Shoe-TIMeS: Shear force Textile Intelligent Measurement System

In Europe nearly 10% of the population suffers from diabetes and almost 1% from Rheumatoid Arthritis which can lead to serious problems with mobility and active participation, especially in the ageing population. Pedorthists deliver personalised designed and manufactured orthopaedic footwear or insoles for these patients. However, despite their often laborious efforts upfront, the industry has very little means to quantify how successful the fitting and function of a shoe is. They have to rely on subjective, qualitative measures such as client satisfaction and diminishing of complaints. Although valuable, the need for objective quantitative data in this field is growing.
Foot plantar pressure and shear forces are considered major indicators of potential foot problems. Devices to measure plantar pressure slowly gain terrain as providers of objective quantitative data to guide orthotic design and manufacturing. For shear forces however, measuring devices are not yet commercial available. Although shear forces are considered as a major contributor to ulcer formation in diabetic feet, their exact role still requires elucidation and quantification.
This project aims to develop a prototype of an in-shoe wearable device that measures both shear forces and pressure using state-of-the-art developments in sensor technologies, smart textiles and wireless data transfer. The collaboration of pedorthists’ small and medium-sized enterprises (SME)’s with medical device engineering companies, knowledge institutes,technical universities and universities of applied sciences in this project will bring together the different fields of expertise required to create an innovative device. It is expected that the tool will be beneficial to improve the quality of pedorthists’ services and potentially reduce health insurance costs. Furthermore, it can be used in new shear forces research and open new business potential. However, the eventual aim is to improve patient care and help maintain personal mobility and participation in society.

Eindrapportage

Voetproblemen hebben invloed op de mobiliteit van mensen en daarmee ook op kwaliteit van leven. Voetproblemen hebben diverse oorzaken, waaronder diabetes mellitus, en bijvoorbeeld reuma.
Helaas ontwikkelen relatief veel mensen met diabetes ulcera aan hun voeten. Omdat deze ulcera moeilijk genezen beperken ze de mobiliteit en daarmee een verminderde levenskwaliteit.
Daarom wordt in de orthopedische beroepspraktijk het vroeg-herkennen en voorkomen van ulcera geïdentificeerd als een belangrijk ontwikkelpunt om de kwaliteit van de orthopedische dienstverlening te vergroten.
In de orthopedische beroepspraktijk is er daarom behoefte aan een meetsysteem dat in de schoen van een cliënt gedurende dagelijkse activiteiten de mechanische belasting tussen voetzool en schoen meet en de gegevens doorzendt voor analyse naar de orthopedisch technoloog. Op basis van deze analyse kan de orthopedisch technoloog de belasting (evidence based) optimaliseren in het inlegzool/schoenontwerp, waardoor de kwaliteit van de dienstverlening toeneemt.
In het Shoe-TIMeS project is met behulp van de Customer Journey benadering met relevante stakeholders een programma van eisen opgesteld voor het beoogde in-shoe meetinstrument en het gebruik daarvan voor meten, monitoren, signaleren en (her)ontwerpen.
Vervolgens zijn er twee prototypes van een meetzool voor gebruik in de schoen ontwikkeld, getest en geëvalueerd.
Het eerste prototype is gebaseerd op 6 capacitieve sensoren, die de wrijvingskrachten onder de voet meten, aangevuld met 6 drukkrachtsensoren voor de verticale belasting.
Het tweede prototype bestaat uit 15 Hall sensoren, gebaseerd op een 3-d sensor die zowel de normaalkracht als de wrijvingskrachten meten tussen de voetzool en de schoen.
Het meetsysteem verzamelt de data (draadloos) slaat ze op en geeft ze als vectoren weer in een grafische interface.
Door de Coronacrisis was een klinische test onmogelijk.
Het project heeft laten zien dat het meten van de krachten tussen voetzool en schoen mogelijk is. Ook is een real-time weergave van de krachten als vectoren in een grafische interface op een smartphone mogelijk geworden.
Er is nog aanvullend onderzoek nodig naar de kalibratie van de sensoren op de meetzolen en de meetomstandigheden.