علم طبقات الأرض

علم قياس الضغط على القدم هو دراسة حقول الضغط المؤثرة بين باطن القدم وسطح داعم. يُستخدم هذا العلم غالبًا في التحليل البيوميكانيكي للمشي والوضعية، ويُستخدم في نطاق واسع من التطبيقات، بما في ذلك البيوميكانيكا الرياضية وقياسات المشي . يُشتق مصطلح "قياس الضغط على القدم" من الكلمة اللاتينية " pedes " التي تعني القدم (كما في: عداد الخطوات ، المشاة ، إلخ)، والكلمة اليونانية " baros" التي تعني "الوزن" وأيضًا "الضغط" (كما في: مقياس الضغط الجوي ، مخطط الضغط الجوي ).

نُشرت أول دراسة موثقة لقياس ضغط القدم عام 1882، واستخدمت فيها المطاط والحبر لتسجيل ضغط القدم. ^{[ 1 ]} أُجريت دراسات عديدة باستخدام أجهزة مماثلة في أوائل ومنتصف القرن العشرين، ^{[ 1 ] [ 2 ]} ولكن لم يصبح قياس ضغط القدم عمليًا للاستخدام السريري الروتيني إلا مع ظهور الحاسوب الشخصي . ^{[ 3 ]} ويُستخدم الآن على نطاق واسع لتقييم وتصحيح مجموعة متنوعة من الاضطرابات البيوميكانيكية والعصبية. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

تنقسم الأجهزة إلى فئتين رئيسيتين: (أ) الأجهزة الأرضية ، و(ب) الأجهزة داخل الأحذية . وتتنوع التقنيات المستخدمة، بدءًا من مصفوفات المستشعرات الكهروإجهادية وصولًا إلى انكسار الضوء ، ^{[ 2 ] [ 4 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} إلا أن الشكل النهائي للبيانات التي تولدها جميع التقنيات الحديثة هو إما صورة ثنائية الأبعاد أو سلسلة زمنية ثنائية الأبعاد للضغوط المؤثرة أسفل باطن القدم. يوجد حاليًا العديد من أنظمة قياس الضغط التجارية، وهي تستخدم عمومًا مستشعرات سعوية أو مقاومة. ^{[ 9 ]} وقد أظهرت الدراسات أن المستشعرات السعوية أكثر دقة وموثوقية من المستشعرات المقاومة عند استخدامها بشكل مستمر لفترة طويلة. ^{[ 9 ]} ومن هذه البيانات، يمكن حساب متغيرات أخرى (انظر تحليل البيانات ).

توجد بعض الاختلافات بين أنواع المعلومات التي ستحصل عليها من هذين النظامين، لذا قد يكون أحدهما أنسب للتطبيق المُستخدم. على سبيل المثال، يوفر النظام الأرضي معلومات مكانية وزمانية، مثل طول الخطوة، وهو ما لا يوفره النظام المُدمج في الحذاء. كما تُتيح أنظمة المنصات (أو الأنظمة الأرضية) اختبار المرضى الذين يستخدمون أجهزة مساعدة على المشي. مع ذلك، ثمة جدل حول تقييم المشية الطبيعية باستخدام نظام المنصة، نظرًا لاحتمالية استهداف المرضى للمنصة أثناء المشي. وهنا تبرز ميزة النظام المُدمج في الحذاء، إذ يُقلل من خطر الاستهداف. ينبغي على المستخدمين تقييم الاختلافات بين النظامين بعناية، بالإضافة إلى المرضى الذين سيتم تقييمهم ونوع البيانات التي تهمهم عند اختيار النظام. ^{[ 10 ]}

تتراوح الدقة المكانية والزمنية للصور التي تولدها أنظمة قياس ضغط القدم التجارية بين 3 و10  ملم و25 و500  هرتز على التوالي. وتُحدَّد الدقة الأعلى بتقنية المستشعرات. وتُنتج هذه الدقة مساحة تلامس تبلغ حوالي 500 مستشعر (لقدم إنسان بالغ نموذجي بمساحة سطح تبلغ حوالي 100 ^سم²  ) . ^{[ 11 ]} خلال مرحلة الوقوف التي تستغرق حوالي 0.6 ثانية أثناء المشي الطبيعي، ^{[ 12 ]} يتم تسجيل حوالي 150,000 قيمة ضغط لكل خطوة، وذلك حسب مواصفات الجهاز.

للتعامل مع الكم الهائل من البيانات الموجودة في كل سجل لضغط القدم، تُقلل التحليلات التقليدية حجم البيانات إلى حجم أكثر قابلية للإدارة على ثلاث مراحل: (1) إنشاء أقنعة تشريحية أو إقليمية، (2) استخراج البيانات الإقليمية، و(3) إجراء الاختبارات الإحصائية. تُعرض النتائج عادةً في جداول أو رسوم بيانية شريطية . كما توجد عدة تقنيات تحليل بديلة مُستمدة من منهجية معالجة الصور الرقمية . ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]} وقد وُجد أن هذه التقنيات مفيدة سريريًا وبيوميكانيكيًا ، إلا أن التحليلات الإقليمية التقليدية هي الأكثر شيوعًا.

يُعدّ "ضغط الذروة" المتغير الأكثر شيوعًا في تحليل قياسات ضغط القدم، وهو أقصى ضغط يُسجّل عند كل مستشعر (أو بكسل، إذا كانت المستشعرات تقع على شبكة مربعة منتظمة) خلال مدة الخطوة. كما أن هناك متغيرات أخرى، مثل مدة التلامس، وتكامل الضغط مع الزمن، ومسار مركز الضغط ، ذات صلة بالوظيفة البيوميكانيكية للقدم.

يُعدّ تقرّح القدم السكري التطبيق السريري الأكثر بحثًا لتقنية قياس ضغط القدم ، ^{[ 16 ]} وهي حالة قد تؤدي إلى البتر في الحالات الشديدة ^{، [ 17 ]} ولكن حتى الحالات الخفيفة إلى المتوسطة منها تُكبّد نفقات رعاية صحية كبيرة . ^{[ 18 ]} كما تُستخدم تقنية قياس ضغط القدم في العديد من الحالات السريرية الأخرى، بما في ذلك: التقييم البيوميكانيكي بعد الجراحة، ^{[ 19 ]} والتقييم أثناء الجراحة، ^{[ 20 ]} وتصميم أجهزة تقويم العظام ^{، [ 21 ]} وتقييم جراحة تدلي القدم. ^{[ 5 ]} بالإضافة إلى التطبيقات السريرية، لا تزال تقنية قياس ضغط القدم تُستخدم في المختبر لفهم الآليات التي تحكم مشية الإنسان ووضعيته. ^{[ 3 ] [ 7 ]}

يؤيد الباحثون استخدام أجهزة قياس ضغط القدم في البيئات السريرية. ووفقًا لبوين وآخرون، "يمكن استخدام قياسات جهاز قياس ضغط القدم لمراقبة وتقييم التغيرات التدريجية في تشوه القدم بمرور الوقت. ويُعد جهاز قياس ضغط القدم أداة قياس موثوقة تُظهر تباينًا ضئيلًا بين القياسات في نفس المناسبة وبين القياسات في أيام مختلفة." ^{[ 22 ]}

• يشير مصطلح "التصوير الديناميكي لضغط الأرض" إلى جمع وتحليل بيانات قياس ضغط الأرض المتسلسلة زمنياً أثناء الأنشطة الديناميكية مثل المشي.
• يشير مصطلح "القياسات الثابتة لضغط القدم" إلى جمع وتحليل بيانات قياسات ضغط القدم المتسلسلة زمنياً أثناء الأنشطة الوضعية (أي شبه الثابتة ).