10 Março, 2021

Qual é a diferença entre plataformas de força e plataformas de pressão?

  1. A ciência por detrás

Ambas as plataformas medem diferentes características biomecânicas. No entanto, é fácil confundir pressão com força e vice-versa:

  • A plataforma de pressão mede a distribuição de pressão plantar, obtendo o mapa de pressão plantar, semelhante a um mapa de calor do pé.
  • A plataforma de força mede a magnitude e a direção da força resultante, independente da área de contato, obtendo o vetor resultante da força de reação do solo.

 

O que é força e como medi-la?

De acordo com a 2ª lei de Newton, a força resultante é igual ao produto da massa corporal pela aceleração (Força = massa . aceleração), em que a força resultante é a soma vetorial de todas as forças atuantes.

Ao usar uma plataforma de força, esta mede a força de reação exercida pelo corpo na superfície de apoio (geralmente a sola do pé). Essa força também é conhecida como força de reação do solo, que corresponde à soma de todas as forças atuantes na superfície plantar (Figura 1). Representa, portanto, todas as forças musculares e gravitacionais que atuam num determinado período de tempo [1].

 

Figura 1 – Força de reação do solo [1].

 

As plataformas de força geralmente consistem num conjunto de transdutores de força localizados sob os cantos de uma placa sólida ou em forma de triângulo. Há vários tipos de transdutores de força frequentemente encontrados nessas plataformas, tais como células de carga com extensómetro, sensores piezoelétricos e capacitivos. Embora a tecnologia usada nestes exemplos seja diferente, todos medem a força analisando as alterações na corrente elétrica à medida que a força é aplicada. O sinal elétrico de saída é então convertido num valor de Newtons (N) através da calibração da plataforma. Adicionalmente, as plataformas de força fornecem a localização do ponto de aplicação do vetor de reação do solo na placa – o centro de pressão (CoP), ao conhecer a medição de força em cada transdutor e sua distância ao referencial ortogonal da placa [2].

Por outro lado, estas plataformas fornecem poucas informações sobre como a superfície plantar do pé é caracterizada em relação à superfície de apoio. É aí que entram as soluções como as plataformas de pressão.

 

O que é pressão e como medi-la?

Por definição, pressão é a quantidade de força aplicada sobre uma determinada área (  ), ou seja, a força por unidade de área sobre uma superfície e numa direção perpendicular a essa superfície. A unidade SI para a pressão é o Pascal (Pa). A pressão plantar é frequentemente descrita em quilopascal (kPa), Newton por centímetro quadrado (N/cm2) ou gramas por centímetro quadrado (g/cm2).

Existem diversas tecnologias para medir a pressão, tais como sensores resistivos, piezoresistivos, capacitivos e extensómetros. Todos estes sensores fornecem uma saída de sinal elétrico (tensão ou corrente) quando ocorre uma deformação do seu material. Por exemplo, quando é aplicada pressão sobre um sensor resistivo, este mede a resistência da espuma condutora entre os dois elétrodos (Figura 2). Por conseguinte, a pressão pode ser calculada ao saber as propriedades de deformação do material utilizado [3].

 

Figura 2 – Diagrama de um sensor de forças resistivo [3].

 

As plataformas de pressão são compostas por matrizes destes sensores embutidos em plataformas rígidas. Desta forma, toda a superfície plantar pode ser avaliada, obtendo-se informações sobre a distribuição da pressão plantar. Além disso, a componente vertical da força de reação do solo pode ser obtida através da soma de todos os sensores que suportam o peso. Com isto, a posição do centro de pressão pode também ser obtida, tal como nas plataformas de força. O CoP obtido pode ser menos preciso devido ao tamanho e ao número de sensores (resolução espacial). Ainda assim, as plataformas de pressão forneçam dados de CoP perfeitamente válidos e utilizáveis ​​para múltiplas circunstâncias.

No entanto, tanto os sinais de pressão como os de força podem ser influenciados por diversos aspetos, tais como linearidade, histerese, frequência de amostragem e processo de calibração [1].

 

  1. Plataformas Baropodométricas vs. Estabilométricas

Conforme mencionado, é possível obter dados diferentes das duas plataformas, o que nos leva a dois termos amplamente utilizados para descrevê-los – baropodometria e estabilometria. A baropodometria é o estudo da pressão que atua entre a superfície plantar do pé e a superfície de apoio, utilizando uma plataforma de pressão. O que permite uma avaliação objetiva da distribuição de pressão plantar, conforme mostrado na Figura 3 – Esquerda. Já a estabilometria é o estudo objetivo da oscilação corporal durante uma postura quieta, geralmente usando plataformas de força. Com uma postura corporal ereta, é possível quantificar as pequenas correções que são realizadas para se opor ao efeito desestabilizador da gravidade [4]. Essa estabilização do corpo é visível na trajetória do centro de pressão, conforme mostrado na Figura 3 – Direita. As plataformas de pressão também podem fornecer essas informações, mas como dito antes, geralmente com menos precisão, o que significa que as plataformas de força são capazes de detetar mudanças de oscilação menores.

 

Figura 3 – (Esquerda) Exemplo de mapa de pressão plantar. (Direita) Exemplo de estatocinesigrama (trajetória do CoP).

 

 

  1. Aplicações práticas: de qual plataforma preciso?

As plataformas de pressão permitem uma avaliação objetiva da distribuição da pressão plantar, essencial para a deteção e identificação dos fatores que desencadeiam as lesões nos pés e, consequentemente, no sistema musculoesquelético. A partir dos dados de pressão, é possível identificar uma distribuição de pressão desproporcional e/ou valores de pressão de pico anormais. Assim, permitem compreender e quantificar os defeitos biomecânicos do pé e verificar a evolução do paciente durante o tratamento ou se é necessário modificá-lo.

As plataformas de força são frequentemente usadas para monitorizar pequenas alterações de oscilação, o que pode ser útil para avaliar o controlo postural e o equilíbrio em situações específicas que requeiram essa alta sensibilidade. Por exemplo, para a avaliação de atletas e programas de treino de membros inferiores e equilíbrio para ajuda-los a voltar a jogar, centros de investigação que requerem medições de alta precisão e profissionais de saúde que desejam medir um CoP mais preciso [5].

A Sensing Future tem atualmente no mercado os dois tipos de plataformas, uma plataforma de pressão e uma plataforma de força, com as características ilustradas na Figura 4.

Resumindo:

  • Se valoriza mais a distribuição de carga, transferências de carga e distribuição de pressão, então a plataforma de pressão é provavelmente a escolha certa.
  • Se está à procura de uma avaliação de equilíbrio com padrão de excelência e a alta precisão dos dados do CoP é obrigatória, a plataforma de força é a opção certa para si.

 

Figura 4 – Principais características da plataforma de pressão e de força da Sensing Future Technologies.

 

Se precisar de ajuda sobre a plataforma mais adequada para a sua prática, envie-nos um email: info@sensingfuture.pt ou peça um orçamento!

 

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Bibliografia

[1]        N. Guldemond, “‘Plantar pressure measurement’ in Plantar pressure, diabetes and amputation: studies on etiological, diagnostic and therapeutical aspects,” 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, and 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, “Clinical stabilometry standardization: Feet position in the static stabilometric assessment of postural stability,” Acta Medica Mediterranea, vol. 33, May 2017, doi: 10.19193/0393-6384_2017_4_105k.

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

 

Cláudia Tonelo

Sensing Future Technologies