Sistema portátil para análisis de carga plantar durante la marcha

Mariana Alegria-Palacios; Citlali Alvarado-Sánchez; Mariana Felisa Ballesteros-Escamilla; David Cruz-Ortiz

doi:10.29057/icbi.v11iEspecial4.11407

Mariana Alegria-Palacios Instituto Politécnico Nacional, CIDETEC https://orcid.org/0000-0002-5078-0936
Citlali Alvarado-Sánchez Instituto Politécnico Nacional, UPIBI https://orcid.org/0009-0008-1787-1554
Mariana Felisa Ballesteros-Escamilla Instituto Politécnico Nacional, CIDETEC y UPIBI https://orcid.org/0000-0003-2879-4474
David Cruz-Ortiz Instituto Politécnico Nacional, UPIBI https://orcid.org/0000-0003-2066-7470

DOI: https://doi.org/10.29057/icbi.v11iEspecial4.11407

Palabras clave: Plantillas instrumentadas, Carga plantar, Ciclo de marcha, Comunicación inalámbrica, Sistema multicanal

Resumen

Este artículo describe el desarrollo de un sistema portátil para la medición y análisis de carga plantar durante la ejecución del ciclo de la marcha humana. El sistema está integrado por 24 sensores resistivos de fuerza distribuidos a lo largo de una plantilla flexible. La base de la plantilla se manufacturó mediante técnicas de impresión 3D empleando como filamento flexible al poliuretano termoplástico también conocido como TPU. Posteriormente, en la base se vertió polímero EcoflexTM 00-30 de la marca Smooth-On con la intención de generar una superficie blanda que estará en contacto con el usuario. La instrumentación electrónica del sistema incluye un Arduino® Nano acoplado a un conjunto de multiplexores analógicos modelo CD4051BE utilizados para adquirir las 24 señales. Se utilizó comunicación inalámbrica basada en dispositivos XBee® para transmitir los datos recolectados a una interfaz gráfica de usuario en una computadora personal; diseñada para adquirir, procesar, visualizar y almacenar las medidas de carga plantar. Finalmente, se validó el funcionamiento del sistema mediante una prueba con voluntarios sanos para registrar las medidas de carga plantar obtenidas durante un ciclo de marcha.

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Abdul Razak, A. H., Zayegh, A., Begg, R. K., y Wahab, Y. (2012). Foot plantar pressure measurement system: A review. Sensors, 12(7):9884–9912.

Alharthi, A. S., Yunas, S. U., y Ozanyan, K. B. (2019). Deep learning for monitoring of human gait: A review. IEEE Sensors Journal, 19(21):9575–9591.

Alvarado-Rivera, D., Niño-Suárez, P. A., y Corona-Ramírez, L. G. (2022a). Semiactive knee orthotic using a mr damper and a smart insole to control the damping force sensing the plantar pressure. Frontiers in Neurorobotics, 16:64.

Alvarado-Rivera, D., Niño-Suárez, P. A., y Corona-Ramírez, L. G. (2022b). Wearable system for measuring vertical ground reaction forces during the gait cycle. En Congreso Nacional de Ingenier´ıa Biom´edica, pp. 468–476. Springer.

Assucena, A. M., Silvestre, J. P., Ruiz, M. S., y de Moya, M. P. (2005). Plantillas instrumentadas. utilidad clínica. Rehabilitación, 39(6):324–330.

Ávila, R., Prado, L., y González, E. (2007). Dimensiones antropométricas de la población latinoamericana: México, cuba, colombia, chile. Avila Chaurand, LR Prado León, EL González Muñoz. pdf (Segunda ed). Guadalajara, Jalisco: Universidad de Guadalajara.

Chen, W., Xu, Y., Wang, J., y Zhang, J. (2016). Kinematic analysis of human gait based on wearable sensor system for gait rehabilitation. Journal of Medical and Biological Engineering, 36:843–856.

Ciniglio, A., Guiotto, A., Spolaor, F., y Sawacha, Z. (2021). The design and simulation of a 16-sensors plantar pressure insole layout for different applications: From sports to clinics, a pilot study. Sensors, 21(4):1450.

Ellis, S. J., Stoecklein, H., Yu, J. C., Syrkin, G., Hillstrom, H., y Deland, J. T. (2011). The accuracy of an automasking algorithm in plantar pressure measurements. HSS Journal®, 7(1):57–63.

Fukuchi, C. A., Fukuchi, R. K., y Duarte, M. (2019). Effects of walking speed on gait biomechanics in healthy participants: a systematic review and metaanalysis. Systematic reviews, 8(1):1–11.

Gurney, J. K., Kersting, U. G., y Rosenbaum, D. (2008). Between-day reliability of repeated plantar pressure distribution measurements in a normal population. Gait & posture, 27(4):706–709.

Horsak, B., Dlapka, R., Iber, M., Gorgas, A.-M., Kiselka, A., Gradl, C., Siragy, T., y Doppler, J. (2016). SONIGait: a wireless instrumented insole device for real-time sonification of gait. Journal on Multimodal User Interfaces, 10:195–206.

Negi, S., Sharma, S., y Sharma, N. (2021). Fsr and imu sensors-based human gait phase detection and its correlation with emg signal for different terrain walk. Sensor Review, 41(3):235–245.

NinjaTek (2016). Cheetah™ 3D Printing Filament. Technical report. OHMITE (2020). FSR Series Force Sensing Resistor. Technical report.

Paton, J., Jones, R. B., Stenhouse, E., y Bruce, G. (2007). The physical characteristics of materials used in the manufacture of orthoses for patients with diabetes. Foot & ankle international, 28(10):1057–1063.

Pineda-Gutiérrez, J., Miró-Amarante, L., Hernández-Velázquez, M., Sivianes-Castillo, F., y Domínguez-Morales, M. (2019). Designing a wearable device for step analyzing. En 2019 IEEE 32nd International Symposium on Computer-Based Medical Systems (CBMS), pp. 259–262. IEEE.

Ramirez-Bautista, J. A., Huerta-Ruelas, J. A., Chaparro-Cárdenas, S. L., y Hernández-Zavala, A. (2017). A review in detection and monitoring gait disorders using in-shoe plantar measurement systems. IEEE reviews in biomedical engineering, 10:299–309.

Sánchez, M. R. (2004). PODOLOGÍA. Los desequilibrios del pie (Color). Editorial Paidotribo.

SMOOTH-ON (2021). Ecoflex™ 00-30 Product Information — Smooth-On, Inc. Technical report.

Strelchenya, K., Chertenko, L., y Garkavenko, S. (2016). Research of parameters of formation of a trace of a block. Technology and design, (2).

Tekscan (2018). The F-Scan In-shoe system. Technical report.

Texas Instruments Incorporated (2017). CD405xB CMOS Single 8-Channel Analog Multiplexer/Demultiplexer with Logic-Level Conversion. Technical report.

Wafai, L., Zayegh, A., Woulfe, J., Aziz, S. M., y Begg, R. (2015). Identification of foot pathologies based on plantar pressure asymmetry. Sensors, 15(8):20392–20408.

Wang, L., Jones, D., Chapman, G. J., Siddle, H. J., Russell, D. A., Alazmani, A., y Culmer, P. (2019). A review of wearable sensor systems to monitor plantar loading in the assessment of diabetic foot ulcers. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 67(7):1989–2004.