下载文档原格式
２研究方法２．１实验对象受试者为具有一级以上运动等级的专门从事速度轮滑训练的３名男运动员。
经过足部病史询问和体格检查，确定其无足部疾病及足部损伤，足部解剖结构和机能一切正常，身体状况以及运动能力良好。
受试者基本情况见表１。
表１受试者基本情况登记表２．２实验设备本实验使用的测试设备有：比利时生产的足底压力分布测试系统（Ｆ００ｔｓｃａｎｉｎｓ０１ｅｓｙｓｔｅｍ），每只鞋垫装有３２５个传感器（３２５ｓｅｎｓｏｒｓｆｏｒｓｉｚｅ４２），４个传感器／平方厘米，采样频率５００Ｈｚ；身高测量器、体重计等。
ｓｏｌｅＰｒｅｓｓｕｒｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ鞋垫式压力测量系统·ＲＳｓｃａｎｉｎｓｏｌｅｓ＋ｓｏｆｔｗａｒｅＲｓｓｃ籼鞋鹅及软件Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ：Ｏ．７Ｉｌｌｍ·大小：Ｏ。
７ｍｍＲｅｓｉｓｔｉｖｅ口ｏｌⅧｅｒｓｅｎｓｏｒｓ耐受性聚合体传感器Ｓａ｜ｕｐｌｅｆｒｅｑ．：５００Ｈｚ聚样频率：５００ｌ｛ＺＲｅｓ０１ｕｔｉｏｎ：４ｓｅｎｓｏｒｓ／ｃｍ２每平方厘米４个传感器Ｌａｐｔｏｐ＋Ｍｅｍｏｒｙｃａｒｄｂｏｘ高及膝部｜：ｌ勺传感器和数据记忆Ｉ·Ｄｙｎａｍｉｃｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ（Ａｎｇｓｔｒｏｍｄｅｖｉｃｅ）动态较准设备圈１；足底压力测试系统主界面２．３实验过程测试于２００５年１１月１日下午１：３０—５：３０在东北师范大学篮球场进行。
２．３．１进行足底压力分布测试系统（Ｆｏｏｔｓｃａｎｉｎｓｏｌｅｓｙｓｔｅｍ）的连接和调试，采集频率设置为５００Ｈｚ；２．３．２要求受试者均穿着运动服装、轮滑帽、轮滑鞋。
测量受试者身高、体重（着装、脱鞋）后登记受试者情况（见表１）：２．３．３选择符合各受试者鞋内底尺码的测试鞋垫，确保测试鞋垫边缘无折痕，鞋垫大小与鞋底边缘吻合。
配戴测试设备后，受试者进行３分钟左右适应性练习；２．３．４分别采集每名受试者直道滑行中完成双蹬技术动作的足底压力分布数据。
每人按慢速、中速、快速滑行分别测试三次。
基于LabVIEW的压力分布测量及分析系统的研究压力分布测量及分析作为触觉传感和人体运动测量中的一个重要方面,已越发引起相关科研人员的研究兴趣和重视。
压力分布测量可以应用到机器人触觉测量中,获得机器人与接触面之间的压力情况,进而做出反馈或控制。
压力分布测量还可以应用在医疗诊断和运动康复等方面,通过对患者和运动员进行足底压力分布测量,进而对其进行步态分析,为其诊断和康复提供数据支持。
因此,研制一种用于测量和分析接触面间分布压力的测量系统,具有重要的理论研究意义及工程应用价值。
压力分布测量系统主要由压力传感器阵列、阵列数据采集电路、数据采集和处理软件等模块组成。
围绕这三个模块,本文主要从以下几方面对压力分布测量及分析系统进行了研究:(1)对目前在实验研究领域中常用的柔性压敏材料进行实验对比,选取效果相对较好的材料组成传感阵列。
(2)以STM32F4为下位机主控芯片设计压力分布及测量信号采集硬件系统,包括信号调理电路、阵列扫描电路等,编制了阵列传感器数据采集程序。
(3)设计基于LabVIEW的数据采集系统软件,对下位机进行采集,完成上下位机之间的通信,并对采集到的数据进行处理和分析,实现数据保存和回放功能。
(4)对所设计的压力分布测量传感系统进行实验,实现对测量对象接触面间的压力分布测量,对采集到的数据进行研究分析,跟踪压力分布中心或者某一点的变化轨迹,验证了测量系统的有效性。
Footscan测量正常青年人足底压力参数的可靠性分析
杨佳英;卢熊伟;宋雅伟
【期刊名称】《中国皮革》
【年(卷),期】2024(53)2
【摘要】利用组内相关系数得出footscan足底压力测量系统测量正常青年人的最佳测试次数。
运用文献资料法、测量法、数理统计法,对60名正常青年人10次有利腿足底压力的4项主要参数进行组内相关系数(ICC)分析。
结果表明:足底冲量比例测试6次、足底接触面比例测试4次、足底压力时相测试5次、足底各区域压强测试6次(TOE1、TOE 2~5区域除外)的均值即可使可靠性处于0.75以上
(P<0.05)。
由此得出,6次重复测量的均值可以使足底压力4类参数具有较好的可靠性,能够更为客观地反映受试者的真实情况。
【总页数】7页(P77-82)
【作者】杨佳英;卢熊伟;宋雅伟
【作者单位】乐山师范学院体育学院;乐山市人民医院神经外科;南京体育学院学训融合中心
【正文语种】中文
【中图分类】TS94
【相关文献】
1.FootScan足底压力步态分析技术在鞋类设计中的应用
2.青年人正常行走左右足底压力分布关系的研究
3.正常青年人左右足底压力分布特征的对比分析
4.基于
Footscan足底压力分析系统对足迹踏痕定量化检验研究5.动态足底压力分析(Footscan)在中西医结合微创法治疗拇外翻中的应用
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Tekscan 压力分布测量系统摘要:介绍一种先进的压力分布测量系统,该系统使用独特的柔性薄膜网格压力传感器,能够对任何接触面之间的压力分布进行动态测量,并以直观、形象的二维、三维彩色图形显示压力分布的轮廓和数值,进而做出评估。
对各种压力分布的测量和分析,在各行各业的研究和发展中都起着极其重要的作用。
例如,汽车行业中,研究座椅的舒适性,需要测量人体对座椅的压力分布;为提高轮胎的性能,需要测量轮胎与地面的接触轮廓和压力分布;为确保车门的密封性,需要测量车门密封垫在关门时的受力分布;医疗领域中,牙科医生要诊断病人的牙齿咬合状况,需要测量病人上下牙齿间的咬合力大小和分布,等等。
所以,压力分布的测量成为解决这些问题的首要条件。
而解决这些问题的传统办法就是进行反复的实验,这样不但效率低,而且成本也比较高。
美国Tekscan 公司的压力分布测量系统就是基于上述情况而开发的,它是一种经济、高效、精确、快速、直观的压力分布测量工具。
1 系统结构与原理Tekscan 压力分布测量系统的独特之处在于其专利技术———柔性薄膜网格传感器。
传感器结构如图1所示。
图1 传感器结构示意图标准的Tekscan 压力传感器由两片很薄的聚酯薄膜组成,其中一片薄膜的内表面铺设若干行的带状导体,另一片薄膜的内表面铺设若干列的带状导体。
导体本身的宽度以及行间距可以根据不同的测量需要而设计。
导体外表涂有特殊的压敏半导体材料涂层。
当两片薄膜合为一体时,大量的横向导体和纵向导体的交叉点就形成了压力感应点阵列。
当外力作用到感应点上时,半导体的阻值会随外力的变化而成比例变化,由此来反映感应点的压力值。
即压力为零时,阻值最大,压力越大,阻值越小,从而可以反映出两接触面间的压力分布情况。
传感器内部导体的宽度、行距、列距决定了每单位面积内传感点的个数,即间隙分辨率。
每个传感点面积可以小到1. 613 mm2 ,行列距可小到0. 5 mm。
不同的传感器面积和间隙分辨率可满足各种不同的测量要求。
引言足,人体的重要组成部分,被誉为“人体的第二心脏”。
人体的足底压力分布能够反映有关足的结构,功能以及整个身体姿势控制等情况,测试和分析足底压力,有助于获取人体在各体态和运动下的人体生理,病理力学参数,这对临床医学诊断,患病程度测定,术后疗效评价,生物力学及康复研究均有重要意义。
发达国家对正常人足底压力的分析起步早,国际著名的足底压力分析仪均在大样本调查的基础上建立了各自的数据库。
近20年来国内对此研究虽然也取得了不少成果,但总体上看,国内在此领域仍处于模仿国外研究对国人进行分析的探索阶段。
因此,本实验旨在使用国际广泛承认的足底压力分析系统对71例大学生静态压力下的足底峰值与均值进行相关性分析,为足底压力在各领域的应用研究提供基线数据。
1、资料与方法1.1、人员筛选通过随机抽样的方式,抽取泰山医学院在校大学生71名,受试者入学体检均正常。
其中:男性15名(30足),女性46名(92足);年龄19-22岁,平均(20.38±0.87)岁;鞋码36-45码,平均(38.49±2,21)码。
1.2、数据采集(1)足底静态压力数据的获取。
实验采用的设备为足底压力测试系统Medilogic ,该设备可分为两部分。
一为数据采集部分,二为数据接受处理部分,电脑预先安装名为medilogic 5.4的足底压力数据显示处理系统,录入受试者的性别、身高、年龄、体重、鞋码等基本信息后,依照该设备的足底静态压力测试方法测量受试者的左、右脚静态足底压力。
(2)足弓区域空白区宽度与足印最窄处的比值的获取。
通过扁平足筛选装置,获取受试者的足印,并以图片的形式保存下来,以待进一步的处理。
(该装置目前已经获得国家实用新型专利(ZL 201520255294.2),操作流程:①受试者通过台阶自然站立在玻璃板上;②调节摄像头,捕获足弓图像;③捕获后图像通过USB 接口传入计算机做进一步处理来筛选扁平足。
)实验筛选扁平足的检测手段为比值法,操作步骤沿大拇脚趾内侧至足跟的内侧缘划一切线,找到足印最凹处b 点,过此点做一直线与切线垂直相交与a 点,并延长与足印外侧交于c 点。
青年女性不同步姿足底压强分布规律的实验研究杜洁;孙立娟【摘要】目的:研究是运用运动生物力学的手段和方法,采用比利时的足底压力分布测试系统Footscan insole中的平板系统对女大学生不同走路姿势(正常步姿、外八字、内八字)三种不同步姿在正常行走和慢跑时足底压强的测试,探讨两种畸形步姿与正常步态的运动特征,开展人体运动功能评定方法、矫形运动鞋的设计、运动假肢设计方法等研究提供重要的基础依据.方法:采用纯随机的抽样方法,抽取了石家庄450名青年女性进行测试,组间比较采用单因素方差分析,结果:受试者以正常姿势行走时,足部最大压强部位在第2跖骨,以外八字姿势行走时,足部最大压强部位在第1跖骨,以内八字姿势行走时,足部最大压强部位在第3跖骨;受试者以正常姿势慢跑时,足部最大压强部位在2跖骨,外八字姿势慢跑时,足部最大压强部位在第2跖骨,以内八字姿势慢跑时,足部最大压强部位在足跟.结论:步姿不同,足底压强最大的部位就不同,外八字姿势行走时足跟及前掌第1跖骨处的压强大;内八字姿势行走时,前掌第3跖骨处的压强大,慢跑时,足跟处的压强大,这也是畸形步姿下最容易损伤的部位.【期刊名称】《成都体育学院学报》【年(卷),期】2014(040)007【总页数】4页(P67-70)【关键词】青年女性;足底;压强【作者】杜洁;孙立娟【作者单位】河北体育学院运动人体科学系,河北石家庄050041;河北体育学院运动人体科学系,河北石家庄050041【正文语种】中文【中图分类】G804.6从日常的学校体育锻炼中我们不难发现，许多青年学生在步姿中表现出不同程度的“外八字”“内八字”“踢着走”“掂脚尖走”等。
女青年如果得了这种下肢畸形，会影响参军、工作以致影响生活，有些人精神压抑，甚至悲观厌世。
足底压强是足底和支撑面之间的压力与接触面积的比值，是运动过程中人体足底直接所受到的地面或鞋底反作用力，它是足底压力、压强、剪切力共同作用结果。
足底压力分布测量系统及临床应用袁刚1 张木勋1 张建华1 程家明2 闫世强2 徐向东2 景创新2
【作者单位】1华中科技大学同济医学院附属同济医院内科,湖
北武汉430030;2空军雷达学院
【摘要】 目的:研制一套足底压力分布测量系统并评价其临床应用价值。方法:足底压力分布测量系统由硬件和软件2个部分组成。系统硬件包括一个由200个国产微型压力传感器组成的300mm×150mm的压力传感器矩阵、接口电路、信号采集及计算机系统;系统软件主要由实时数据采集模块、数据存贮模块、数据计算分析和显示模块、病历管理与资料查询模块、诊断模块等组成。应用本系统对58例正常人(正常组)、75例无明显周围神经病变的糖尿病患者(DM组)及30例合并周围神经病变的糖尿病患者(DN组)进行足底压力测试。结果:DN组足底最大压力比正常组明显增高,而DM组足底最大压力与正常组相似。结论:本系统稳定,灵敏度和分辨率高,结果可靠,操作简便,具有良好的临床应用前景。【关键词】 足底压力;压力传感器;糖尿病足【中图分类号】 R587.1 【文献标识码】 A 【文章编号】 1001-2001(2003)01-0022-04
TheMeasurementSystemforDynamicFootPressureandItsClinicalApplication YuanGang,ZhangMuxun,ZhangJianhua,etal.DepartmentofInternalMedicine,TongjiHospital,TongjiMedicalCollege,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430030【Abstract】 Objective:Todevelopameasurementsystemforfootpressureandtoevaluateitsclinicallyappliedvalue.Methods:Thesystemwascomposedofhardwarepartandsoftwarepart.Thehardwarepartincludedsensorsmatrixcon-taining200micro-pressure-sensor,interfacecircuit,signalcollectorandcomputersystem.Thesoftwarepartconsistedofmodulesforrealtimedatacollection,storage,analysis,display,diagnosis,casemanagementandinquiry.Plantarfootpressureinwalkingwasmeasuredthroughthesysmtemin58normalindividuals(groupC)and105diabeticpatientsin-cluding30(DNgroup)withperipheralneuropathyand75(groupDM)withoutdistinctperipheralneuropathy.Results:TheaveragepeakplantarfootpressureinDNgroupwassignificantlyhigherthaninbothDMgroupandgroupC,butnosignifcantdifferencewasfoundbetweenDMgroupandgroupC.Conclusion:Itconfirmedthatthesystemhashighersta-bilization,sensitivityanddifferentiability.Theresultswerereliable.Thesystemiseasytobemanipulated.【Keywords】 footpressure;forcesensors;diabeticfoot
人体足底压力分布反映有关脚的结构、功能及整个身体姿势控制等情况。测试和分析足底压力可以获取人体在各体态和运动下的生理、病理力学参数和机能参数,这对临床医学诊断、疾病程度测定、术后疗效评价、生物力学及康复研究均有重要意义[1]。为此我们研制了一套包括200个压力传感器的足底压力测量系统,并对正常人和糖尿病患者足底压力进行测试,以探讨该系统的临床应用价值。1 材料此系统由硬件和软件两大部分组成,系统硬件包括压力传感器平板矩阵、接口电路、信号采集及计算机系统组成;系统软件主要由实时数据采集模块、数据存贮模块、数据计算分析和显示模块、病历管理与资料查询模块、诊断模块等组成。1.1 系统硬件结构 1.1.1 压力传感器平板矩阵及其特点 压力传感器平板矩阵是本系统的主要组成部分之一,由许多压力传感器构成。我们在设计上主要是解决2个问题:一是压力传感器的选择;二是由传感器如何构成所要的传感器平板矩阵。①压力传感器的选择:在足底压力测量中常用的压力传感器的类型按其转换原理可分为电阻式、压电式、光电式、电容式等[3、4]。
不同类型的传感器各有特点。我们选用的是电阻式压力传感器类型中的铂金氏应变片传感器。它灵敏度高,测试范围宽,稳定性高,工作可靠,输出特性线性较好,并能在恶劣环境下工作;②压力传感器量程的确定:由系统的测量量程确定,系统的测量量程指标取决于体重、步行速度及压力传感器的安置结构。
22中国康复·2003年2月·第18卷第1期 ChineseJournalofRehabilitation,February2003,Vol.18No.1正常人以常速行走时足底受力≤100kg,足底总支撑面的最小接触面积为2cm×1cm,此时受力最大。当压力传感器的敏感受力面积为0.5cm×0.5cm,且处于最大受力区域内,则传感器受力的最大值fmax=100kg/(2cm×1cm)×(0.5cm×0.5cm)=12.5kg。此为极限情况,在多数情况下,压力值分布于0～10kg,考虑到一定的安全系数,选用的压力传感器的量程为15kg。③电压变送器的选择:压力传感器空载时,输出为0V,受力后输出为正比于受力大小的电信号,压力传感器输出最大为0.05V,为了满足采样电路的要求,信号必须放大,为了减小传输中小信号损失和增加抗干扰能力,将200路放大器紧靠传感器安放。在放大器选择上,使放大器调零与调增益分开并两者兼顾。采用美国BB公司生产的IN118专用仪表放大器作电压变送器的主电路,经过高倍数放大后,最大输出可达5V,满足了采样电路的要求。④压力传感器平板矩阵结构设计:有关压力传感器平板矩阵只有国外的一些资料可查,国内未见报道。本文选用的铂金氏应变片传感器的性能指标虽然符合临床应用,但是由于压力传感器由弹性元件和应变片电桥电路构成,其最小尺寸长30mm、宽12mm、厚3mm。为了在300mm×150mm钢板上均匀分布200个直径为13.5mm的压力传感器,将悬臂梁应变式传感器采用斜面台阶式安装方法,每个压力传感器的受力点分别引到平板上的200个测量孔,从而实现压力与电信号的转换,完成压力传感器平板矩阵的研制。其技术指标有测量点数200个;测量范围0～15kg,过载能力2.5倍;测量精度平均0.2%;分辨率25g,对应输出信号10mV;滞后时间0.3%;一致性±10mV,对应力±25g;输出信号0～5V;供电15V/8路。1.1.2 多路信号高速切换电路 为了节省A/D变换电路,用1路A/D完成200点压力传感器的测量,多路信号高速切换和控制电路是系统设计中比较关键的部分,切换的速度直接影响到短暂步行过程中压力测试的数据量,同时切换电路不能引入噪声,要求切换能力在200点以上,切换时间<5μs。控制板产生8路控制信号和A/D变换信号。①电路设计:系统要求对200个传感器进行切换处理,考虑到设计方便,按25个信号处理能力设计,其电路方块图见图1。②工作过程:来自控制板的控制信号在本地经过整形电路整形后,分3级进行切换,第1级使用32个8路切换器并行工作,同时处理256路信号,得到32路信号;后者进入第2级切换器,采用4个8路切换器并行工作,得到4路信号;后者进入第3级切换器,得到1路信号,进入A/D板。
图1 多路信号切换与控制电路框图1.1.3 A/D板 根据精度要求,A/D变换采用12位,采样速度为1M,要求在2s内能对200个压力传感器采样256帧,其电路方块图见图2。其工作过程是计算所在发出切换命令后,等待一定的时间,保证切换可靠完成,启动A/D变换,检测变换结束标志后,把数据读入计算机暂存,待所有数据测试完成后保存。在系统设计过程中,把控制板和A/D板设计为一块标准的计算机ISA总线插件,切换控制信号产生接口和A/D变换控制信号接口均扩展为计算机的I/O口,主要是为了减少A/D板与计算机之间的数据通讯时间,使采样后的数据直接进入计算机内存,从而大大提高整个系统的处理速度,减少处理时间。
图2 A/D板电路方块图1.2 系统软件结构 软件方案由以下几个模块组成。1.2.1 实时数据采集模块 该模块主要是采集患者在步行过程中动态足底压力数据,当传感器出现压力,计算机自动开始记录测试数据,所有传感器全部测试1次定为1帧,为保证数据分析的统一性,每测试256帧数据后停止测试,将256帧数据存为一个文件,并自动按年、月、日、时、分、秒形成文件名,保存数据。1.2.2 数据存贮模块 将患者足底压力数据和患者的相关资料自动存贮和保存,便于查询和分析。
23袁刚等.足底压力分布测量系统及临床应用1.2.3 数据计算、分析与显示模块 按3种方式显示动态足底压力分布,并提供多种分析方式。①色谱图显示与分析:对所有采集的足底压力数据,经过计算,按帧进行统一化处理后,压力最小值以最浅颜色表示,最大值以最深颜色表示,中间值按比例选择颜色表示。色谱图的显示与传感器在阵列中的位置一一对应。当足踏上传感器阵列行走时,足底各点压力分布在色谱图上以不同颜色非常直观地显示出来(图3),此外还可以按帧连续显示(显示时间可调),以完整观察从足部接触到离开传感器阵列的全过程,定性分析足底各部位压力的大小变化和分布。②压力值分析:为了定量分析各点压力值大小,还可以直接显示各点压力值以及各相同点的压力值在不同帧的变化情况。③最大/最小压力分析:对每个传感器,纵向比较256帧测试数据,得到整个行进过程中该点的最大压力值/最小压力值,为分析病情提供更多的依据。④最大压力出现时间:即到达最大压力时间占总接触时间的百分率。⑤接触时间:可计算总接触时间(由脚跟着地到脚趾离地的时间)、各部位接触时间。⑥各部位压力、时间曲线,计算曲线下面积。⑦三维压力图:可显示每帧三维压力图、最大值三维压力图、多次测试平均最大值三维压力图。⑧最大压力:多次测试中各部位平均最大压力。⑨接触面积:计算全足及任一时刻接触面积。⑩以A/D值分析:与压力值分析相同,直接显示各个点的A/D值,A/D值分析显示的最大优势在于可以方便地分析系统故障,判断传感器的优劣。1.2.4 病历管理及数据查询 便于分析病情和得出结论对每个患者建立一个数据库文档,内容包括一般情况、症状、体征、检验结果、足底压力分布情况等。系统具有丰富的查询功能,根据给定的病历号或病理特征、足底压力测试结果进行分类统计和查询,为分析、诊断及建立专家辅助决策系统作准备。1.2.5 诊断系统输出(暂无) 待进行大样本人群测试,得到正常人足底压力数据和糖尿病患者足底压力和足溃疡的相关性后,可依此设计出诊断系统,以判断患者足底压力对足部溃疡危险性大小。
