Fiabilité d’un protocole d’élastographie basé sur les vibrations pour évaluer la raideur du tendon d’Achille sur plusieurs angles articulaires chez les athlètes d’élite

Summary

Ce protocole décrit une méthode standardisée et portable basée sur les ultrasons pour quantifier le spectre de raideur fonctionnelle du tendon d’Achille à travers plusieurs angles de l’articulation de la cheville chez des athlètes d’élite, permettant une évaluation fiable et reproductible du comportement mécanique du tendon sous différentes conditions de charge.

Abstract

Le comportement mécanique du tendon d’Achille joue un rôle crucial dans la performance sportive et le risque de blessures ; Cependant, l’évaluation in vivo de la raideur tendineuse reste un défi. Les approches conventionnelles combinant échographie et dynamométrie sont coûteuses, en laboratoire et généralement limitées à des positions articulaires uniques, tandis que les techniques existantes basées sur l’élastographie sont souvent contraintes par des hypothèses méthodologiques ou une pertinence fonctionnelle limitée.

Le but de cette étude était de présenter et de valider un protocole standardisé et portable pour quantifier le spectre fonctionnel de raideur du tendon d’Achille sur plusieurs angles fixes de l’articulation de la cheville. Ce paradigme fait passer l’évaluation d’une seule valeur de rigidité statique à un profil mécanique continu, capturant la réponse non linéaire du tendon à la charge. À l’aide d’un système de fusion force-ultrason, des vibrations de basse fréquence induites mécaniquement ont été appliquées au tendon tandis que le suivi du mouvement par ultrasons a été utilisé pour estimer le module élastique de cisaillement du tissu tendineux superficiel. Les mesures ont été effectuées bilatéralement chez des athlètes masculins d’élite à des positions prédéfinies de l’articulation de la cheville, allant des états détendu et plantaire à des positions neutres et dorsiflexées.

Le protocole a démontré une bonne répétabilité intra-essai et une excellente reproductibilité intra-séance sur tous les angles articulaires, les coefficients de variation restant dans des limites acceptables pour l’élastographie des tissus mous et les coefficients de corrélation intraclasse indiquant une grande fiabilité. La raideur du tendon d’Achille augmentait de manière non linéaire avec la dorsiflexion progressive, indiquant un comportement mécanique dépendant de l’angle. Aucun effet principal significatif de dominance latérale n’a été observé sur toute la plage fonctionnelle, tandis que des différences spécifiques au sport sont apparues à certains angles articulaires.

Ce protocole offre une approche pratique et reproductible pour caractériser le comportement mécanique du tendon d’Achille dans des conditions de charge fonctionnellement pertinentes. Sa portabilité et son flux de travail standardisé le rendent adapté aux applications en laboratoire, clinique et sur le terrain, offrant un outil précieux pour le suivi des athlètes, l’évaluation des risques de blessure et l’évaluation longitudinale de l’adaptation des tendons.

Introduction

Le tendon d’Achille joue un rôle crucial dans les mouvements humains performants en transmettant les forces musculaires et en stockant et libérant l’énergie élastique lors des actions du cycle étirement–raccourcissement (^{SSC) 1}. Sa rigidité mécanique est un déterminant clé de l’efficacité du mouvement, influençant la transmission de la force, la réutilisation de l’énergie élastique et la production mécanique globale lors des tâches locomotrices et^{explosives 2}. Dans les athlètes d’élite — en particulier ceux pratiquant le sprint, le saut et d’autres sports dominés par le SSC — une plus grande raideur du tendon d’Achille a été systématiquement associée à une vitesse de sprint supérieure, à une accélération, à une économie de course, à une performance de saut et à un taux de développement de force^{supérieurs 3}. L’exposition à long terme à l’entraînement et la charge mécanique à court terme ont montré qu’elles induisent des altérations mesurables de la raideur des tendons, reflétant la capacité adaptative du tissu^{tendineux 4,5}. Inversement, des pathologies telles que la tendinopathie d’Achille se caractérisent souvent par une raideur altérée, ce qui peut altrécir la transmission de la force malgré la préservation de la force^{musculaire 6}. L’impact de la tendinopathie est important ; Dans les sports d’élite, cela entraîne une perte de temps importante, une performance réduite et potentiellement des carrières raccourcies, tandis que dans les populations récréatives actives, il représente un problème très répandu et récalcitrant qui diminue la qualité de vie et engendre des coûts de santé considérables. Une évaluation précise et fiable de la raideur du tendon d’Achille est donc essentielle pour la surveillance des performances, la gestion de la charge et l’évaluation liée aux blessures dans les populations sportives.

Actuellement, la combinaison de l’échographie et de la dynamométrie est largement considérée comme une approche de référence pour l’évaluation in vivo de la raideur ^{tendineuse 7,8,9}. Bien que cette méthode offre des informations précieuses sur les propriétés mécaniques des tendons dans des conditions très contrôlées, plusieurs limitations pratiques restreignent son application^{plus large 10}. L’installation est chronophage, dépend fortement de l’expertise de l’opérateur, et se limite généralement aux environnements de laboratoire. De plus, cela représente une barrière financière importante, nécessitant souvent un investissement important en capital pour le dynamomètre isocinétique et les machines à ultrasons haut de gamme. De plus, les estimations de rigidité sont couramment obtenues sous des conditions de charge isolées ou quasi-statiques sur une seule configuration articulaire, ce qui limite leur applicabilité à la surveillance de routine des athlètes, à l’évaluation sur le terrain et à l’évaluation longitudinale sur les cycles d’entraînement. Ces contraintes soulignent la nécessité d’approches alternatives de mesure, à la fois méthodologiquement robustes et réalisables dans des contextes sportifs appliqués.

Les techniques d’élastographie basées sur l’échographie se sont révélées des outils précieux pour l’évaluation in vivo des propriétés mécaniques des tendons. Parmi celles-cis, l’élastographie par ondes de cisaillement (SUA) a été largement appliquée aux tissus musculosquelettiques ; Cependant, son utilisation a mis en lumière d’importants défis^{méthodologiques 11}. Des études antérieures ont démontré que les mesures de rigidité dérivées de l’élastographie sont très sensibles à l’angle articulaire, à l’orientation de la sonde, à la pré-compression tissulaire, à la sélection de la région d’intérêt (ROI) et aux stratégies de traitement des données, en particulier dans des structures très anisotropes telles que les tendons. Pour atténuer la variabilité induite par l’opérateur, certains auteurs ont préconisé l’utilisation de harnais externes personnalisés pour sécuriser la sonde à ultrasons, bien que cela se fasse souvent au détriment de l’efficacité des tests et de l’acquisition rapide des données. En conséquence, des normes méthodologiques et des protocoles de mesure rigoureux — qu’il s’agisse de techniques à main levée ou de stabilisation externe — ont été fortement recommandés afin d’assurer une évaluation de la rigidité valide et reproductible. Ces considérations méthodologiques ne se limitent pas à l’évasion logicielle mais sont largement pertinentes pour les techniques basées sur l’élastographie qui déduisent la raideur tissulaire à partir de la propagation d’ondes induite mécaniquement.

Ces dernières années, l’élastographie par échographie basée sur les vibrations a gagné l’attention en tant qu’alternative pratique et adaptable au terrain pour évaluer les propriétés mécaniques des tissus musculosquelettiques^{superficiels 12}. Dans cette approche, les vibrations mécaniques — avec des paramètres de fréquence et d’amplitude spécifiquement optimisés pour les propriétés acoustiques et structurelles du tissu cible — sont appliquées externement au tissu, et la propagation de l’onde résultante est suivie à l’aide d’images ultrasonores pour obtenir des paramètres liés à la rigidité. Alors que des études pionnières précédentes ont utilisé avec succès l’échographie couplée à un actionneur externe pour évaluer la mécanique des tendons — en employant un robuste vibrateur mécanique attaché au membre pour générer des ondes sinusoïdales continues^13,14 — le protocole actuel utilise une approche de vibration transitoire. En utilisant une configuration flexible et portative où la pointe d’excitation mécanique est co-positionnée manuellement juste à côté du transducteur d’échographie pour délivrer des impulsions transitoires extrêmement brèves (300 ms), ce système élimine le besoin de montages externes complexes et chronophages. Cette avancée réduit considérablement la charge des sujets et, comparée aux combinaisons traditionnelles de dynamétrie-ultrasons en laboratoire, rend les systèmes d’élastographie basés sur les vibrations plus portables, non invasifs et réalisables pour des mesures répétées dans des environnements sportifs appliqués. Cependant, malgré ces avantages, les études existantes ont généralement évalué la raideur du tendon d’Achille dans une configuration articulaire unique, ne fournissant qu’un aperçu limité du comportement mécanique du tendin.

La raideur du tendon dépend intrinsèquement de la configuration de l’unité muscle-tendon, variant en fonction de l’angle de l’articulation et de la longueur musculaire. Une mesure à angle unique ne permet donc pas de saisir la variabilité fonctionnelle de la raideur tendineuse qui se produit sur toute l’amplitude de mouvement de la cheville et lors des postures spécifiques au sport. Cette limitation réduit la pertinence pratique des mesures de raideur pour les athlètes exposés à des charges multi-angles et à des transitions de force rapides. À ce jour, peu d’études ont quantifié systématiquement la raideur du tendon d’Achille sur plusieurs angles articulaires standardisés en utilisant un protocole¹⁵ basé sur l’élastographie reproductible.

Pour combler cet écart méthodologique, nous proposons un paradigme du spectre de rigidité fonctionnelle. Cette approche reconceptualise la raideur du tendon non pas comme une propriété scalaire mais comme une fonction continue de la position articulaire, quantifiant la sortie mécanique du tendon à travers une gamme physiologique d’états de charge. En isolant le module élastique de cisaillement du tendon libre à travers plusieurs angles, cette méthode fournit une évaluation spécifique au tissu qui complète la dynamométrie traditionnelle de l’unité muscle-tendon. Le but de ce manuscrit est de présenter un protocole détaillé, étape par étape, pour la mise en œuvre de cette méthode, incluant le positionnement du sujet, la standardisation des angles articulaires, la gestion des sondes, la sélection du ROI et les procédures d’acquisition de données. Ce protocole est conçu pour faciliter l’évaluation reproductible du spectre de raideur fonctionnelle du tendon d’Achille et pour fournir aux chercheurs et praticiens un outil pratique pour étudier les adaptations spécifiques au sport et la biomécanique fonctionnelle chez les athlètes d’élite. Il est important de noter que, pour fournir des conseils pratiques sur l’utilité de cette méthode, ses limites d’applicabilité doivent être clairement définies. Cette approche est très appropriée pour le profilage non invasif, statique ou quasi-statique de la mécanique tendineuse locale — comme le suivi des adaptations longitudinales, le dépistage des asymétries latérales ou le suivi de la réhabilitation des tendinopathies. Cependant, il n’est pas adapté aux tâches très dynamiques et continues où le maintien d’un couplage acoustique constant n’est pas envisageable, ni lors de la phase aiguë de rupture totale du tendon où la tension de base est absente. De plus, les praticiens doivent noter qu’en raison de l’effet de saturation de la propagation des ondes de cisaillement sous une tension tissulaire extrême, la précision absolue des mesures peut être réduite à des amplitudes de mouvement extrêmes (par exemple, dorsiflexion maximale).

Protocol

Cette étude a été approuvée par le Comité d’éthique de la recherche de l’Université du sport de Pékin (numéro d’approbation : 2025608H), et toutes les procédures ont été menées conformément à la Déclaration d’Helsinki. Tous les participants ont donné un consentement éclairé écrit pour la participation à l’étude et la publication d’images anonymisées.

Préparation des participants

Recrutement et éligibilité

Les participants étaient recrutés parmi des équipes sportives nationales et comprenaient des athlètes professionnels masculins âgés de 18 à 26 ans dans plusieurs disciplines sportives (par exemple, sprint, tennis, basket-ball). Les participants ont été dépistés pour garantir un indice de masse corporelle (IMC) ^normal. La jambe dominante était déterminée en demandant aux participants de frapper un ballon.

Critères d’inclusion et d’exclusion

Les participants répondaient aux critères d’inclusion suivants : sexe masculin, IMC normal et qualification sportive au niveau national. Les critères d’exclusion comprenaient des antécédents de blessure ou de chirurgie de la cheville, une maladie neurologique ou systémique, une douleur musculosquelettique aiguë ou une inflammation impliquant le tendon d’Achille ou les structures environnantes, ainsi qu’une consommation autodéclarée de médicaments anabolisants.

Environnement de test et instructions préalables au test

Toutes les mesures ont été réalisées dans des conditions de laboratoire standardisées, utilisant la même salle d’examen et les mêmes examinateurs pour tous les participants. Les participants ont été invités à éviter l’exercice à haute intensité pendant 48 heures avant le test¹⁷.

Composants et connexions d’équipement

Un système d’élastographie à ultrasons portable basé sur des vibrations a été utilisé dans cette étude. Les produits commerciaux et logiciels spécifiques utilisés sont détaillés dans le Tableau des matériaux. Le système se composait de quatre composants principaux : (1) une unité principale avec logiciel système intégré (version 1.0), (2) un transducteur à ultrasons à réseau linéaire, (3) un module d’excitation externe, et (4) une tête de vibration L15.

Le transducteur à réseau linéaire était une sonde à 128 éléments avec une fréquence centrale nominale de 100 Hz et une amplitude de 1 mm, conçue pour l’imagerie haute résolution des tissus musculosquelettiques superficiels. Le module d’excitation, avec la tête de vibration L15, générait des vibrations mécaniques de basse fréquence (15 ± 2 mm), transmises au tissu pour induire des ondes se propageant mécaniquement. Le mouvement des tissus résultant de la propagation des ondes était suivi par le système d’échographie, et les paramètres liés à la raideur étaient dérivés à l’aide du logiciel d’analyse intégré au système.

Le transducteur était connecté à l’unité principale en alignant le connecteur avec l’interface correspondante sur le panneau arrière de l’unité principale, en l’insérant fermement jusqu’à ce qu’il soit verrouillé en place, avec les boutons du connecteur entièrement engagés et à fleur du boîtier de la sonde, puis en tirant doucement sur le câble du transducteur pour confirmer une connexion sécurisée. Le module d’excitation était connecté à la prise désignée située sur le côté inférieur gauche de l’unité principale en alignant le connecteur de verrouillage, en l’insérant complètement, puis en resserrant manuellement le mécanisme de verrouillage pour assurer une connexion mécanique et électrique stable. Le système était allumé en allumant l’alimentation principale et en confirmant que l’indicateur d’état du système était allumé, puis en allumant l’interface de la tablette, en lançant le logiciel du système d’échographie en sélectionnant l’icône d’application désignée, et en vérifiant que le système était entré dans l’interface principale d’exploitation par ultrasons avec l’affichage en temps réel en mode B.

Acquisition du module élastique de cisaillement (G)

Préparation et placement du transducteur

Une couche uniforme de gel de couplage préchauffé a été appliquée à la surface du transducteur, et la sonde a été légèrement placée contre le site de mesure avec le point cible aligné sous le côté antérieur de la sonde. La qualité de l’imagerie a été confirmée avant l’acquisition, garantissant que le plan du transducteur était presque perpendiculaire à la surface de la peau (>75°), que la distance entre le transducteur et la peau était d’environ 5 mm, qu’aucune bulle d’air visible n’était présente, et que les fibres du fascia et du tendon étaient clairement visibles.

Configuration du module d’excitation

Les paramètres du mode élastographie (mode E) étaient réglés à une fréquence de 7,5 MHz, 4 lignes d’acquisition, une plage de profondeur de 5 mm et un temps d’acquisition de 300 ms. Le module d’excitation était activé, et la pointe d’excitation était positionnée à 3–6 mm devant le côté protubérant de la sonde, perpendiculairement au plan d’imagerie de la sonde.

Imagerie en mode E et réglage de la profondeur

Le système d’échographie a été mis en mode E, et la ligne de référence a été positionnée de façon à ce que la plage de profondeur d’acquisition commence juste sous le fascia tendineux superficiel. La région d’intérêt (ROI) a été ajustée pour couvrir l’épaisseur du tendon tout en évitant strictement la peau, le tissu sous-cutané et le coussin adipeux de Kager.

Acquisition de données et contrôle qualité

La mesure continue était initiée en cliquant sur le bouton On , et le système calculait automatiquement le module de cisaillement (G), fournissant la moyenne ± les valeurs SD des données valides. La posture des participants et des opérateurs a été maintenue constante lors de l’acquisition afin d’obtenir au moins 10 points de données continus valides. L’acquisition de données était arrêtée en appuyant sur la fonction de gel une fois qu’un nombre suffisant de points de données étaient collectés. Le jeu de données a été examiné pour détecter des valeurs aberrantes, et les points de données anormaux ont été supprimés à l’aide de la fonction d’édition du système.

Les mesures ont été répétées au moins trois fois à chaque angle de cheville. Une mesure était considérée comme valide uniquement si l’écart-type (DE) des points de données continus était inférieure à 10 % de la moyenne, conformément aux exigences internes de validité de l’appareil ; sinon, la mesure était écartée et répétée. Les images en mode B et les cartes d’imagerie mécanique ont été sauvegardées pour la documentation (Figure 1).

Figure 1. Représentation schématique de la configuration expérimentale et du protocole d’acquisition du spectre de rigidité fonctionnelle. (A) Installation expérimentale. (B) Zones de mesure spécifiques sur le tendon d’Achille. (C) Angles de l’articulation de la cheville dans la séquence expérimentale. Abréviations : PF = fléchissement plantaire, DF = dorsiflexion. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Procédure d’acquisition de données

Enregistrement du sujet et localisation anatomique

Les informations démographiques et sportives des participants étaient enregistrées à leur arrivée. Les participants ont été invités à retirer leurs chaussures et chaussettes et à s’allonger sur le canapé d’examen, les chevilles complètement débordées d’environ 5 cm au-dessus du bord. L’apex supérieur de la tubérosité calcanienne a été localisé par palpation, et un point à 5 cm proximal de ce point de repère a été marqué à l’aide d’un marqueur cutané pour définir le site initial de mesure. Le site marqué a été vérifié par imagerie par ultrasons en vue longitudinale.

Mesure de base

L’acquisition initiale de rigidité a été effectuée à l’état de base (état détendu sans botte) selon les procédures décrites ci-dessus.

Mesure multi-angle (spectre de rigidité fonctionnelle)

Les mesures ont été effectuées séquentiellement sur les deux tendons d’Achille dans les conditions suivantes : détendu, 0° (neutre), 20° de la fléchette plantaire (PF), 40° PF, 20° de dorsiflexion (DF) et 40° DF. Un ordre de test randomisé a été intentionnellement évité, car tester une position de dorsiflexion extrême avant les positions de la fléchisson plantaire induirait une hystérésis tissulaire et un pré-conditionnement, modifiant artificiellement la mécanique de base et affectant les mesures ultérieures.

Figure 2. Interface représentative du système lors de l’acquisition des données. Le panneau central affiche une image échographique longitudinale en mode B du tendon d’Achille, montrant un alignement clair et parallèle des fibres. Le panneau jaune à droite affiche la quantification en temps réel du module élastique de cisaillement (G). Le système calcule automatiquement la valeur moyenne (20,46 kPa dans cet exemple) et l’écart-type (0,37 kPa) à partir de la liste des mesures valides présentée ci-dessous. Cette lecture démontre une grande stabilité de mesure avec un faible écart-type (DE < 10 % de la moyenne), satisfayant ainsi les critères de contrôle qualité du protocole. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Installation du botton et réglage de l’angle

Le pied du participant était placé dans la botte de test ajustable à la cheville, assurant que le talon reposait parfaitement contre la cuisse postérieure du talon de la base de la botte. L’avant-pied, le milieu du pied et la jambe inférieure ont été fixés à l’aide de sangles à crochet attachées pour éviter le soulèvement du talon ou les déplacements latéraux lors des tests. Les boutons de verrouillage bilatéraux du mécanisme de charnière de la botte ont été desserrés, et la cheville a été guidée manuellement vers l’angle cible en alignant les marqueurs structurels avec l’échelle goniométrique. Les boutons de verrouillage étaient ensuite fermement serrés pour fixer l’articulation de la cheville à l’angle visé. La mesure par ultrasons a été réalisée immédiatement après le verrouillage de l’angle afin d’éviter la relaxation viscoélastique des tendons.

Après la procédure

Les participants ont reçu l’instruction de retirer la bottine à la cheville, et tous les instruments ainsi que les sondes à ultrasons ont été nettoyés et désinfectés.

Traitement des données et analyse statistique

Agrégation de données

Pour chaque essai de mesure, la SD interne des points de données a été vérifiée à <10 % de la moyenne. Le coefficient de variation (CV) inter-essais entre les trois essais valides a été calculé pour chaque angle de mesure et devait être de <30 % ; sinon, le jeu de données était abandonné et remesuré. La moyenne globale des trois essais réussis a été calculée et utilisée pour les analyses ultérieures.

Modélisation statistique

Le coefficient de corrélation intraclasse (ICC) a été calculé pour évaluer la reproductibilité des mesures. Les effets des variables sur la raideur du tendon d’Achille ont été analysés à l’aide de Modèles Mixtes Généralisés (GLMM). La raideur du tendon d’Achille (G) était spécifiée comme variable dépendante, avec l’angle de l’articulation de la cheville, le type de sport et la jambe dominante comme facteurs fixes. L’identification du sujet a été incluse comme effet aléatoire pour tenir compte des mesures répétées. Des analyses post-hoc avec correction de Bonferroni ont été réalisées.

Visualisation des données

Les données traitées ont été exportées et visualisées à l’aide de graphiques linéaires pour l’analyse spectrière de rigidité et de graphiques à barres pour les comparaisons de groupes.

Results

Avant d’interpréter les résultats statistiques, il était crucial de définir les critères pour une mise en œuvre réussie ou non réussie de ce protocole. Les caractéristiques démographiques des participants sont présentées dans le Tableau 1. Une mesure réussie a été visuellement caractérisée par une image en mode B de haute qualité affichant une structure fibrillaire tendineuse claire et continue parallèle à la surface cutanée, couplée à une carte colorimétrique élastograp...

Discussion

Cette étude a présenté un protocole standardisé pour quantifier le spectre de raideur fonctionnelle du tendon d’Achille chez les athlètes masculins d’élite à l’aide d’un dispositif portable de fusion force-ultrason. Contrairement à l’imagerie anatomique conventionnelle, qui offre une compréhension fonctionnelle limitée, cette méthode utilisait l’élastographie par échographie basée sur les vibrations pour cartographier de manière non invasive les propriétés mécaniques du tendon sur une ga...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Bottes	Ober	AO-36	utiliser comme suggéré dans le protocole
Gel d'accouplement	Jinya Technology	TM-100	utiliser comme suggéré dans le protocole
Excel	Microsoft	https://www.microsoft.com/microsoft-365/excel	Utilisé par les auteurs pour l'organisation des données
Jamovi	The jamovi project	https://www.jamovi.org/	Utilisé par les auteurs pour l'analyse statistique
Dispositif d'échographie portable	XiJian Technology	T5C1B101WT	utiliser comme suggéré dans le protocole
Prism	Graphpad	N/A; https://www.graphpad.com	Utilisé par les auteurs pour la visualisation
SPSS	IBM	https://www.ibm.com/products/spss-statistics	Utilisé par les auteurs pour l'analyse statistique