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VISUALIZACION DE LA PRESIÓN PLANTAR EN SOFTWARE LIBRE Luz H. Camargo*, Pablo Riaño, René Vázquez Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá, Colombia [email protected]*, http://www.udistrital.edu.co

Abstract— En este proyecto se obtienen por medio de sensores la presión plantar, para calcular las presiones máximas en diferentes zonas del antepié, mediopié, retropié. El dispositivo esta implementado sobre una plantilla que contiene 4 sensores piezorresistivos, los cuales permiten realizar la medición de la presión, conectado a un circuito encargado de adecuar la lectura y adaptación de la señal del sensor para transmitirla por un sistema de comunicación inalámbrica de modulación ASK a 433 MHz, compuesta por un transmisor-receptor TXM-433-LR y RXM-433-LR que realizan la transmisión de datos en forma serial y en paquetes de datos, los cuales son procesados por un par de microcontroladores PIC18F2550 y adquiridos mediante el puerto USB de una computadora, para ser finalmente visualizados por un software de aplicación libre denominado Gambas bajo el sistema operativo Linux.

estabiliza hasta conseguir las características de la marcha del adulto. Esto sucede, según la mayoría de los autores, hacia los 7 años. Respecto a las presiones plantares en el niño [8], [9], son menores que en el adulto, debido a su menor peso, y en proporción existe una mayor presión sobre la cabeza del primer metatarsiano debida al valgo de rodilla presente frecuentemente, el cual conduce a una mayor pronación del pie. En las personas adultos mayores (a partir de los 60-70 años) existen variaciones en los indicadores de la marcha, independientemente de las alteraciones debidas a posibles patologías. El pie es más horizontal en el contacto de talón, debido a un menor rango de movimiento en las articulaciones de las extremidades inferiores, lo que condiciona una disminución de la fuerza de reacción vertical y de los picos de presión durante el apoyo [9]. C. Género

Index Terms— Presión Plantar, Gambas, telemetría, PIC18F2550.

I. INTRODUCCIÓN La medición de la presión plantar es fundamental para comprender la distribución de las fuerzas en la planta del pie. Estos valores son importantes para el diagnóstico y el tratamiento de diferentes patologías diabéticas, como úlceras en el pie y la presencia de deformidades [1], seguimiento de tratamientos en medicina del deporte (estudio de calzado deportivo) y [2] prótesis evaluación. Estudios se centran principalmente en pacientes diabéticos y su distribución de presión [3, 2, 4, 1]. No existen reportes de la distribución de presión en deportistas que practican patinaje. Esta información permitiría mejorar la eficiencia del "gesto técnico" y evitar lesiones como resultado de anomalías en la morfología del pie. Es posible diferenciar los factores que influyen en la distribución de la presión plantar, Existe una importante relación entre los factores de peso, edad, sexo y la velocidad de marcha [5]. A. Peso Tanto al andar como al correr cuanto menor es el peso corporal, menores son las presiones en todo el pie, excepto en los dedos [5]. De hecho parece que en personas con sobrepeso, tanto descalzos como calzados, se altera la distribución de las presiones plantares, pues se ve un incremento en la zona lateral del pie, sobre todo en la fase media de su contacto, con menores picos en la cabeza del primer metatarsiano [6]. Se referencia la existencia de una correlación importante entre el peso y la presión en la cabeza del cuarto metatarsiano [7]. En general, los sujetos pesados tienden a usar menos la zona medial del antepié. B. Edad La marcha en los niños tiene unas características especiales que van evolucionando con la maduración del sistema nervioso y que se

La mayoría de los autores coinciden en que muchas veces no es el sexo el que determina la distribución de las presiones plantares, sino la utilización de calzado diferente y las características antropométricas, como un menor peso en las mujeres. De todas formas, se describen patrones de distribución muy similares en niñas y niños [8]. Por otra parte, generalmente la movilidad articular de las mujeres es mayor y esto puede influir en que los hombres, con mayor rigidez y menor pronación en la fase de apoyo, tiendan a localizar la mayor presión sobre la zona lateral del antepié y de los dedos [9].

II. ESTUDIOS DE HUELLA PLANTAR EN ACTIVIDAD FÍSICA Y DEPORTE El estudio de la función dinámica del pie en acciones como la marcha y la carrera es un tema frecuentemente analizado en el ámbito científico. Algunos de estos trabajos se han centrado en determinar la relación entre la altura del arco plantar, el ángulo de pronación y las presiones plantares [10, 11]. Las investigaciones indican que los sujetos con pies más planos presentan una tendencia a producir ángulos de pronación mayores [12], factor de riesgo en corredores que puede acarrear lesiones en el tren inferior [13, 14, 15, 16].

En marcha atlética se reporta el estudio en el cual se registraron presiones plantares y se aplicó fotogrametría 3D durante un apoyo mientras marchaban a velocidad individual de competición. Se calcularon las presiones máximas en cada región del pie y los valores máximos y mínimos de los tres ángulos que describen la articulación subastragalina [17]. Se han realizado estudios de análisis de la huella plantar en práctica deportiva, como el realizado en niñas que acuden a la Academia Mexicana de la Danza para conocer las adaptaciones que presentan en el apoyo del pie en los diferentes tipos de danza: clásica, folklórica y contemporánea, en este estudio se les tomó impresión de la huella plantar antes y después de la realización de los tres tipos de danza, encontró modificaciones en la huella plantar por los movimientos que se realizan durante cada ejecución de la danzas lo

cual hace funcionar diferentes grupos musculares y esto provoca una adaptación al apoyo plantar [18]. En otro estudio realizado a cuarenta y ocho niños entre siete y 14 años potenciales practicantes de fútbol soccer se encontró que el 31% mostraron anomalías en los pies; las más prevalentes fueron hiperqueratosis, dedos en garra y quinto dedo supraducto. El apoyo plantar fue anormal en 37% por ciento. 25% de los escolares presentaban pie plano y 12% pie cavo. Algunas de estas anomalías pueden ser transitorias o persistentes en la vida adulta. También pudieran ser consideradas en la práctica deportiva como factores de riesgo de lesión. Figura 2. Plantilla con la ubicación de los sensores. III. IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE MEDICIÓN DE HUELLA PLANTAR Para el desarrollo del prototipo que permitiera realizar la medición de la huella plantar se implementaron las etapas que incluyen medición con sensores, adecuación de la señal, procesamiento y digitalización, transmisión inalámbrica, recepción inalámbrica, comunicación USB con PC y visualización, las cuales se aprecian en la figura 1.

La digitalización se realizo con la máxima resolución que soporta el módulo ADC de los PIC18F2550 que es de 10 bits por sensor, luego son enviados por el puerto serial hacia el modulador ASK transmisor del fabricante Linx® TXM-433 LR. En el módulo de recepción que va conectado al computador, se unen las 4 tramas para formar el valor digitalizado de 10 bits en el microcontrolador de la plantilla, los cuales se visualizan en la interfaz gráfica realizada en GAMBAS. En el método de detección de errores se selecciono el de comprobación de redundancia vertical (VRC), denominado también como de verificación de paridad, por ser de fácil acceso. La visualización se desarrolló en GAMBAS, el cual es un lenguaje orientado a objetos con gran número de capacidades y un entorno de desarrollo basado en un intérprete de BASIC, en un intérprete BASIC similar a Visual Basic para LINUX. Se encuentra publicado bajo licencia GNU General Public Licence (GNL). Entre sus ventajas sobre Visual Basic se encuentra que su versión más reciente será compatible con las versiones anteriores, lo cual no ocurre en visual basic, y su sintaxis es mucho más eficiente, además de ser gratis y de libre descarga [24].

Figura 1. Esquema de descripción del sistema de medición de huella plantar a implementar. [19, 20, 21, 22, 23]

La medición de la presión se implementó con los sensores piezoresistivos A401 Flexiforce® de la empresa TEKSCAN, ubicando dos sensores en la zona interna y externa del ante pié, un tercer sensor se ubicó en la zona lateral externa del medio pié, y finalmente un sensor se ubicó en la línea media del retropié o talón, como se observa en la figura 2. La adecuación de la señal se realizo considerando las especificaciones del fabricante de los sensores.

El dispositivo más adecuado encargado de la digitalización fue el micro controlador PIC18LF2550 de la empresa MICROCHIP, siendo relativamente económico con respecto a otras marcas y modelos de características similares, este micro controlador está diseñado para trabajar con bajo voltaje (de 3V a 5.5V), en este trabajo es alimentado por una batería de litio a 3.7V, además tiene un conversor análogo digital (ADC) que codifica con 10 bits la entrada análoga con aproximaciones sucesivas para un error máximo permitido de ½ bit menos significativo, así es que digitalizando la señal que está dentro de un rango de voltaje de 0V a 2.5V que es el voltaje de saturación del amplificador operacional LM324 al estar al máximo peso soportado por un sensor, según el diseño de la plantilla que es de 75 libras, el máximo error permitido por el ADC sería de 0.00122V, un 0.048% de la escala total de medición. Además este micro controlador cuenta con 10 canales de conversión análogodigital lo que permitiría seguir usándolo para una posible mejora a la plantilla.

Después de probar algunas alternativas como los módulos de LAIPAC, se encontró el mejor desempeño en las pruebas de comunicación inalámbrica con los módulos de LINX TXM-433-LR y RXM-433-LR, principalmente por su facilidad de montaje, utiliza interfaz serial para la comunicación con el micro controlador, esto facilita y disminuye los tiempos del desarrollo, además tiene una tasa de transferencia máxima de 10000 bits por segundo, y un alcance de transmisión de 1Km, mayores a dispositivos similares en cuanto a precio, tamaño y modulación.

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Se realizaron registros de los sensores como se observa en la figura 3, cada color indica hace referencia a cada uno de los sensores estudiados.

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Figura 3. Visualización del Registro de la medición de Presión.

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V. CONCLUSIONES El diseño de la plantilla realizado permitió la medición de presión en puntos importantes de la presión plantar, obteniendo valores que permiten analizar la distribución de presión plantar de personas adultas en diferentes posturas. (de pie, sentado, en marcha). En este trabajo se logro realizar una interfaz gráfica sobre un entorno de desarrollo libre llamado GAMBAS en Linux, capaz de interpretar los datos recibidos por el puerto USB del computador, donde se pueden mostrar y almacenar para construir bases de datos, también usando un gestor libre bajo la licencia GNU GPL, para usos no comerciales llamado MySQL. REFERENCIAS [1] C Padrós., JR Escudero. Actuación podológica en la Prevención y tratamiento del Pie diabético. 2000. [2] R Pinilla; G. Fonseca. Prevención de úlceras en el pie del paciente diabético. Rev. Fac. Med. (Bogotá); 48(1):16-21. 2000. [3] Vega, et al. Estudio preliminar de la distribución de la presión plantar en pacientes normales y diabéticos tipo I y II en Bogotá Colombia. Cuba: Memorias II congreso latinoamericano de ingeniería biomédica, Mayo, La Habana, Cuba. Sociedad Cubana de Bioingeniería. 2001 [4] G., Sanzana, García De Los Ríos A. Pie diabético. Bol. Hosp. San Juan de Dios; 53(4):219-225. 2006.

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