Аппаратно-программный комплекс измерения распределения давления на стопу
ВВЕДЕНИЕ
Опорно-двигательный аппарат – это система органов и тканей, которые обеспечивают поддержание тела в пространстве и перемещение в нем. Он включает в себя кости, мышцы, суставы, связки, хрящи, сухожилия и другие ткани. Опорно-двигательный аппарат выполняет роль основы физической активности и способности человека к самостоятельному передвижению в окружающей среде. Изучение анатомической и физиологической основы этой системы, а также патологии и методов ее диагностики и лечения является важной задачей для медицины и науки. Человек как биологический вид относится к разряду приматов, которые являются прямостоящими и стопоходящими. В связи с этим особую важность для оценки его биологического развития приобретают такие двигательные характеристики, как стояние и локомоции. Они являются показателями его адаптационных механизмов к условиям окружающей среды. Это имеет важное значение как в филогенетическом, так и в онтогенетическом плане. Стопа – это один из основных органов для прямого хо
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1 Обзор современного состояния исследований в области обнаружения и лечения деформаций опорно-двигательного аппарата. 8
1.1 СТРОЕНИЕ, ФОРМА И ФУНКЦИИ СТОПЫ 8
1.2 Основные виды деформаций стопы 13
1.3 Методы исследование распределения давления на стопу 15
1.3.1 Плантография 15
1.3.2 Пьезопедографы 19
1.4 Анализ требований к аппаратно-программному комплексу измерения распределения давления на стопу 21
Глава 2. Разработка программно-аппаратного комплекса распределения давления на стопу 24
2.1 Методология и экспериментальные детали 24
2.2 Датчики измерения давления 25
2.2.1. Характеристика ФСР 25
2.2.2. Пьезоэлектрическая характеристика 26
2.3. Микроконтроллер 27
2.4 Блок питания 28
2.5 Калибровка датчиков давления 29
2.6 Выбор датчика, характеристики, изготовление стельки, подошвенное давление 31
2.6.1 Характеристика ФСР 31
2.6.2 Пьезоэлектрическая характеристика 33
2.8. Сборка Аппаратно-программный комплекса 34
2.7 Платформа Thinger.io 38
2.7.1 Измерение сил 38
2.7.2 Измерение ускорения 43
2.8 Измерения подошвенное давление 46
Вывод 48
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Общий код программы 49
Список литературы 52
Список литературы
1. Recent Advances in Diagnosis and Treatment of Pes Planus
2.Computerized Gait Analysis and Custom Foot Orthotics.
3. Кудрявцев, В.А. Ортопедическое обеспечение при деформациях стоп / В. А. Кудрявцев, Е. Е. Аржанникова, И. К. Горелова. - Травматология и ортопедия: Руководство для врачей в 4-х томах / Под ред. Н. В. Корнилова и Э.Г. Грязнухина. - Т.3. - СПб: Изд-во Гиппократ, 2006. - С. 582–591
4. Иоффе, Р.Я. Комплексная оценка состояния стопы на системе «Скан» / Р. Я. Иоффе, Л. М. Смирнова, О.Л. Белянин // Вестник всероссийской гильдии протезистов - ортопедов. – 2004. - № 2 (16). - С. 36 -40.
5. Interlink Electronics. FSR 402 Data Sheet, 1st ed.; Interlink Electronics: Camarillo, CA, USA, 2020; Available online:
https://www.trossenrobotics.com/productdocs/2010-10-26-DataSheet-FSR402-Layout2.pdf (accessed on 26 January 2020).
6. Sparfun. FSR Force Sensing Resistor Integration Guide and Evaluation Parts Catalog. 2022. Available online:
https://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Pressure/fsrguide.pdf (accessed on 10 September 2022).
7. Arduino Nano BLE Sense. Available online: https://www.arduino.cc/en/Guide/NANO33BLESense (accessed on 1 January 2020).
8. Deschamps, K.; Matricali, G.A.; Roosen, P.; Desloovere, K.; Bruyninckx, H.; Spaepen, P.; Nobels, F.; Tits, J.; Flour, M.; Staes, F. Classification of forefoot plantar pressure distribution in person with diabetes: A novel perspective for the mechanical management of diabetic foot? PLoS ONE 2013, 8, e79924.
9. Crisologo, P.A.; Lavery, L.A. Remote home monitoring to identify and prevent diabetic foot ulceration. Ann. Transl. Med. 2017, 5, 430
10. Chowdhury, M.E.; Khandakar, A.; Qiblawey, Y.; Reaz, M.B.I.; Islam, M.T.; Touati, F. Machine learning in wearable biomedical systems. In Sports Science and Human Health-Different Approaches; IntechOpen: London, UK, 2020
11. Pataky T.C. Spatial Resolution in Plantar Pressure Measurement Revisited. J. Biomech. 2012; 45: 2116–2124. doi: 10.1016/j.jbiomech.2012.05.038.
12. Price C., Nester C. Foot Dimensions and Morphology in Healthy Weight, Overweight and Obese Males. Clin. Biomech. 2016; 37: 125–130. doi: 10.1016/j.clinbiomech.2016.07.003.
13. "Development of a new foot pressure measurement device" - статья, опубликованная в журнале "Medical Engineering & Physics"
14. Development of a Smart Insole for Plantar Pressure Measurement and Analysis" by S. K. Lee, et al. (2017)
15. Van Netten, J.J.; Van Baal, J.G.; Liu, C.; Van Der Heijden, F.; Bus, S.A. Infrared Thermal Imaging for
Плантография может быть использована для определения силы, направления и времени действия сил на стопу во время ходьбы, что может быть полезно для конструирования ортопедических изделий, таких как стельки, ортопедические ботинки, ПФД и т.д.
В целом, плантография это важный инструмент для изучения биомеханики ног, определения причин различных заболеваний и патологий и мониторинга эффективности применяемого лечения.
Подометрия – измерение линейных, объемных и угловых показателей на стопе пациента, является одним из наиболее простых и доступных, но достаточно информативных методов исследования, который может быть использован для диагностики патологии стопы, а также при назначении ортопедической обуви или обувных ортопедических изделий.
Измерения выполняются при помощи специального прибора, называемого подометр. Прибор представляет собой платформу, на которой пациент становится с обеими ногами. Затем специалист измеряет длину и ширину каждой стопы в