運用智慧量測系統,實際量化足底壓力

足底壓力在醫學以及運動相關的應用中是一項重要的指標。在過去,足底壓力的典型應用為鞋類設計、運動襪設計、運動表現分析、預防傷害和診斷等。在本文內容中,主要會介紹足底壓力系統量測的原理、分類以及幾項目前市售的足壓系統。

足底壓力系統量測原理

足底壓力是指人體在各種形式的運動過程中,足底接觸到地面時單位面積所承受的力。足底壓力系統是由多個壓力感測元件所組成,在測量動作的過程中依據每個感測元件收取到壓力值並進行計算,得到該次測量的足底壓力參數。

目前足底壓力系統所採用的壓力感測元件,主要可以分為電容式及電阻式兩種類型。電容式壓力感測元件利用隔膜來隔開兩個導電板,當感測元件上的隔膜受到壓力而產生形變時,使隔膜與兩個導電板間的空隙改變進而造成電容的變化,並藉由電容的變化計算壓力的大小。

運用智慧量測系統,實際量化足底壓力

圖片來源Sensors, 12(7), 9884-9912.

電阻式壓力感測元件是由導電的聚合物所組成,導電聚合物會隨著壓力的變化而改變電阻。施加力能使導電顆粒接觸,進而增加通過感測元件的電流並計算出壓力值。

運用智慧量測系統,實際量化足底壓力

圖片來源Sensors, 12(7), 9884-9912.

足底壓力系統分類

現有足壓系統中,主要可以分為平台式足壓系統以及鞋墊式足壓系統。

平台式足壓系統也就是俗稱的足底壓力板(步道),內建大量的壓力感測元件,在測量上具有極高的準確度。但由於這類系統需要設定在固定位置,實驗上的動作設計必須在足底壓力版正上方,限制了實驗的範圍,因此在實驗動作上比較不具有靈活性。

鞋墊式足壓系統顧名思義就是將壓力感測元件佈滿在鞋墊中,在測量上也具有很好的準確性。相較於平台式足壓系統,鞋墊式足壓系統可以隨著配戴者移動,在動作設計上具有靈活性,且便於攜帶,可以進行各種步態形式、鞋類設計等的研究。但由於鞋墊與鞋子的相容性,實驗過程中可能因為鞋墊的滑動造成收取的足底壓力值產生誤差,需將鞋墊穩定的安置。

市售足壓系統

Tekscan F-Scan™ System

F-Scan系統屬於鞋墊式足壓系統,內含960顆感測元件,能提供動態壓力、力量與時間等關於足部功能與步態分析的數據。透過F-Scan所得到的數據被廣泛應用在各個領域,像是設計矯正鞋墊、降低糖尿病足的高壓點、評估運動員的球鞋等。

運用智慧量測系統,實際量化足底壓力

圖片來源Tekscan官網

Tekscan Strideway™ System

Strideway系統屬於平台式足壓系統,長度可以從1-5公尺不等。此系統簡化了步態分析的過程,除了基本的步態參數外,Strideway系統能夠立即的確認使用者的步態是否存在不對稱性,評估步態過程中的細項動作(腳跟著地、前腳推蹬等等),可以輕鬆的去比較患者左右腳或治療前後步態的差異。

運用智慧量測系統,實際量化足底壓力

圖片來源Tekscan官網

Novel The pedar® system


Pedar系統屬於鞋墊式足壓系統,每隻鞋墊佈滿99顆感測元件,採樣頻率高達200Hz,並提供任何腳掌尺寸。Pedar 系統使用德國專利軟式且具延展性的電容式感壓元件, 能精確地以測量運動時足底的動態壓力分佈。此系統具有靈活性,幾乎滿足所有的測試需求,如走路、跑步、爬樓梯、踢足球,甚至騎自行車,使用上與現實生活更加貼近。

運用智慧量測系統,實際量化足底壓力

圖片來源Novel官網

Novel emed® pedography platforms

emed系統屬於平台式足壓系統,此系統在靜態及動態的情況都可以準確地紀錄和評估足底壓力分佈,影像分析可以在8分鐘內完成。emed系統常用於分析足部功能和診斷足部疾病,並且在分析赤足的壓力數據時可以檢測到足部形狀異常和功能障礙,使臨床的應用更為廣泛。

運用智慧量測系統,實際量化足底壓力

圖片來源Novel官網

參考文獻:

Razak, A., Hadi, A., Zayegh, A., Begg, R. K., & Wahab, Y. (2012). Foot plantar pressure measurement system: A review. Sensors, 12(7), 9884-9912.

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