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

Camminare è un ritmo di cui raramente ci accorgiamo, eppure è una complessa conversazione tra i nostri piedi e il terreno. Ogni passo comporta un preciso trasferimento di peso, che si sposta dal tallone alla punta, mentre il corpo mantiene l'equilibrio e si spinge in avanti. Per medici, fisioterapisti e scienziati dello sport, comprendere questa conversazione è vitale. Hanno bisogno di sapere esattamente quanta pressione un piede esercita sul pavimento, dove quella pressione si deposita e per quanto tempo vi rimane. Queste informazioni aiutano a diagnosticare infortuni, progettare scarpe migliori e monitorare il recupero. Tradizionalmente, misurare questo processo richiedeva macchinari massicci e costosi, fissati al pavimento di un laboratorio, che legavano la persona a un unico punto. Ma il mondo del movimento avviene ovunque, non solo in un laboratorio. Ciò ha portato alla creazione di solette portatili dotate di minuscoli sensori, progettate per essere indossate all'interno di una scarpa per catturare gli stessi dati mentre una persona cammina liberamente.

La promessa di questi strumenti indossabili è grande, ma la loro affidabilità è la questione critica. Se un dispositivo fornisce una lettura diversa ogni volta che si compie lo stesso passo, non può essere considerato attendibile per uso medico o scientifico. Prima che questi strumenti possano essere utilizzati per prendere decisioni sulla salute di un paziente, i ricercatori devono dimostrare che il dispositivo stesso sia costante. Uno studio della Jiangsu University of Technology si è posto l'obiettivo di testare esattamente questo. I ricercatori volevano vedere se un tipo specifico di soletta con tecnologia Bluetooth, dotata di una griglia di sedici sensori, potesse fornire le stesse misurazioni quando una persona percorreva lo stesso tragitto ripetutamente. Non stavano cercando un nuovo modo di camminare, quanto piuttosto la prova che lo strumento stesso fosse abbastanza stabile da essere utile.

Per trovare la risposta, un singolo adulto sano si è offerto volontario per indossare un paio di queste speciali solette all'interno di scarpe di tela standard. Le solette contenevano una matrice di sedici minuscoli sensori di pressione disposti in quattro righe e quattro colonne, che coprivano l'intera pianta del piede, dalle dita al tallone. I sensori erano così sensibili da poter rilevare il tocco più lieve, registrando il segnale elettrico generato dalla pressione. Il partecipante ha camminato avanti e indietro lungo un percorso di dieci metri a un ritmo confortevole e scelto da lui. Lo ha fatto undici volte di seguito, con brevi pause intermedie per garantire che non si affaticasse. L'obiettivo era semplice: se la soletta fosse stata affidabile, il modello di pressione registrato durante la prima camminata sarebbe dovuto apparire quasi identico al modello registrato durante l'undicesima camminata.

I risultati hanno rivelato un quadro chiaro di dove la soletta funzionasse bene e dove invece faticasse. I ricercatori hanno scoperto che i sensori situati al centro del piede, sotto le principali aree di carico come l'avampiede e il tallone, erano straordinariamente costanti. Quando la persona poggiava il piede, questi sensori centrali registravano quasi la stessa pressione di picco e la stessa durata del contatto ogni singola volta. In effetti, per le misurazioni più importanti, come il rapporto tra il tempo di contatto del piede con il suolo rispetto al tempo totale del passo, il dispositivo era altamente ripetibile. I dati hanno dimostrato che questi sensori centrali potevano essere considerati affidabili nel raccontare la stessa storia della deambulazione ogni volta che venivano utilizzati.

Tuttavia, la storia cambiava ai bordi del piede. I sensori vicino alle dita e ai lati esterni del piede erano molto meno affidabili. Sul piede sinistro, due sensori all'estremità delle dita non hanno registrato alcuna pressione durante l'intero esperimento, mentre due vicini fornivano letture estremamente incoerenti. Ciò accadeva perché il piede è un bersaglio mobile: anche un minimo spostamento nel modo in cui la persona posizionava il piede poteva spostare le dita leggermente fuori dal sensore, causando la perdita del contatto da parte del dispositivo o la registrazione di un segnale fluttuante. Lo studio ha dimostrato che, sebbene il centro della soletta sia robusto, i bordi sono sensibili ai minimi cambiamenti nel posizionamento del piede. Ciò significa che, per questo specifico dispositivo, i dati dei sensori centrali sono affidabili, ma i dati dei bordi esterni devono essere trattati con cautela.

I ricercatori hanno anche esaminato come si comportavano i diversi tipi di misurazioni. Hanno scoperto che il calcolo del valore totale di "pressione-tempo", che combina la forza con cui il piede preme e quanto a lungo rimane a terra, era la misurazione meno consistente. Poiché questo valore è il prodotto di due variabili diverse, qualsiasi piccolo errore nella misurazione della forza o del tempo si moltiplica per creare un errore maggiore. Ciò suggerisce che, sebbene il dispositivo sia eccellente per tracciare la tempistica di un passo o confrontare la pressione tra il lato destro e quello sinistro dello stesso piede, è meno adatto per calcoli precisi dell'accumulo di forza totale, specialmente quando si utilizzano i sensori ai bordi del piede.

In definitiva, questo studio fornisce un necessario controllo di realtà per la tecnologia. Conferma che queste solette portatili e wireless sono in grado di fornire dati ripetibili e di alta qualità, ma solo se l'utente ne comprende i limiti. Il dispositivo funziona meglio quando si concentra sulle parti centrali del piede e quando viene utilizzato per confrontare la tempistica e la pressione relativa dei passi piuttosto che i valori assoluti di forza. I risultati suggeriscono che, affinché questa tecnologia diventi uno strumento standard nelle cliniche e nello sport, le versioni future potrebbero necessitare di più sensori ai bordi del piede o di modi migliori per garantire che la soletta rimanga perfettamente allineata con il piede. Per ora, lo studio offre una mappa chiara di dove si colloca la tecnologia: uno strumento affidabile per la parte centrale del piede, in attesa di perfezionamento per catturare la storia completa dell'intero passo.