расходами на здравоохранение . [ 19 ] Педобарография также используется во множестве других клинических ситуаций, включая: послеоперационную биомеханическую оценку, [ 20 ] интраоперационная оценка, [ 21 ] ортопедический дизайн [ 22 ] и оценка хирургии опущенной стопы. [ 5 ] Помимо клинического применения, педобарография продолжает использоваться в лаборатории для понимания механизмов, управляющих походкой и осанкой человека. [ 3 ] [ 7 ]
Использование педобарографов в клинических условиях поддерживается исследователями. По словам Боуэна и др., «Измерения педиобарографа можно использовать для мониторинга и количественной оценки прогрессирующих изменений деформации стопы с течением времени. Педобарограф — это надежный метод измерения, который показывает небольшую вариабельность между измерениями в одно и то же время и между измерениями в разные дни. " [ 23 ]
Терминология
[ редактировать ]- Динамическая педобарография относится к сбору и анализу педобарографических данных временных рядов во время динамических действий, таких как походка.
- Статическая педобарография относится к сбору и анализу педобарографических данных временных рядов во время постуральной (т. е. квазистатической ) деятельности.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Эльфман Х.О. (1934). «Кинематографическое исследование распределения давления в стопе человека». Анат Рек . 59 (4): 481–90. дои : 10.1002/ar.1090590409 . S2CID 85126461 .
- ^ Jump up to: а б Лорд М. (1981). «Измерение давления стопы: обзор методологии». J Biomed Eng . 3 (2): 91–9. дои : 10.1016/0141-5425(81)90001-7 . ПМИД 7230763 .
- ^ Jump up to: а б Александр И.Дж., Чао Е.Ю., Джонсон К.А. (декабрь 1990 г.). «Оценка динамических сил контакта стопы с землей и распределения подошвенного давления: обзор эволюции современных методов и клинического применения». Стопа и лодыжка . 11 (3): 152–67. дои : 10.1177/107110079001100306 . ПМИД 2074083 . S2CID 28350803 .
- ^ Jump up to: а б Гефен А (декабрь 2007 г.). «Устройства измерения давления для оценки нагрузки на мягкие ткани под костными выступами: технологические концепции и клиническое применение» . Раны: сборник клинических исследований и практики . 19 (12): 350–62. ПМИД 25942685 .
- ^ Jump up to: а б Пармар Б (2009). «Оценка операции по отвисанию стопы у больных проказой с использованием частотного анализа изображений распределения давления в стопах». 13-я Международная конференция по биомедицинской инженерии, Труды IFMBE . Том. 23. С. 1107–1111. дои : 10.1007/978-3-540-92841-6_272 . ISBN 978-3-540-92840-9 .
- ^ Кобб Дж., Клермонт-ди-джей (июль 1995 г.). «Датчики для измерения давления стоп: обзор последних разработок». Медицинская и биологическая инженерия и вычислительная техника . 33 (4): 525–32. дои : 10.1007/BF02522509 . ПМИД 7475382 . S2CID 19670853 .
- ^ Jump up to: а б Розенбаум Д., Беккер Х.П. (1997). «Измерения распределения подошвенного давления: техническая основа и клиническое применение». J Хирургия лодыжки . 3 : 1–14. дои : 10.1046/j.1460-9584.1997.00043.x .
- ^ Орлин М.Н., МакПойл Т.Г. (апрель 2000 г.). «Оценка подошвенного давления» . Физиотерапия . 80 (4): 399–409. дои : 10.1093/ptj/80.4.399 . ПМИД 10758524 .
- ^ Берни, Луиза; Чокалингам, Начиаппан; Холдер, Алекс; Клейпол, Тим; Килдафф, Лиам; Безодис, Нил (1 сентября 2023 г.). «Коммерчески доступные датчики давления для применения в спорте и здравоохранении: сравнительный обзор» . Нога . 56 : 102046. doi : 10.1016/j.foot.2023.102046 . ПМИД 37597352 .
- ^ Берни, Луиза; Чокалингам, Начиаппан; Холдер, Алекс; Клейпол, Тим; Килдафф, Лиам; Безодис, Нил (1 сентября 2023 г.). «Коммерчески доступные датчики давления для применения в спорте и здравоохранении: сравнительный обзор» . Нога . 56 : 102046. doi : 10.1016/j.foot.2023.102046 . ПМИД 37597352 .
- ^ «Руководство по выбору решения для анализа походки» . Текскан . 31 мая 2018 г.
- ^ Биртане М., Туна Х. (декабрь 2004 г.). «Оценка распределения подошвенного давления у взрослых с ожирением и без ожирения». Клиническая биомеханика (Бристоль, Эйвон) . 19 (10): 1055–9. doi : 10.1016/j.clinbiomech.2004.07.008 . ПМИД 15531056 .
- ^ Блан И., Балмер К., Лэндис Т., Вингерхутс Ф. (октябрь 1999 г.). «Временные параметры и закономерности переворота стопы при ходьбе: нормативные данные для здоровых взрослых». Походка и осанка . 10 (2): 97–108. дои : 10.1016/S0966-6362(99)00019-3 . ПМИД 10502643 .
- ^ Чу В.К., Ли Ш., Чу В., Ван ТиДжей, Ли MC (ноябрь 1995 г.). «Использование индекса арки для характеристики высоты арки: подход к цифровой обработке изображений». Транзакции IEEE по биомедицинской инженерии . 42 (11): 1088–93. дои : 10.1109/10.469375 . ПМИД 7498912 . S2CID 20181495 .
- ^ Прабху К.Г., Патил К.М., Шринивасан С. (май 2001 г.). «Диабетическая стопа в зоне риска: новый метод анализа изображений давления стопы при ходьбе на разных уровнях невропатии для раннего выявления язв подошв». Медицинская и биологическая инженерия и вычислительная техника . 39 (3): 288–93. дои : 10.1007/BF02345282 . ПМИД 11465882 . S2CID 25342386 .
- ^ Шах С.Р., Патил К.М. (2005). «Обработка изображений давления стоп и отображение расширенного клинического параметра PR при диабетической невропатии ». Протокол 9-й Международной конференции по реабилитации робототехники . стр. 414–417. дои : 10.1109/ICORR.2005.1501131 . ISBN 0-7803-9003-2 . S2CID 47541236 .
- ^ v ван Ши CH (сентябрь 2005 г.). «Обзор биомеханики диабетической стопы». Международный журнал ран нижних конечностей . 4 (3): 160–70. дои : 10.1177/1534734605280587 . ПМИД 16100097 .
- ^ Кленерман Л., Вуд Б. (2006). Человеческая стопа: спутник медицинских исследований . Берлин: Шпрингер.
- ^ Райбер Г.Е. (март 1992 г.). «Уход за диабетической стопой. Финансовые последствия и практические рекомендации». Уход при диабете . 15 (Приложение 1): 29–31. дои : 10.2337/diacare.15.1.S29 . ПМИД 1559416 . S2CID 20148896 .
- ^ Хан Ф., Майвальд К., Хорстманн Т., Вьен П. (январь 2008 г.). «Изменения в распределении подошвенного давления после увеличения ахиллова сухожилия с переносом длинного сгибателя большого пальца стопы». Клиническая биомеханика (Бристоль, Эйвон) . 23 (1): 109–16. doi : 10.1016/j.clinbiomech.2007.08.015 . ПМИД 17949866 .
- ^ Рихтер М. , Фринк М., Зех С., Герлинг Дж., Дросте П., Кноблох К., Креттек С. (2006). «Методика интраоперационного применения педобарографии». Техническая хирургия стопы и лодыжки . 5 : 88–100. дои : 10.1097/00132587-200606000-00006 . S2CID 72699538 .
- ^ Ходж MC, Бах TM, Картер GM (октябрь 1999 г.). «Документ за первую премию за роман. Ортопедическое лечение подошвенного давления и боли при ревматоидном артрите». Клиническая биомеханика (Бристоль, Эйвон) . 14 (8): 567–75. дои : 10.1016/S0268-0033(99)00034-0 . ПМИД 10521640 .
- ^ Риад Дж., Коулман С., Хенли Дж., Миллер Ф. (ноябрь 2007 г.). «Надежность педиобарографов при деформации стопы у детей» . Журнал детской ортопедии . 1 (5): 307–12. дои : 10.1007/s11832-007-0053-1 . ПМЦ 2656740 . ПМИД 19308525 .