Plantar Quad-Zone Analysis: A study of healthy feet

Christopher J. Wright ¹, Richard Collings ², Jackie Morris ³, Ruth Clausen², Victoria Farress-Gregg²

1 University of Exeter Medical School, Medical Imaging, St Luke's Campus, Exeter EX1 2LU, UK

2 Department of Podiatry, Torbay and South Devon NHS Foundation Trust, Castle Circus Health Centre, Torquay TQ2 5YH, UK

3 London South Bank University, School of Health & Social Care, 103 Borough Road, London SE1 0AA, UK

The plantar aspect of the foot is a common site for pathology. Diabetic foot ulceration (DFU) and peripheral arterial disease (PAD) present the populations with the highest risk. Many people with diabetes experience foot neuropathy which can result in extensive skin damage. In their early subclinical phase, they are undetectable to the eye but potentially detectable using digital infra-red thermal imaging (DITI). This study aims to present a quad-zone approach to assess feet of healthy subjects for thermal symmetry and investigate the reliability of the quad-zone evaluation by multiple readers, as a precursor to clinical trials.

A FLIR T650 IR thermal camera (640x480) was used to image the soles of 30 healthy volunteers within a temperature-controlled environment. Five readers blind analysed the cases: the whole foot; and four regional zones (heel, arch, first ray, and lateral forefoot); and finally, the individual region of interest (ROI) analysis of the toes. Inter-operator reliability was assessed for the five readers. Mean values for each area of interest were assessed for contra-lateral symmetry.

Healthy feet display a wide range of temperatures: left (min=22.60, max=34.00, mean=27.57, STDEV=2.23) and right (min=22.70, max=34.10, mean=27.63, STDEV=2.32). Differences between feet or quad-zones of the same individual were consistently <1oC. Plantar toes can be significantly cooler than the rest of the foot and exhibit much greater differences (up to 2.6oC), however always <1°C between adjacent toes on the same healthy foot. No statistically significant differences between corresponding bilateral areas could be found. ICC=0.990 to 0.998 for all four quad-zones, confirmed excellent inter-operator reliability in blinded assessment between five readers.

The quad zone technique is easy and time efficient to perform, ideally suited to the clinical environment, with a very high level of reproducibility. This study of feet of healthy subjects provides the underpinning evidence for further research to determine differences in the diabetic and/or neuropathic foot and seek correlation with angiographic findings.

KEYWORDS: Thermography, infra-red, DITI, thermal imaging, angiosome

VIER-ZONEN-ANALYSE DER FUSSSOHLE - EINE UNTERSUCHUNG AN DEN FÜSSEN GESUNDER PERSONEN

An der plantaren Seite des Fußes finden sich häufig krankhafte Veränderungen, am häufigsten bei Personen mit ulzerierendem diabetischem Fuß (DFU) und/oder peripherer arterieller Erkrankung (PAD). Viele Menschen mit Diabeteserfahren an den Füßen Symptome einer Neuropathie, die zu umfangreichen Hautschäden führen kann. In ihrer frühen subklinischen Phase sind sie für das Auge nicht nachweisbar, aber potenziell mit digitaler Infrarot-Thermografie (DITI) nachweisbar. Diese Studie zielt darauf ab, einen Vier-Zonen-Ansatz zur Bewertung der Füße gesunder Probanden auf thermische Symmetrie zu präsentieren und die Zuverlässigkeit der Vier-Zonen-Evaluierung durch mehrere Untersucher als Vorläuferuntersuchung für klinische Studien zu zeigen.

Eine FLIR T650 IR Wärmebildkamera (640 x 480 Pixel) wurde verwendet, um die Sohlen von 30 gesunden Probanden in einer temperaturkontrollierten Umgebung abzubilden. Fünf verblendete Untersucher analysierten die Fälle: den ganzen Fuß; und vier regionale Zonen (Ferse, Längsgewölbe, erster Strahl und seitlicher Vorfuß); und schließlich die individuell definierten Messareale (ROI) an den Zehen. Für die fünf Untersucher wurde die inter-individuelle Zuverlässigkeit bestimmt. Die Mittelwerte jedes Messareale wurden auf Symmetrie zur Gegenseite bewertet.

Gesunde Füße zeigen Temperaturen über einen weiten Bereich: links (Minimaltemperatur=22.6 °C, Maximaltemperatur=34.0 °C, Mittelwert=27.6 ± 2.2 °C) und rechts (Minimaltemperatur =22.7 °C, Maximaltemperatur =34.1 °C, Mittelwert=27.6±2.3 °C. Unterschiede zwischen den Füßen oder Zonen waren durchgehend kleiner als 1°C. Die plantare Seite der-Zehen kann deutlich kühler als der Rest des Fußes sein und weist große Seitenunterschiede auf (bis zu 2,6 °C), die jedoch am gleichen Fuß zwischen benachbarten Zehen immer kleiner als 1oC ist. Es konnten keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den entsprechenden Gebieten an beiden Seiten festgestellt werden. ICC-Wertezwischen 0.990 bis 0.998 für alle Vier-Zonen bestätigte die Zuverlässigkeit der Bewertung durch fünf geblendete Untersucher. Die Quad-Zone Technik ist einfach und zeiteffizient durchzuführen, ideal geeignet für die klinische Umgebung mit einem sehr hohen Maß an Reproduzierbarkeit. Diese Studie an Füßen gesunder Probanden liefert die Grundlage für weitere Forschungen, um Unterschiede zum diabetischen und/oder neuropathischen Fuß zu bestimmen und eine Korrelation mit angiographischen Befunden zu suchen.

SCHLÜSSELWÖRTER: Thermografie, Infrarot, DITI, Wärmebild, Vier-Zonen, Angiosom

Thermology international 2020, 30 (4) 113-120