Pedobarografie - Pedobarography

Pedobarografie
Příklad tlaku na chodidlo.png
Příklad rozložení tlaku na chodidlo; maximální tlaky během jednoho kroku.
Zkouškabiomechanika chůze

Pedobarografie je studium tlakových polí působících mezi plantární povrch chodidla a podpůrný povrch. Používá se nejčastěji pro biomechanické analýza chůze a držení těla, pedobarografie se používá v široké škále aplikací včetně sportovní biomechanika a biometrie chůze . Termín „pedobarografie“ je odvozen z latiny: pedes, s odkazem na chodidlo (jako v: krokoměr, pěší atd.) a řecké: baros což znamená „hmotnost“ a také „tlak“ (jako v: barometr, barograf ).

Dějiny

První dokumentovaná pedobarografická studie byla publikována v roce 1882 a pro záznam tlaků na nohy byla použita guma a inkoust.[1] Na počátku a v polovině dvacátého století byly provedeny četné studie využívající podobné přístroje,[1][2] ale to nebylo až do příchodu osobní počítač že byly vyvinuty elektronické přístroje a že pedobarografie se stala praktickou pro běžné klinické použití.[3] Nyní se široce používá k hodnocení a nápravě různých biomechanických a neuropatických poruch.[4][5]

Příklad zařízení pro měření tlaku v podlaze na podlaze.
Příklad zařízení pro měření tlaku v chodidlech (v botě).

Hardware

Zařízení spadají do dvou hlavních kategorií: (i) podlahové a (ii) v botě. Základní technologie je různorodá, od piezoelektrický snímač pole do lom světla,[2][4][6][7][8] ale konečná forma dat generovaných všemi moderními technologiemi je buď 2D obraz nebo 2D obraz časové řady tlaků působících pod plantárním povrchem chodidla. Z těchto údajů lze vypočítat další proměnné (viz Analýza dat ).

Existuje několik rozdílů mezi typy informací, které od těchto dvou systémů obdržíte, takže v závislosti na aplikaci může jeden systém lépe vyhovovat. Například podlahový systém poskytne prostorové časové informace, jako je délka kroku, kterou systém v botě nemůže poskytnout. Systémy platformy (nebo systémy založené na podlaze) také umožní testování pacientů s pomůckami pro chůzi pro asistenční zařízení. Ohledně hodnocení přirozené chůze se systémem plošiny však existuje určitá kontroverze kvůli pacientům, kteří by se při chůzi potenciálně zaměřili na plošinu. To je místo, kde systém v botě poskytuje výhodu, protože snižuje riziko cílení. Uživatelé by měli při výběru systému pečlivě vyhodnotit rozdíly mezi systémy, pacienty, které budou hodnotit, a typ dat, o které se zajímají.[9]

Prostorové a časové rozlišení obrazů generovaných komerčními pedobarografickými systémy se pohybuje od přibližně 3 do 10 mm, respektive 25 až 500 Hz. Jemnější rozlišení je omezeno technologií senzorů. Taková rozlišení dávají a kontaktní oblast přibližně 500 senzorů (pro typickou dospělou lidskou nohu s povrchem přibližně 100 cm2).[10] Po dobu fáze postoje přibližně 0,6 sekundy při normální chůzi[11] pro každý krok je zaznamenáno přibližně 150 000 hodnot tlaku, v závislosti na hardwarových specifikacích.

Analýza dat

Aby bylo možné vypořádat se s velkým objemem dat obsažených v každém pedobarografickém záznamu, tradiční analýzy snižují data na zvládnutelnější velikost ve třech fázích: (1) vytvoření anatomických nebo regionálních masek, (2) extrakce regionálních dat a (3) spuštění statistických údajů testy. Výsledky jsou obvykle uvedeny v tabulkových nebo sloupcový graf formáty. Existuje také řada alternativních analytických technik odvozených z digitální zpracování obrazu metodologie.[12][13][14] Bylo také zjištěno, že tyto techniky jsou klinicky a biomechanicky užitečné, ale nejčastější jsou tradiční regionální analýzy.

Nejčastěji analyzovanou pedobarografickou proměnnou je „špičkový tlak“ nebo maximální tlak zkušený u každého senzoru (nebo pixelu, pokud senzory spadnou na pravidelnou čtvercovou mřížku) po dobu trvání kroku. Další proměnné, jako je doba kontaktu, integrál tlaku a času, střed tlaku trajektorie jsou například také relevantní pro biomechanickou funkci nohy.

Klinické použití

Nejčastěji zkoumaná klinická aplikace pedobarografie je diabetická noha ulcerace,[15] stav, který může v extrémních případech vést k amputaci[16] ale u nichž jsou i mírné až střední případy spojeny s podstatnými zdravotní péče výdaje.[17] Pedobarografie se také používá v řadě dalších klinických situací, včetně: pooperačního biomechanického hodnocení,[18] intraoperační hodnocení,[19] protetický design[20] a hodnocení chirurgie drop-foot.[5] Kromě klinických aplikací se v laboratoři nadále používá pedobarografie k pochopení mechanismů, jimiž se řídí lidská chůze a držení těla.[3][7]

Výzkumníci podporují používání pedobarografů v klinickém prostředí. Podle Bowena et al. „Měření pediobarografem lze použít ke sledování a kvantitativnímu posouzení progresivních změn deformity chodidla v průběhu času. Pedobarograf je spolehlivé měření, které vykazuje malou variabilitu mezi měřeními při stejné příležitosti a mezi měřeními v různé dny. "[21]

Terminologie

  • Dynamická pedobarografie odkazuje na sběr a analýzu pedobarografických dat časových řad během dynamických činností, jako je chůze.
  • Statická pedobarografie odkazuje na sběr a analýzu pedobarografických dat časových řad během posturálního (tj. kvazi-statický ) činnosti.

Reference

  1. ^ A b Elftman HO (1934). "Filmová studie rozložení tlaku v lidské noze". Anat Rec. 59: 481–90. doi:10,1002 / ar.1090590409.
  2. ^ A b Lord M (1981). „Měření tlaku v nohou: přehled metodiky“. J Biomed Eng. 3: 91–9.
  3. ^ A b Alexander IJ, Chao EY, Johnson KA (prosinec 1990). „Posouzení dynamických kontaktních sil mezi chodidly a distribucí plantárního tlaku: přehled vývoje současných technik a klinických aplikací“. Noha a kotník. 11 (3): 152–67. PMID  2074083.
  4. ^ A b Gefen A (prosinec 2007). „Zařízení pro snímání tlaku pro hodnocení zatížení měkkých tkání pod kostními výčnělky: technologické koncepty a klinické využití“. Rány: souhrn klinického výzkumu a praxe. 19 (12): 350–62. PMID  25942685.
  5. ^ A b Parmar B (2009). "Hodnocení chirurgie kapek u nohou u pacientů s leprou pomocí analýzy frekvenční oblasti obrazů distribuce tlaku na nohu.". 13. mezinárodní konference o biomedicínském inženýrství, sborník IFMBE. str. 1107–1111. doi:10.1007/978-3-540-92841-6_272. ISBN  978-3-540-92840-9.
  6. ^ Cobb J, Claremont DJ (červenec 1995). "Převodníky pro měření tlaku v nohou: průzkum posledního vývoje". Lékařské a biologické inženýrství a výpočetní technika. 33 (4): 525–32. doi:10.1007 / BF02522509. PMID  7475382.
  7. ^ A b Rosenbaum D, Becker HP (1997). "Měření distribuce tlaku v rostlinách: technické zázemí a klinické aplikace". J Surg. 3: 1–14. doi:10.1046 / j.1460-9584.1997.00043.x.
  8. ^ Orlin MN, McPoil TG (duben 2000). „Plantární tlakové hodnocení“. Fyzikální terapie. 80 (4): 399–409. doi:10.1093 / ptj / 80.4.399. PMID  10758524.
  9. ^ „Průvodce výběrem řešení analýzy chůze“. Tekscan.
  10. ^ Birtane M, Tuna H (prosinec 2004). "Hodnocení distribuce plantárního tlaku u obézních a neobézních dospělých". Klinická biomechanika (Bristol, Avon). 19 (10): 1055–9. doi:10.1016 / j.clinbiomech.2004.07.008. PMID  15531056.
  11. ^ Blanc Y, Balmer C, Landis T, Vingerhoets F (říjen 1999). „Časové parametry a vzorce převrácení nohy během chůze: normativní údaje pro zdravé dospělé“. Chůze a držení těla. 10 (2): 97–108. doi:10.1016 / S0966-6362 (99) 00019-3. PMID  10502643.
  12. ^ Chu WC, Lee SH, Chu W, Wang TJ, Lee MC (listopad 1995). "Použití indexu oblouku k charakterizaci výšky oblouku: přístup digitálního zpracování obrazu". Transakce IEEE na biomedicínském inženýrství. 42 (11): 1088–93. doi:10.1109/10.469375. PMID  7498912.
  13. ^ Prabhu KG, Patil KM, Srinivasan S (květen 2001). „Diabetické nohy v ohrožení: nová metoda analýzy obrazů tlaků chodících nohou na různých úrovních neuropatie pro včasné odhalení plantárních vředů“. Lékařské a biologické inženýrství a výpočetní technika. 39 (3): 288–93. doi:10.1007 / BF02345282. PMID  11465882.
  14. ^ Shah SR, Patil KM (2005). "Zpracování obrazů tlaku nohou a zobrazení pokročilého klinického parametru PR ve Windows diabetická neuropatie.". Proc 9th Intl Conf Rehab Robotics. 414–417. doi:10.1109 / ICORR.2005.1501131.
  15. ^ protivan Schie CH (září 2005). "Přehled biomechaniky diabetické nohy". International Journal of Lower Extremity Wounds. 4 (3): 160–70. doi:10.1177/1534734605280587. PMID  16100097.
  16. ^ Klenerman L, Wood B (2006). Lidská noha: společník lékařských studií. Berlín: Springer.
  17. ^ Reiber GE (březen 1992). „Péče o diabetické nohy. Finanční důsledky a pokyny pro praxi“. Péče o cukrovku. 15 Příloha 1: 29–31. doi:10.2337 / diacare.15.1.S29. PMID  1559416.
  18. ^ Hahn F, Maiwald C, Horstmann T, Vienne P (leden 2008). "Změny v rozložení plantárního tlaku po augmentaci Achillovy šlachy přenosem flexor hallucis longus". Klinická biomechanika (Bristol, Avon). 23 (1): 109–16. doi:10.1016 / j.clinbiomech.2007.08.015. PMID  17949866.
  19. ^ Richter M, Frink M, Zech S, Geerling J, Droste P, Knobloch K, Krettek C (2006). "Technika pro intraoperační použití pedobarografie". Tech Foot Ankle Surg. 5: 88–100.
  20. ^ Hodge MC, Bach TM, Carter GM (říjen 1999). „Nová cena za první cenu. Ortotická léčba plantárního tlaku a bolesti u revmatoidní artritidy“. Klinická biomechanika (Bristol, Avon). 14 (8): 567–75. doi:10.1016 / S0268-0033 (99) 00034-0. PMID  10521640.
  21. ^ Riad J, Coleman S, Henley J, Miller F (listopad 2007). "Spolehlivost pediobarografů pro deformaci dětské nohy". Časopis dětské ortopedie. 1 (5): 307–12. doi:10.1007 / s11832-007-0053-1. PMC  2656740. PMID  19308525.