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Methodenartikel

Ultraschallgewebecharakterisierung der menschlichen Achillessehne durch Stabilitätsquantifizierung von Echomustern

1K Ansichten

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DOI:

10.3791/68543

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5. September 2025

 ,  ,  ,  , 
1Division of Physical Medicine and Rehabilitation, Department of Surgical Sciences, University of Turin, 2Polito (BIO) Med Lab, Biolab, Department of Electronics and Telecommunications, Politecnico di Torino

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Ultraschall ist der im klinischen Umfeld am häufigsten angewandte Ansatz zur Beurteilung der Größe und Struktur der Achillessehne. Um die Beurteilung der Achillessehne umfassender zu gestalten, wurde kürzlich der Ansatz der Ultraschallgewebecharakterisierung (UTC) vorgeschlagen und in klinischen Studien validiert.

Zusammenfassung

Die Beurteilung der Sehnengröße und -struktur ist häufig Teil des klinischen Managements von gesunden Sportlern und verschiedenen Arten von Patienten, um ihr Training oder ihre Rehabilitation zu personalisieren. Die hier beschriebene quantitative Analyse der Achillessehnenstruktur kann mit einem kürzlich eingeführten System durchgeführt werden, das nicht-invasiv, relativ kostengünstig, tragbar und strahlungsfrei ist und die schnelle Erfassung genauer und reproduzierbarer Daten ermöglicht. Es verwendet eine Standard-Ultraschallsonde, die automatisch von einem Tracker in präzisen Schritten von 0,2 mm über den interessierenden Bereich verschoben wird, um aufeinanderfolgende zweidimensionale Ultraschallbilder zu sammeln, die dann zu einem dreidimensionalen Datenblock zusammengestellt werden. Das Messverfahren ist einfach: Ein Proband kann in 10-15 Minuten getestet werden, und es wird automatisch ein umfassender Bericht erstellt. Die Quantifizierung von vier verschiedenen Echotypen ermöglicht die Beurteilung der Gewebeintegrität: Diese Quantifizierung kann für die diagnostische und prognostische Beurteilung von Patienten mit Achillessehnen-Tendinopathie nützlich sein.

Einleitung

Die Achillessehne ist eine häufige Stelle der Tendinopathie, die Schmerzen, körperliche Beeinträchtigungen und Behinderungen verursacht 1,2. Die Achillessehnen-Tendinopathie ist eine häufige Erkrankung, die durch Überbeanspruchung entsteht, insbesondere bei Sportlern, aber auch bei sitzenden Menschen und Patienten mit rheumatologischen und endokrinen Erkrankungen weit verbreitetist 3. Es können zwei verschiedene Formen der Achillessehnen-Tendinopathie diagnostiziert werden: die Tendinopathie im mittleren Teil, die die Sehne 2-7 cm oberhalb des Fersenbeinansatzes betrifft, und die Insertionstendinopathie, die die distalen 2 cm der Sehne proximal des Fersenbeins betrifft4. Die Achillessehnen-Tendinopathie im mittleren Teil wird häufiger beobachtet als die insertionelle Tendinopathie 5,6, die in der Regel bei rheumatologischen7 und endokrinen8 Patienten sowie bei Patienten mit Haglund-Deformität9 auftritt.

Unter den diagnostischen Tests zur Beurteilung der Achillessehne ist Ultraschall derzeit der am häufigsten angewandte Ansatz, aber seine Verwendung in der klinischen Praxis beschränkt sich in der Regel auf die quantitative Messung der Sehnengröße (d. h. der Dicke und der Querschnittsfläche) und die qualitative Beurteilung der Sehnenstruktur10,11. Darüber hinaus wirft Ultraschall Probleme auf, wie z. B. die Variabilität zwischen und innerhalb des Bedieners und die mangelnde Standardisierung der Erfassungsprotokolle12. Daher ergeben sich viele Herausforderungen, wenn versucht wird, Daten zu vergleichen oder zu analysieren, die mit verschiedenen Geräten und mit unterschiedlichen Erfassungsprotokollen erfasst wurden.

Die Ultraschall-Gewebecharakterisierung (UTC) ist eine neue Technik, die vorgeschlagen wurde, um die strukturelle Integrität der Sehne zu quantifizieren und einige Einschränkungen des konventionellen Ultraschallansatzes zu überwinden13. Diese Methode ermöglicht die Quantifizierung der ultrastrukturellen Anordnung der Achillessehne durch Analyse der dreidimensionalen Stabilität von Echomustern (Intensität und Verteilung) in zusammenhängenden transversalen Ultraschallbildern13. UTC bietet eine quantitative Bewertung der Sehnenintegrität, ausgedrückt in vier verschiedenen Echotypen. Echo Typ I reflektiert intakte und ausgerichtete Sehnenbündel; Echo Typ II entspricht leicht gestörten und wellenförmigen Sehnenbündeln; Echo Typ III resultiert hauptsächlich aus fibrillärem Gewebe; und Echo Typ IV stellt Bereiche dar, die hauptsächlich aus amorpher Matrix bestehen, mit einem deutlichen Verlust an Fibrillen, zellulären Elementen oder Flüssigkeitsakkumulation13,14.

Neuere Studien haben gezeigt, dass UTC eine gute bis ausgezeichnete Reproduzierbarkeitaufweist 15,16,17,18 und zur Überwachung von Achillessehnenveränderungen bei Spitzensportlern nach Einzeltrainings 19 und chronischer Trainingsbelastung20, bei gesunden21 und tendinopathischen22 Probanden nach Stoßwellentherapie und bei Patienten mit Tendinopathie im mittleren Teilverwendet werden kann 23,24. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass UTC eine leichte Gewebedesorganisation erkennt und quantifiziert, während herkömmlicher Ultraschall diese Veränderungen nicht erkennt. Tatsächlich zeigten Docking et al.25 bei Patienten mit unilateraler Achillessehnen-Tendinopathie (Mittelteil oder Ansatz), dass beide Sehnen strukturell beeinträchtigt waren, was die Evidenz für den bilateralen Charakter der Tendinopathie unterstützt. Wir haben kürzlich auch bei Patienten mit Psoriasis-Arthritis mit insertioneller Tendinopathie festgestellt, dass die UTC-Analyse in der Lage war, bilaterale strukturelle Sehnenveränderungen auch bei einseitigen Symptomen zu erkennen26. Eine kürzlich durchgeführte systematische Übersichtsarbeit27 kam zu dem Schluss, dass UTC auch bei Patienten mit Achillessehnen-Tendinopathie prognostische Informationen liefern kann: Die Abnahme der Echo-Typ-I- und -II-Prozentsätze kann dem Auftreten klinischer Symptome vorausgehen und diese vorhersagen. Der Zweck des folgenden Protokolls ist es, das Verfahren zur Beurteilung der Achillessehne durch den UTC-Ansatz zu beschreiben.

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Protokoll

Das Protokoll folgt den Richtlinien für Forschungsintegrität des Polytechnikums Turin28. Die Aufnahme von Ultraschallbildern erfolgte im Rahmen einer Forschungsstudie, die von der lokalen Ethikkommission ("Comitato Etico Interaziendale": Protokoll Nr. 0001612.30.12.2021) genehmigt wurde, und die untersuchten Probanden gaben ihre schriftliche Zustimmung (zur Teilnahme an der Studie und zur Veröffentlichung anonymisierter Bilder).

1. Vorbereitung des Systems

HINWEIS: Das System besteht aus vier Komponenten (siehe Materialtabelle): Smart System mit der Ultraschallscanner-Software; Analysesoftware; Mehrfrequenz-Linear-Array-Wandler (5-16 MHz) mit 192 Elementen, der eine Abbildungsbreite von 4 cm abdeckt, mit einer nominalen Zentralfrequenz von 11 MHz; Tracker: Rahmen (vormontiert) und Abstandshalter (vormontiert).

  1. Vorbereitung des Schallkopfs
    HINWEIS: Der Geber muss in Querlage am Tracker montiert werden, bei dem Rahmen und Abstandshalter montiert sind (Ergänzende Abbildung S1A).
    1. Lösen Sie den Abstandshalter vom Tracker, indem Sie die beiden Metallschrauben unter dem Tracker lösen und dann die obere Oberfläche des Abstandshalters mit einer dicken Schicht Akustikgel abdecken. Setzen Sie die beiden Komponenten wieder zusammen.
    2. Lösen Sie die beiden schwarzen Schrauben des Schallkopfbandes und die Feststellschraube an der Basis des Schallkopfhalters. Setzen Sie den Wandler in die Halterung des Wandlers ein und ziehen Sie die Feststellschraube fest. Senken Sie das Band vollständig auf den Hals des Schallkopfes ab und ziehen Sie die beiden Schrauben fest.
    3. Entfernen Sie die beiden schwarzen Schrauben, mit denen der Schallkopfhalter befestigt ist, und stellen Sie die Höhe des Schallkopfhalters so ein, dass er (ein halber Millimeter bis ein Millimeter) frei vom Rahmen und dem Abstandshalter läuft und mit dem Akustikgel in Kontakt kommt.
    4. Verbinden Sie sowohl den Tracker (mit dem USB-Kabel) als auch den Geber mit dem Smart System. Schließen Sie das Netzteil des Smart Systems an.
  2. Einschalten des Systems
    1. Schalten Sie das Smart System ein, indem Sie die Ein-/Aus-Taste am oberen linken Rand des Geräts drücken, bis das blaue Licht im Knopf sichtbar ist.
      HINWEIS: Es sind einige Pieptöne zu hören.
    2. Doppelklicken Sie auf dem Desktop auf das Symbol figure-protocol-1 für die Ultraschallsoftware und minimieren Sie dann den Ultraschallbildschirm in der Symbolleiste des Smart Systems.
    3. Schalten Sie den Tracker ein, indem Sie die EIN/AUS-Taste drücken.
      HINWEIS: Ein doppelter Piepton ist zu hören, der die Verbindung des Smart Systems mit dem Tracker bestätigt: Das System ist jetzt bereit für die Datenerfassung.

2. Vorbereitung des Themas

  1. Bitten Sie den Probanden, sich in eine bequeme Bauchlage zu legen, wobei der nackte Fuß entspannt über das Ende des Tisches baumelt.
  2. Bedecken Sie die Haut des distalen Teils des hinteren Beins mit Akustikgel und bilden Sie eine dicke Schicht, um einen optimalen Kontakt zwischen der Haut und dem Schallkopf zu gewährleisten.
  3. Dorsalflexieren Sie den Knöchel des Probanden passiv (bis zur maximalen Dorsalflexion), indem Sie das Knie gegen die Mittelfußköpfe des Probanden drücken (Ergänzende Abbildung S1B).

3. Bilderfassung

  1. Doppelklicken Sie auf dem Smart System auf das Symbol figure-protocol-2der Analysesoftware . Klicken Sie auf die rote Schaltfläche figure-protocol-3 (Erfassung) in der oberen Symbolleiste. Klicken Sie in der Meldung Tracker-Initialisierung OK auf OK.
  2. Wenn das Fenster zur Erfassungssteuerung angezeigt wird, klicken Sie auf START US , um das Ultraschallbild der Ultraschallsoftware anzuzeigen.
    HINWEIS: Verwenden Sie die folgenden voreingestellten Aufnahmeeinstellungen: eine Eindringtiefe von 30 mm, 4 Fokuspunkte und den zentralen Strahlfokus auf 20 mm. Halten Sie die lateralen und axialen Pixelgrößen gleich 0,0925926 mm. Stellen Sie während der Erfassung die Schrittweite (d. h. den Abstand zwischen einer Schicht und der nächsten) auf 0,2 mm ein.
  3. Klicken Sie im Fenster zur Steuerung der Erfassung auf ERFASSUNG . Wenn die Meldung Drücken Sie die Start-Taste am Tracker, um die Erfassung zu starten , angezeigt wird, klicken Sie auf OK.
  4. Platzieren Sie den Tracker im Fersenbeinbereich senkrecht zur Längsachse der Achillessehne.
    HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass der Fersenbein auf dem Bildschirm des Ultraschallgeräts als knöcherner Orientierungspunkt als Referenzpunkt betrachtet wird.
  5. Drücken Sie die START-Taste am Tracker, um die Aufnahme zu starten. Verfolgen Sie den gesamten Scanvorgang über den Bildschirm des Ultraschallgeräts auf dem Smart System.
    HINWEIS: Der Schallkopf beginnt sich automatisch entlang des Trackers über die Länge der Sehne von distal nach proximal zu bewegen. Sobald die proximale Position erreicht ist, kehrt der Schallkopf nach einigen Sekunden Stillstand in die distale Position zurück und nimmt transversale Graustufenbilder der Sehne auf (ein Bild alle 0,2 mm über 12 cm, also insgesamt 600 Bilder in etwa 45 Sekunden).
  6. Klicken Sie am Ende des Datenerfassungszyklus im Fenster zur Erfassungssteuerung auf OK und dann auf BEENDEN.
  7. Klicken Sie auf den Querschnitt (oben links) des Bildschirms im Menü der Analysesoftware, um den Bildschirm zu aktualisieren und die aufgenommenen Bilder anzuzeigen. Speichern Sie die Bilder im entsprechenden Ordner, indem Sie die Zeile SAVE SCAN aus dem Dropdown-Menü FILE verwenden.

4. Bildanalyse

HINWEIS: Starten Sie entweder die Analyse der aufgenommenen Bilder oder öffnen Sie zuvor gespeicherte Bilder, indem Sie im Dropdown-Menü auf OPEN SCAN klicken. Das Öffnen der Datei dauert einige Sekunden und die Bilder werden in allen vier Ansichten geöffnet, die für eine dreidimensionale tomographische Visualisierung durchgescrollt werden können (Ergänzende Abbildung S2).

  1. Konturierung
    1. Klicken Sie in der Analysesoftware auf die figure-protocol-4 Schaltfläche in der oberen Symbolleiste, um vom qualitativen zum quantitativen Parametersatz zu wechseln.
    2. Klicken Sie auf die figure-protocol-5 Schaltfläche in der oberen Symbolleiste, um die Analyseparameter einzustellen: Das Fenster öffnet sich.
    3. Markieren Sie CUSTOMIZED 1 und setzen Sie das Beispielfenster auf 25, speichern Sie mit einem Klick auf die Schaltfläche SAVE ALL SETTINGS .
      HINWEIS: Das Beispielfenster 25 ist ideal zum Zeichnen von Konturen.
    4. Schließen Sie das Fenster und starten Sie die Analyse, indem Sie auf die figure-protocol-6 Schaltfläche in der oberen Symbolleiste klicken.
    5. Drücken Sie figure-protocol-7 auf die obere Symbolleiste, um den Modus zum Zeichnen/Bearbeiten der Kontur auszuwählen, und wählen Sie KONTUR aus dem Fenster aus (Ergänzende Figur S3 und Ergänzende Figur S4). Ausgehend von der Kante des Fersenbeins (durch Durchrutschen von Scans in der Sagittalebene) bewegen Sie den Cursor und klicken Sie in regelmäßigen Abständen, um eine Kontur um die Sehne im Querschnitt zu zeichnen.
    6. Zeichnen Sie alle 25 Bilder eine Kontur, bewegen Sie sich im sagittalen Bereich zur nächsten Position und wechseln Sie vom Analyse- in den Ultraschallmodus.
    7. Wenn alle Konturen über den gewünschten Bereich gelegt wurden, drücken Sie die figure-protocol-8 Taste erneut, um das Fenster zu schließen.
    8. Speichern Sie Konturlinien, indem Sie im Dropdown-Menü DATEI auf die Linie SAVE CONTOUR klicken.
  2. Statistik
    1. Starten Sie in der Analysesoftware eine neue Analyse, indem Sie auf die figure-protocol-9 Schaltfläche in der oberen Symbolleiste klicken.
      HINWEIS: figure-protocol-10 Die Schaltfläche entspricht dem Probenfenster, das sich ideal für die allgemeine Analyse eignet.
    2. Klicken Sie auf die figure-protocol-11 Schaltfläche in der oberen Symbolleiste, um das Diagramm mit den statistischen Daten anzuzeigen: Es öffnet sich ein Fenster. Klicken Sie auf KONTUR, um das Statistikdiagramm (Ergänzende Abbildung S5) aller gezeichneten und interpolierten Konturlinien anzuzeigen.

5. Berichterstattung

HINWEIS: Das Programm ist mit einer Berichtsfunktion ausgestattet. Um Daten für die Berichterstattung aufzubereiten, müssen einige Schritte unternommen werden.

  1. Wählen Sie in der Analysesoftware die entsprechenden Positionen im sagittalen Querschnitt aus und klicken Sie auf die Schaltfläche STAR in der oberen Symbolleiste, um die Positionen für die Referenzbilder auszuwählen.
  2. Klicken Sie auf die figure-protocol-12 Schaltfläche in der oberen Symbolleiste, um Bilder und statistische Daten in einen PDF-Editor zu importieren. Bearbeiten Sie den Bericht, indem Sie in den entsprechenden Abschnitten Patienteninformationen, das Auswertungsdatum, den Bediener, ausgewählte Referenzbilder und die Interpretation der Ergebnisse eingeben (Ergänzende Datei 1).

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Ergebnisse

Abbildung 1 zeigt repräsentative Bilder einer normalen Achillessehne. Die qualitative Beurteilung der Sehnenstruktur (sowohl in longitudinalen als auch in transversalen Scans) zeigte eine homogene Echogenität und die quantitative Beurteilung der Sehnengröße (das Ziel für die Dickenmessung wurde an Position #2 genommen, die der dicksten Stelle der Sehne in der Queransicht entsprach) dokumentierte eine normale Dicke (4 mm).

Die UTC-...

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Diskussion

Das in diesem Artikel vorgestellte Verfahren kann verwendet werden, um die Größe und Struktur der Achillessehne durch eine kommerziell erhältliche Lösung zu bewerten, die zuvor entwickelt wurde13,14 und sowohl bei gesunden als auch bei pathologischen Sehnen validiert wurde 14,15,16,17,18

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Offenlegungen

Die Autoren erklären, dass keine potenziellen Interessenkonflikte bestehen.

Danksagungen

Die Autoren danken Hans van Schie für seine kritische Auseinandersetzung mit der endgültigen Fassung des Manuskripts. Diese Studie wurde von der Universität Turin (Fondo per la Ricerca Locale - ex-60%) unterstützt und im Rahmen des Projekts "QuAntitative Imaging of VAScular dysregulation as a funCtional basis for aUtoimmune disordErs and tumorS (AI-VASCUES)" durchgeführt, das von der Europäischen Union - Next Generation EU im Rahmen des Programms PRIN 2022 (D.D. 104 - 02.02.2022, Ministero dell'Università e della Ricerca) finanziert wurde. Dieses Manuskript gibt nur die Ansichten und Meinungen der Verfasser wieder, und das Ministerium kann nicht dafür verantwortlich gemacht werden.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
5 – 16 MHz Linear-Array-Probe Terason16L5"Transducer" im Manuskript
uSmart 3200T UltraschallscannerTerasonTerason TAB3"Smart System" im Manuskript
UTC-SoftwareUTC-BildgebungVersion 1.0.0"Analysesoftware" im Manuskript
UTC TrackerUTC-Bildgebung"Tracker" im Manuskript

Referenzen

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Schlagwörter

Struktur der AchillessehneQuantifizierung des EchomustersBeurteilung der Sehnenintegrit tquantitative UltraschallbildgebungEchogenit t der SehneAchillessehnenpathologiedreidimensionaler UltraschallAnalyse des Echotypsberwachung der Sehnenrehabilitation
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