Repeatability and spatial distribution characteristics of a Bluetooth enabled 16 channel plantar pressure insole as a single subject instrument characterization study

चलना एक ऐसी लय है जिसके बारे में हम शायद ही कभी सोचते हैं, फिर भी यह हमारे पैरों और जमीन के बीच एक जटिल संवाद है। हर कदम में वजन का एक सटीक स्थानांतरण शामिल होता है, जो एड़ी से पंजे की ओर बढ़ता है, जबकि शरीर संतुलन बनाता है और खुद को आगे बढ़ाता है। डॉक्टरों, फिजियोथेरेपिस्टों और खेल वैज्ञानिकों के लिए, इस संवाद को समझना अत्यंत महत्वपूर्ण है। उन्हें यह जानने की आवश्यकता होती है कि पैर द्वारा फर्श पर कितना दबाव डाला जाता है, वह दबाव कहाँ पड़ता है, और वह वहां कितनी देर तक रहता है। यह जानकारी उन्हें चोटों का निदान करने, बेहतर जूते डिजाइन करने और रिकवरी को ट्रैक करने में मदद करती है। पारंपरिक रूप से, इसे मापने के लिए प्रयोगशाला के फर्श पर लगे विशाल, महंगे मशीनों की आवश्यकता होती थी, जो व्यक्ति को एक ही स्थान तक सीमित कर देती थीं। लेकिन गति की दुनिया हर जगह होती है, न कि केवल लैब में। इसी कारण पोर्टेबल इनसोल्स (जूते के तलवों के अंदर रखे जाने वाले पैड) का निर्माण हुआ है, जो छोटे सेंसरों से लैस हैं, जिन्हें व्यक्ति के स्वतंत्र रूप से चलते समय वही डेटा कैप्चर करने के लिए जूते के अंदर पहनने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

इन पहनने योग्य उपकरणों का वादा बहुत बड़ा है, लेकिन उनकी विश्वसनीयता एक महत्वपूर्ण प्रश्न है। यदि कोई उपकरण आपके एक ही कदम को हर बार अलग रीडिंग देता है, तो उस पर चिकित्सा या वैज्ञानिक उपयोग के लिए भरोसा नहीं किया जा सकता। इससे पहले कि इन उपकरणों का उपयोग रोगी के स्वास्थ्य के बारे में निर्णय लेने के लिए किया जाए, शोधकर्ताओं को यह सिद्ध करना होगा कि उपकरण स्वयं सुसंगत है। जियांग्सू यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी के एक नए अध्ययन ने ठीक यही परीक्षण करने का लक्ष्य रखा। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या ब्लूटूथ-सक्षम इनसोल का एक विशिष्ट प्रकार, जो सोलह सेंसरों के ग्रिड से लैस है, क्या वह एक ही पथ पर बार-बार चलने पर समान माप प्रदान कर सकता है। वे चलने का नया तरीका नहीं खोज रहे थे, बल्कि यह प्रमाण चाह रहे थे कि उपकरण स्वयं उपयोग के लिए पर्याप्त स्थिर है।

उत्तर खोजने के लिए, एक स्वस्थ वयस्क ने इन विशेष इनसोल्स की एक जोड़ी को मानक कैनवस जूतों के अंदर पहनने के लिए स्वयं को समर्पित किया। इनसोल में सोलह छोटे प्रेशर सेंसरों का एक मैट्रिक्स था जो चार पंक्तियों और चार स्तंभों में व्यवस्थित था, जो पैर के पंजों से लेकर एड़ी तक पूरे निचले हिस्से को कवर करता था। सेंसर इतने संवेदनशील थे कि वे सबसे हल्के स्पर्श को भी पहचान सकते थे, जिससे दबाव से उत्पन्न होने वाले विद्युत संकेत को रिकॉर्ड किया जा सके। प्रतिभागी ने एक आरामदायक, स्व-चयनित गति के साथ दस मीटर के पथ पर आगे और पीछे चला। उसने यह प्रक्रिया लगातार ग्यारह बार की, और बीच-बीच में छोटे ब्रेक लिए ताकि वह थके नहीं। लक्ष्य सरल था: यदि इनसोल विश्वसनीय था, तो पहले वॉक के दौरान रिकॉर्ड किया गया दबाव का पैटर्न ग्यारहवीं वॉक के दौरान रिकॉर्ड किए गए पैटर्न के लगभग समान दिखना चाहिए।

परिणामों ने एक स्पष्ट तस्वीर पेश की कि इनसोल कहाँ अच्छा काम करता है और कहाँ संघर्ष करता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि पैर के मध्य भाग में स्थित सेंसर, जैसे कि पैर के तलवे (ball of the foot) और एड़ी के मुख्य भार वहन करने वाले क्षेत्रों के नीचे, उल्लेखनीय रूप से सुसंगत थे। जब व्यक्ति कदम रखता था, तो इन केंद्रीय सेंसरों ने हर बार लगभग एक ही पीक प्रेशर (अधिकतम दबाव) और संपर्क की समान अवधि दर्ज की। वास्तव में, सबसे महत्वपूर्ण मापों के लिए, जैसे कि पैर के जमीन के संपर्क में रहने के समय और कदम के कुल समय का अनुपात, उपकरण अत्यधिक दोहराव योग्य था। डेटा ने दिखाया कि ये केंद्रीय सेंसर हर बार उपयोग किए जाने पर व्यक्ति की चाल (gait) के बारे में एक ही कहानी बताने के लिए भरोसेमंद हो सकते हैं।

हालाँकि, कहानी पैर के किनारों पर बदल गई। पैरों के पंजों और पैर के बाहरी किनारों के पास के सेंसर बहुत कम विश्वसनीय थे। बाएं पैर में, पंजों के बिल्कुल सिरे पर स्थित दो सेंसर पूरे प्रयोग के दौरान कोई दबाव दर्ज करने में विफल रहे, जबकि उनके बगल वाले दो पड़ोसी सेंसर बहुत ही असंगत रीडिंग दे रहे थे। ऐसा इसलिए हुआ क्योंकि पैर एक गतिशील लक्ष्य है; व्यक्ति द्वारा पैर रखने के तरीके में मामूली बदलाव भी पंजों को सेंसर से थोड़ा हटा सकता है, जिससे डिवाइस संपर्क को पूरी तरह से मिस कर सकता है या उतार-चढ़ाव वाला सिग्नल रिकॉर्ड कर सकता है। अध्ययन ने दिखाया कि जबकि इनसोल का केंद्र मजबूत है, इसके किनारे पैर की स्थिति में छोटे से बदलाव के प्रति भी संवेदनशील हैं। इसका अर्थ यह है कि इस विशिष्ट उपकरण के लिए, केंद्रीय सेंसरों का डेटा भरोसेमंद है, लेकिन बाहरी किनारों के डेटा को सावधानी के साथ लिया जाना चाहिए।

शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि विभिन्न प्रकार के मापों का व्यवहार कैसा रहता है। उन्होंने पाया कि कुल "प्रेशर-टाइम" (दबाव-समय) मान की गणना करना सबसे कम सुसंगत माप था। चूंकि यह मान दो अलग-अलग चरों का गुणनफल है, इसलिए बल या समय को मापने में कोई भी छोटी त्रुटि, मिलकर एक बड़ी त्रुटि पैदा करती है। यह सुझाव देता है कि हालांकि यह उपकरण कदम के समय को ट्रैक करने या एक ही पैर के बाएं और दाएं हिस्से के बीच तुलना करने के लिए उत्कृष्ट है, लेकिन यह कुल बल संचय के सटीक गणना के लिए कम उपयुक्त है, विशेष रूप से जब पैर के किनारों वाले सेंसरों का उपयोग किया जाता है।

अंततः, यह अध्ययन इस तकनीक के लिए एक आवश्यक वास्तविकता की जांच प्रदान करता है। यह पुष्टि करता है कि ये पोर्टेबल, वायरलेस इनसोल्स दोहराव योग्य, उच्च गुणवत्ता वाला डेटा देने में सक्षम हैं, लेकिन केवल तभी जब उपयोगकर्ता उनकी सीमाओं को समझता है। यह उपकरण तब सबसे अच्छा काम करता है जब इसका ध्यान पैर के केंद्रीय भागों पर हो और जब इसका उपयोग चरणों के समय और सापेक्ष दबाव की तुलना करने के लिए किया जाता है, न कि पूर्ण बल मूल्यों के लिए। निष्कर्षों से पता चलता है कि इस तकनीक को क्लीनिकों और खेलों में एक मानक उपकरण बनाने के लिए, भविष्य के संस्करणों में पैर के किनारों पर अधिक सेंसरों की आवश्यकता हो सकती है या इनसोल को पैर के साथ पूरी तरह से संरेखित सुनिश्चित करने के बेहतर तरीकों की आवश्यकता हो सकती है। फिलहाल, अध्ययन एक स्पष्ट मानचित्र प्रदान करता है कि तकनीक कहाँ खड़ी है: पैर के मध्य भाग के लिए एक विश्वसनीय उपकरण, जो पूरे कदम की पूरी कहानी को पकड़ने के लिए परिष्कृत होने की प्रतीक्षा कर रहा है।