Medición de la Presión Plantar durante la Marcha.
Aplicación del sistema electrónico portátil PDM240
en medicina pericial y forense
J. M. PÉREZ GARCÍA
Servicio de Cirugía Ortopédica y Traumatología
(Jefe de Servicio: A. Herrera).
Hospital Miguel Servet. Zaragoza
RESUMEN
Continuando con la línea de investigación iniciada con el desarrollo de la plataforma electrónica PDS 93, hemos desarrollado un equipo portátil para medición de presiones plantares durante la marcha.
Se presenta un sistema basado en la cuantificación de la carga por medio de sensores piezorresistivos, dispuestos en una plantilla para cada pie. Las señales son transmitidas mediante radiofrecuencia hasta un receptor que las envía a un PC, donde son procesadas y visualizadas en tiempo real, mejorando de este modo las prestaciones de los sistemas actuales, en los que existe conexión física entre sensor-computador y en aquellos en los que existe dicha conexión, pero el procesado y tratamiento es off-line.
Esto permite un análisis de la marcha
en tiempo real, sin limitación de espacio, ni limitación de tiempo de
registro, visualizando el comportamiento biomecánico de los metatarsianos y
la distribución de la carga a nivel de sus cabezas durante la marcha,
ayudando de forma apreciable en el diagnóstico de los trastornos del apoyo y
de la marcha. De esta forma, se dispone de información cuantificable
objetiva y fiable mediante una exploración sencilla y rápida, que permite
valorar las secuelas y daño corporal en relación con la estática y dinámica
corporal.
INTRODUCCION
Todos los autores coinciden en la
importancia de poder disponer de métodos de diagnóstico capaces de registrar
el valor de las presiones en cualquier punto de la huella plantar. De esta
forma, se reflejan de una manera más fiel las modalidades de carga de los
pies y estamos en condiciones de interpretar sin errores los trastornos
estáticos y funcionales de los pies, permitiendo el estudio y análisis de la
marcha.
La aparición de nuevos materiales en
la industria electrónica, que permiten medidas diferenciadas y exactas de
las presiones en puntos próximos, origina la aparición de nuevos equipos de
podoscopia electrónica en la década actual. El sistema baropodográfico EMED
F, utilizado como ayuda en la práctica clínica (Libotte et al.) (8), para
conocer el patrón de la distribución de las presiones plantares (Hughes et
al.) (6, 7), (Henning et al.) (5); y en el estudio estático y dinámico (Graf)
(49). Asimismo realiza los mismos análisis Woodle (12) con el podoscopio
electrónico PEL-38. El mismo modelo, de 1.024 captores de resolución, es
utilizado en España para el estudio de la marcha en niños sanos y con pies
planos (Coll y Pasarin) (2), análisis estático y dinámico de las presiones
plantares (López Laserna et al.) (3) y también como ayuda en el diseño de
ortesis plantares (Burutarán) (1).
De la misma forma, pero mejorando la
resolución, realizamos un prototipo de podoscopio electrónico, PDS 93, de
alta resolución (2.048 captores), que permite conocer la distribución de las
presiones plantares a nivel de las cabezas de los metatarsianos y su
aplicación en el estudio biomecánico de la carga y apoyo metatarsal (10), y
diseño de plantillas (9, 11). Sin embargo, su aplicación en los estudios
dinámicos de la marcha queda limitada, como en el caso de las plataformas de
fuerza, al condicionar el paso y el apoyo con la colocación en el suelo del
equipo de registro.
Existen otros dispositivos en la
actualidad para el análisis y control del movimiento, como las pistas de
marcha, cuyo inconveniente, además del elevado coste y la complejidad
técnica que tienen, es la zona acotada (unos metros de pista) por la que
debe caminar el paciente. Por último, los sistemas portátiles desarrollados
en forma de plantillas, que existen hoy en día, son de dos tipos: bien
consisten en un registro de presiones en unos pocos puntos de la plantilla
que se almacenan en memoria sólida y posteriormente se envía a un ordenador,
o bien las plantillas están conectadas al ordenador por medio de un cable de
longitud limitada. El principal inconveniente detectado en este tipo de
dispositivos es que los sensores forman una disposición fija en la plantilla
sin ajuste a la anatomía biomecánica del pie y el tratamiento del registro
es off-line y, por tanto, no es posible la interacción directa con e
paciente en el primer caso. En el segundo dispositivo existe una limitación
de espacio, supeditada a la longitud del cable de conexión al ordenador. De
dicha forma, los equipos desarrollados actualmente condicionan el estudio de
la marcha en el espacio o en el tiempo de registro. Por todo esto, el
presente sistema (Fig. 1) va más allá y posibilita entrar en estudios
dinámicos sin condicionar la marcha subsanando estos inconvenientes.
METODOLOGÍA: CARACTERÍSTICAS
Características de los sensores
El sistema se basa en la medición de
presiones pie-calzado mediante sensores piezorresistivosen cada pie,
dispuestos en aquellos puntos cuya presión se desea conocer. Los sensores
seleccionados son de comportamiento piezorresistivo, destacando como
características interesantes en esta aplicación: su flexibilidad,
adaptabilidad y tamaño (1 cm AE).
Figura 1. Sistema portátil de
registro PDM240.
Del mismo modo, el rango de presiones tolerables por el sensor se adapta a
los valores estudiados en la bibliografía (0-12 kg/cm2). También la
velocidad de respuesta es suficientemente rápida, para poder trabajar con el
contenido frecuencial de las presiones plantares durante la marcha: la
práctica totalidad de la señal está contenida en las componentes de
frecuencia inferiores a 20 Hz (fsamplin 40 Hz).
Acondicionamiento de la señal
Dado el comportamiento logarítmico de la curva presión-resistencia del
sensor y la consiguiente distribución no lineal en el rango de utilización,
para acondicionar la señal es necesario aplicar un circuito de linealización,
que permite un comportamiento aceptablemente lineal de la señal del sensor.
Etapa de radiofrecuencia y codificación
Para implementar la etapa de radiofrecuencia se ha optado por utilizar
módulos de circuitos emisor-receptor comerciales (TX 300) con diferentes
frecuencias de portadora (una por pie). La transmisión es digital con
modulación ASK y codificación de las señales de presión en anchura de pulso.
Tienen una potencia de transmisión de 2 mW (lo que corresponde a un alcance
de 40 m). El límite de frecuencia para la moduladora es de 2 kHz con un
consumo máximo de 5 mA, entradas compatibles CMOS-TTL y posibilidad de
alimentación a 9 V.
Para poder transmitir con este sistema, previamente se codifican las señales
procedentes de los sensores, utilizando para ello el circuito codificador
NE5044 de Philips, simplificando notablemente la etapa de transmisión. Este
circuito proporciona además un pulso de sincronismo para localizar el valor
de la lectura del primer sensor y facilita trabajar con tiempos muy
reducidos, que permiten cumplir sobradamente la frecuencia de muestreo de 40
Hz.
Microcontrolador
Se encarga de convertir a un valor digital las señales correspondientes a
ambos pies, y combinarlas y transformarlas en una señal con formato RS232.
Desarrollo software
Las señales son recibidas en el PC y visualizadas en pantalla para su
posterior procesamiento y/o almacenamiento. Todo el entorno de tratamiento
de estos registros podológicos se ha programado en C y bajo el estándar
gráfico Microsoft Windows 3.x, puesto que se pretende un entorno agradable y
de fácil manejo incluso para personas no iniciadas (Figs. 2 y 3).
Figura 3. Modos de
visualización para el estudio de las presiones y el análisis de la marcha.
RESULTADOS: APLICACIONES Y VENTAJAS
Se desarrolla un dispositivo portátil y ligero (sujetado a la cintura) que
capta las presiones plantares necesarias y que por radiofrecuencia transmite
hacia un receptor, unido a un ordenador convencional tipo PC, las señales
capturadas. Estas señales se muestran en tiempo real en el ordenador, de
forma que permite un estudio de la distribución de presiones en puntos
específicos previamente fijados mediante podoscopia electrónica y métodos
convencionales. De esta forma, el especialista tiene un método objetivo de
analizar la marcha, visualizar las diferentes patologías y valorar la
evolución de los distintos tratamientos, mientras el paciente efectúa los
ejercicios, modos de carga, posiciones, etc., solicitados por el examinador,
aspecto que no contemplan los sistemas habituales off-line.
Se considera importante disponer
herramienta como la que se desarrolla, puesto que no se conoce en el mercado
ningún dispositivo de este tipo y permite el análisis biomecánico de la
marcha realizado sin condicionantes, consiguiendo:
1. Procesamiento de la señal en tiempo real, sin limitación de tiempo de
registro.
2. Una completa libertad de movimientos, sin limitación de espacio.
3. La adquisición de los centros de presión en la huella plantar,
cuantificación de las fuerzas ejercidas y la distribución de la carga
transmitida a nivel de las cabezas de los metatarsianos.
Figura
2. Registro dinámico de la presión ejercido por cada metatarsiano.
Todo esto supone una mejora importante en el conocimiento cintífico y
técnico del:
1. Estudio de la fisiología deportiva (centros de alto rendimiento) y la
fisiología del aparato locomotor (departamentos de ciencias morfológicas y
biomecánica).
2. Análisis de los diferentes patrones
de presiones plantares durante la marcha, para obtener criterios de
valoración clónica, permitiendo el estudio comparativo entre el patrón
fisiológico y los patológicos, de aplicación en la práctica clínica
(traumatología y ortopedia, rehabilitación, reumatología, neurología y
medicina pericial forense).
3. Utilización en tratamientos de rehabilitación mediante procedimientos de
bio feedback.
4. Desarrollo técnico de equipos portátiles para el estudio de la marcha,
que en un futuro puedan asociar registros electromiográficos.
En relación con su utilidad en la práctica clínica, la posibilidad de
obtener patrones de presiones plantares durante la marcha, mediante una
exploración sencilla y rápida, con datos cuantificables objetivos y fiables
permite su aplicación en la valoración de secuelas y daño corporal en
medicina pericial y forense, relacionados con la estática y dinámica
corporal.
APÉNDICE
Ejemplos de casos prácticos
Ejemplo 1. Varón de 24 años con genu varo izquierdo de 12' consecutivo a
fractura de metáfisis tibial consolidada en varo. Registro de la marca
comprobando un desplazamiento del centro de presiones en el pie izquierdo
hacia la parte externa, consecuencia del apoyo en varo de dicha extremidad
(Fig. 4),
Figura 4. Desplazamiento del centro de presiones en el pie izquierdo hacia la parte externo, consecuencia del apoyo en varo de dicha extremidad.
de la misma forma que se aprecia
graficamente en el nivel de carga alcanzado por cabeza metatarsal en el
diagrama de barras (Fig. 5).
Ejemplo 2. Varón de 17 años con dismetría de miembros inferiores de 17 mm (izqdo.
< dcho.), báscula pélvica y escoliosis secundarias con predominio de la
carga transmitida al pie izquierdo y desplazamiento de las presiones a la
columna medial (Fig. 6), que se confirma en el registro del centro de
presiones con desviación en el pie izquierdo hacia el primer metatarsiano,
expresión del aumento de la carga en la columna medial (Fig. 7).
Figura 5. Nivel de carga alcanzado por cada cabeza metatarsal en el diagrama de barras, perteneciente al mismo paciente de la figura anterior, mostrando un predominio a nivel de la columna externo en el pie izquierdo.
Figura 6. Predominio de la
cargo transmitida al pie izquierdo y desplazamiento de las presiones a la
columna medial.
Figura 7. Registro del centro
de presiones con desviación en el pie izquierdo hacia el primer
metatarsiano, expresión del aumento de la carga en la columna media)
BIBLIOGRAFÍA
1. Burutaran JM, Burutaran Y
Baropodometría: estudio y aplicaciones, XVI Congreso Nacional de la
Asociación Española de Medicina y Cirugía del Pie. Abstract: 42, Oviedo,
1994.
2. Coll MD, Pasarin A. Valoración de la marcha del niño mediante
baropodometría electrónica. XVI Congreso Nacional de la Asociación
Española de Medicina y Cirugía del Pie. Abstract: 41, Oviedo, 1994
3. García Barbero, López Laserna J, Márquez López, Gascón Veguín, Martín
Muñoz. Baropodometría estática y dinámica. Nuestra casuística. XVI
Congreso de la Asociación Española de Medicina y Cirugía del Pie.
Abstract: 36, Oviedo, 1994.
4. Graf PM. The EMED System of foot pressure analysis. Clin Pediatr Med
Surg 1993; 10, 3: 445-454.
5. Henning E, Staats A, Rosembaum D.
Plantar pressure distribution pattemms of young school children in
comparison to adults. Foot Ankle 1994; 15, 1: 35-40.
6. Hughes J. The clinical use of
pedobarography. Acta Orthop Belg 1993; 59, 1: 10-15.
7. Hughes J, Pratt L, Linge K, Clark P, Klenerman L. Reliability of pressure
measurement: the EMED F system. Clin Biomech 1991; 61: 14-18.
8. S. Libotte M, Zygas P, Giudici S, Noel B, Podometríe electronique, deux:
annees d'experience: rapport prelimminaire. Acta Orthop Belg 1992;
58, 4: 448-452.
9. López JE, Pérez García JM, Orrite C. Redistribution orthoses for
mmetatarsalgia treatment: design based og high resolution pedobarography.
Med Biol Eng Comput 1996; 34 (1): 333-334.
10. Pérez García JM, López Soler JE, Martínez Villa J, Orrite C, Martínez
Iturbe A, Herrera Rodríguez A. Podómetro electrónico PDS 93. Contribución a
la baropodometría electrónica. Rev Med Cir Pie, 1995; IX, 2: 51-59
11. Pérez-García JM, Martínez A, Martinez J, López JE, Orrite C, Herrera A.
Plantillas de reequilibrio o de compensación. Aportación de la plataforma
PDS 93 de alta resolución. Rev Ortop Traumatol 1996; 40, 4: 332-335.
. Woodle AS. The PEL-38 Electronic Podometer for static and dynamic analysis
of foot biomechanics. Clin Podiatr Med Surg 1993; 10, 3: 417-429.