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Qual è la differenza tra piattaforme di forza e piattaforme di pressione?

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Entrambe le piattaforme misurano diverse caratteristiche biomeccaniche. Tuttavia, è facile confondere la pressione con la forza e viceversa

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Qual è la differenza tra piattaforme di forza e piattaforme di pressione?

1. La scienza che c'è dietro

Entrambe le piattaforme misurano diverse caratteristiche biomeccaniche. Tuttavia, è facile confondere la pressione con la forza e viceversa:

- La piattaforma di pressione misura la distribuzione della pressione plantare, ottenendo la mappa della pressione plantare, simile a una mappa di calore del piede.

- La piattaforma di forza misura la grandezza e la direzione della forza risultante, indipendente dall'area di contatto, ottenendo il vettore risultante dalla forza di reazione al suolo.

Cos'è la forza e come si misura?

Secondo la seconda legge del moto di Newton, la forza netta è uguale al prodotto della massa del corpo per l'accelerazione (Forcenet = massa x accelerazione), in cui la forza netta è la somma vettoriale di tutte le forze agenti

Quando si usa una piattaforma di forza, si misura la forza di reazione esercitata dal corpo sulla superficie di appoggio, di solito la suola del piede. Questa forza è anche conosciuta come forza di reazione al suolo, che corrisponde alla somma di tutte le forze agenti sulla superficie plantare (Figura 1). Pertanto, rappresenta tutte le forze muscolari e gravitazionali che agiscono in un periodo di tempo [1]

Figura 1 - Forza di reazione al suolo [1].

Le piattaforme di forza consistono solitamente in una serie di trasduttori di forza situati sotto gli angoli di una piastra solida, o a forma di triangolo. Ci sono vari tipi di trasduttori di forza che si trovano comunemente in queste piattaforme, come estensimetri, sensori piezoelettrici e celle di carico capacitive. Anche se la tecnologia utilizzata in tutti questi sensori è diversa, tutti misurano la forza osservando i cambiamenti di corrente elettrica quando viene applicata la forza. L'uscita elettrica viene poi tradotta in un valore di Newton tramite la calibrazione della piattaforma. Inoltre, le piattaforme di forza forniscono la posizione del punto di applicazione del vettore di reazione del terreno sulla piastra - il centro di pressione (CoP), conoscendo la misura della forza su ogni trasduttore e la sua distanza dal quadro di riferimento ortogonale della piastra [2].

D'altra parte, fornisce poche informazioni su come la superficie plantare del piede viene caricata rispetto alla superficie di appoggio. È qui che entrano in gioco le soluzioni della piattaforma di pressione.

Cos'è la pressione e come misurarla?

Per definizione la pressione è la quantità fisica di forza applicata su una certa area (Pressione = Forza / Area), cioè la forza per unità di area su una superficie in una direzione perpendicolare a quella superficie. L'unità SI della pressione è Pascal, ma la pressione plantare è comunemente descritta in kilopascal (kPa), Newton per centimetro quadrato (N/cm2) o grammi per centimetro quadrato (g/cm2).

Ci sono diverse tecnologie che possono essere utilizzate per misurare la pressione, come le tecnologie dei sensori resistivi, piezoresistivi, capacitivi e strain gauge. Tutti questi sensori forniscono un segnale elettrico in uscita (tensione o corrente) quando si verifica una deformazione del materiale isolante. Per esempio, un sensore resistivo misura la resistenza della schiuma conduttiva tra due elettrodi, quando è sotto pressione (Figura 2). Pertanto, la pressione può essere derivata conoscendo le proprietà di deformazione del materiale [3]

Figura 2 - Schema di un tipico sensore di forza resistivo [3].

Le piattaforme di pressione sono composte da matrici di questi sensori incorporati in piattaforme rigide. In questo modo, l'intera superficie plantare può essere valutata, ottenendo informazioni sulla distribuzione della pressione plantare. Inoltre, la componente verticale della forza di reazione al suolo può essere ottenuta attraverso la somma di tutti i sensori che sopportano il peso e quindi la posizione del centro di pressione (analogamente alle piattaforme di forza). Di conseguenza, la CoP ottenuta può essere meno accurata, a causa delle dimensioni del sensore e della risoluzione spaziale (numero di sensori), ma permette comunque alle piattaforme di pressione di fornire dati CoP validi e utilizzabili per varie circostanze.

Tuttavia, sia i segnali di pressione che di forza possono essere influenzati da diversi aspetti, come la linearità, l'isteresi, la frequenza di campionamento e il processo di calibrazione [1].

2. Baropodometrico contro Stabilometrico

Come accennato, è possibile ottenere dati diversi dalle due piattaforme, il che ci porta a due termini ampiamente utilizzati per descriverle - baropodometria e stabilometria

La baropodometria è lo studio della pressione che agisce tra la superficie plantare del piede e la superficie d'appoggio, utilizzando una piattaforma di pressione. Questo permette una valutazione oggettiva della distribuzione della pressione plantare, come mostrato nella Figura 3 - Sinistra. Mentre la stabilometria è lo studio oggettivo dell'oscillazione del corpo durante la posizione eretta tranquilla, convenzionalmente per mezzo di piattaforme di forza. Durante una posizione eretta del corpo, è possibile quantificare le piccole correzioni che vengono effettuate per opporsi all'effetto destabilizzante della gravità [4]. Questa stabilizzazione del corpo è visibile nel centro della traiettoria di pressione, come mostrato nella Figura 3 - Destra. D'altra parte, le piattaforme di pressione possono anche dare queste informazioni, ma come detto prima, di solito con meno precisione, il che significa che le piastre di forza sono in grado di rilevare i cambiamenti più piccoli di ondeggiamento.

Figura 3 - (Sinistra) Esempio di mappa di pressione plantare. (Destra) Esempio di grafico Statokinesigramma (traiettoria CoP).

3. Campi di applicazione. Di quale piattaforma ho bisogno?

Le piattaforme di pressione permettono una valutazione oggettiva della distribuzione della pressione plantare, essenziale per il rilevamento e l'identificazione dei fattori che scatenano le lesioni del piede e, di conseguenza, del sistema muscolo-scheletrico. Dai dati di pressione è possibile identificare una distribuzione sproporzionata della pressione e/o valori di pressione di picco anomali. Quindi, permette di capire e quantificare i difetti biomeccanici del piede e verificare l'evoluzione del paziente durante il trattamento o se è necessario modificarlo

Le piattaforme di forza sono più spesso utilizzate per monitorare piccoli cambiamenti di oscillazione, che possono essere utili per valutare il controllo posturale e l'equilibrio in campi specifici che richiedono una sensibilità così elevata. Per esempio, per lo screening degli atleti e per i programmi di allenamento degli arti inferiori e dell'equilibrio per aiutare gli atleti a tornare a giocare, per i centri di ricerca scientifica che richiedono misurazioni di alta precisione e per i professionisti della clinica che vogliono avere una CoP più accurata [5].

Sensing Future ha attualmente sul mercato due tipi di piattaforme, una piastra di pressione e una piastra di forza, con le caratteristiche illustrate nella Figura 4

Per riassumere, se si valorizza di più la distribuzione del carico, i trasferimenti di carico e la distribuzione della pressione, allora la piastra di pressione è probabilmente la scelta giusta. D'altra parte, se state cercando una valutazione dell'equilibrio con un'attrezzatura gold standard e un'alta precisione dei dati CoP è obbligatoria, la piastra di forza è l'opzione giusta.

Figura 4 - Caratteristiche principali della piastra di pressione e della piastra di forza, da Sensing Future Technologies.

Se hai bisogno di aiuto su quale piattaforma è più appropriata per la tua pratica:

- Inviaci un'e-mail: info@sensingfuture.pt

- Chiedi un preventivo: https://www.physiosensing.net/quotation-request

Bibliografia

[1] N. Guldemond, "'Plantar pressure measurement' in Pressione plantare, diabete e amputazione: studi sugli aspetti eziologici, diagnostici e terapeutici", 2007, pp. 27-68.

[2] H. D. Staff, "So what exactly is a force plate?" https://www.hawkindynamics.com/blog/what-is-a-force-plate (accessed Mar. 03, 2021).

[3] A. H. A. Razak, A. Zayegh, R. K. Begg, e Y. Wahab, "Foot Plantar Pressure Measurement System: A Review," Sensors (Basel), vol. 12, no. 7, pp. 9884-9912, Jul. 2012, doi: 10.3390/s120709884.

[4] F. Scoppa, M. Gallamini, G. Belloni, and G. Messina, "Standardizzazione della stabilometria clinica: La posizione dei piedi nella valutazione stabilometrica statica della stabilità posturale", Acta Medica Mediterranea, vol. 33, maggio 2017, doi: 10.19193/0393-6384_2017_4_105k.

[5] "The Science of Force Plates and Pressure Mapping", Freelap USA, 18 dicembre 2015. https://www.freelapusa.com/the-science-of-force-plates-and-pressure-mapping/ (accessed Mar. 03, 2021).

Cláudia Tonelo

Rilevazione delle tecnologie future

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