Plate-forme de force - Force platform
Les plates - formes de force ou plates - formes de force sont des instruments de mesure qui mesurent les forces de réaction au sol générées par un corps debout ou se déplaçant à travers elles, pour quantifier l' équilibre , la démarche et d'autres paramètres de la biomécanique . Les domaines d'application les plus courants sont la médecine et le sport .
Opération
La plate-forme de force la plus simple est une plaque avec un seul socle, instrumentée comme une cellule de charge. De meilleures conceptions ont une paire de plaques rectangulaires, bien que les plaques triangulaires puissent également fonctionner l'une sur l'autre avec des capteurs de force ou des transducteurs de force triaxiaux entre eux dans les coins.
Comme les plates-formes à force unique, les plates-formes à double force peuvent être utilisées pour évaluer les performances dans les tests de double jambe et les asymétries de force et de puissance dans les tests de saut unilatéraux et isométriques. Cependant, ils fournissent également un niveau supplémentaire d'intelligence sur l'état neuromusculaire en évaluant la distribution de la force entre les membres lors de tests à deux membres, révélant des informations critiques sur les asymétries de force et les stratégies compensatoires.
Les plaques de force les plus simples ne mesurent que la composante verticale de la force au centre géométrique de la plate-forme. Des modèles plus avancés mesurent les composantes tridimensionnelles de la force équivalente unique appliquée à la surface et son point d'application, généralement appelé centre de pression (CoP), ainsi que le moment de force vertical . Des plaques de force cylindriques ont également été construites pour étudier la locomotion arboricole , y compris la brachiation .
Les plates - formes de force peuvent être classés comme un seul piédestal ou multi-piédestal et par le transducteur (force et de moment transducteur type): jauge de contrainte , capteurs piézo - électriques , capacité jauge, piézorésistif , etc., chacun avec ses avantages et ses inconvénients. Les modèles à socle unique, parfois appelés cellules de charge, conviennent aux forces appliquées sur une petite surface. Pour les études de mouvements, telles que l'analyse de la marche, des plates-formes de force avec au moins trois socles et généralement quatre sont utilisées pour permettre aux forces de migrer à travers la plaque. Par exemple, pendant la marche, les forces de réaction au sol commencent au talon et finissent près du gros orteil.
Les plates-formes de force doivent être distinguées des systèmes de mesure de pression qui, bien qu'ils quantifient eux aussi le centre de pression, ne mesurent pas directement le vecteur de force appliqué. Les plaques de mesure de pression sont utiles pour quantifier les modèles de pression sous un pied au fil du temps, mais ne peuvent pas quantifier les composantes horizontales ou de cisaillement des forces appliquées.
Les mesures d'une plate-forme de force peuvent être étudiées isolément ou combinées avec d'autres données, telles que la cinématique des membres pour comprendre les principes de la locomotion. Si un organisme fait un saut debout à partir d'une plaque de force, les données de la plaque seules sont suffisantes pour calculer l' accélération , le travail , la puissance de sortie, l'angle de saut et la distance de saut en utilisant la physique de base. Des mesures vidéo simultanées des angles des articulations des jambes et de la sortie de la plaque de force peuvent permettre la détermination du couple, du travail et de la puissance à chaque articulation à l'aide d'une méthode appelée dynamique inverse .
Développements récents de la technologie
Les progrès technologiques ont permis aux plates-formes de force de jouer un nouveau rôle dans le domaine de la cinétique. Le coût des plaques de force traditionnelles de qualité laboratoire (généralement par milliers) les a rendues très peu pratiques pour le clinicien de tous les jours. Cependant, Nintendo a introduit la Wii Balance Board (WBB) (Nintendo, Kyoto, Japon) en 2007 et a changé la structure de ce que peut être une plate-forme de force. En 2010, il a été constaté que le WBB est un instrument valide et fiable pour mesurer la distribution du poids, lorsqu'il est directement comparé à la plaque de force de laboratoire « standard-or », tout en coûtant moins de 100 $. Plus encore, cela a été vérifié dans des populations saines et cliniques. Ceci est possible grâce aux quatre capteurs de force trouvés dans les coins du WBB. Ces études sont menées à l'aide d'un logiciel personnalisé, tel que LabVIEW (National Instruments, Austin, TX, États-Unis) qui peut être intégré à la carte pour pouvoir mesurer la quantité de balancement du corps ou la longueur du chemin CoP pendant les essais de temps. L'autre avantage d'avoir un système de posturographie , tel que le WBB, est qu'il est portable, ce qui permet aux cliniciens du monde entier de mesurer quantitativement le balancement du corps, au lieu de se fier aux évaluations subjectives de l'équilibre clinique actuellement utilisées.
Selon Digital Trends, la Wii de Nintendo et le produit successeur de la WiiU ont tous deux été abandonnés en mars 2016. Cela illustre l'un des problèmes découlant de l'adoption de produits de consommation courants peu coûteux réutilisés pour les mesures médicales. D'autres problèmes liés à une telle adoption proviennent des organismes de réglementation et de normalisation du monde entier. Les plates-formes de force utilisées pour mesurer l'équilibre et les performances de mobilité d'un patient sont classées par la FDA des États-Unis (Food and Drug Administration des États-Unis) en tant que dispositifs médicaux de classe I. En tant que tels, ils doivent être fabriqués selon certaines normes de qualité établies par les principes de gestion de la qualité ISO (Organisation internationale de normalisation) ISO 9001 ou les systèmes de gestion de la qualité des dispositifs médicaux ISO 13485. La MDD (Medical Device Directive) de l'Union européenne classe également les plates-formes de force utilisées pour les mesures médicales comme des dispositifs médicaux de classe I et nécessite une certification médicale CE pour l'importation et l'utilisation dans l'Union européenne pour de telles applications médicales. Une norme récente notable, la méthode de test standard ASTM F3109-16 pour la vérification des plates-formes de mesure de force multi-axes, présente un cadre permettant aux fabricants et aux utilisateurs de vérifier les performances des plates-formes de force sur l'étendue de leur surface de travail. De telles normes sont utilisées par les fabricants de plates-formes de force de qualité médicale pour garantir que les mesures effectuées sur une population de patients sont précises, reproductibles et fiables. En bref, les composants de divertissement de qualité grand public peu coûteux peuvent être un mauvais choix pour les mesures médicales étant donné le manque de continuité de ces produits et leur inadéquation juridique, réglementaire et peut-être de qualité pour de telles applications.
Utilisation dans le sport
Les plaques de force sont couramment utilisées dans le sport pour accéder aux capacités de production de force, à la force et au déséquilibre d'un athlète [1] . Un praticien peut utiliser une plate-forme de force pour évaluer les besoins d'entraînement, la préparation à l'entraînement et également pendant le processus de retour au jeu.
Les évaluations typiques de la plaque de force dans le sport comprennent le saut en contre- mouvement (CMJ), le saut en squat (SJ), le saut en chute (DJ), le saut en rebond contre-mouvement et la traction isométrique à mi-cuisse (IMTP).
Les praticiens ont souvent du mal à comprendre quelles mesures suivre lorsqu'ils utilisent des plaques de force. Un biomécanicien de premier plan de l' Université de Chichester a créé un système permettant de sélectionner facilement les métriques de la plaque de force. Ce système est appelé « système ODSF » par le Dr Jason Lake.
Histoire
Chronologie
•1976• Advanced Mechanical Technology, Inc. (AMTI) a construit la première plaque de force à jauge de contrainte disponible dans le commerce pour l'analyse de la marche au laboratoire de biomécanique du Boston Children's Hospital.
•2017• Hawkin Dynamics a créé la première plate-forme de force sans fil et application mobile.