Betrouwbaarheid van een op trillingen gebaseerde elastografieprotocol voor het beoordelen van de stijfheid van de achillespees over meerdere gewrichtshoeken bij topsporters

Summary

Dit protocol beschrijft een gestandaardiseerde, draagbare ultrageluidsmethode om het functionele stijfheidsspectrum van de achillespees over meerdere enkelgewrichtshoeken bij topatleten te kwantificeren, waardoor een betrouwbare en reproduceerbare beoordeling van peesmechanisch gedrag onder verschillende belastingscondities mogelijk is.

Abstract

Het mechanische gedrag van de achillespees speelt een cruciale rol in sportprestaties en blessurerisico; Echter, de in vivo beoordeling van peesstijfheid blijft uitdagend. Conventionele benaderingen waarbij ultrascopie met dynamometrie wordt gecombineerd zijn duur, laboratoriumgebonden en doorgaans beperkt tot enkelvoudige gewrichtsposities, terwijl bestaande op elastografie gebaseerde technieken vaak worden beperkt door methodologische aannames of beperkte functionele relevantie.

Het doel van deze studie was het presenteren en valideren van een gestandaardiseerd, draagbaar protocol voor het kwantificeren van het functionele stijfheidsspectrum van de achillespees over meerdere vaste enkelgewrichtshoeken. Dit paradigma verschuift de beoordeling van een enkele statische stijfheidswaarde naar een continu mechanisch profiel, waarbij de niet-lineaire respons van de pees op belasting wordt vastgelegd. Met behulp van een kracht-ultrageluidfusiesysteem werden mechanisch geïnduceerde laagfrequente trillingen op de pees toegepast, terwijl op ultrageluid gebaseerde bewegingstracking werd gebruikt om de schuifelasticiteitsmodulus van oppervlakkig peesweefsel te schatten. Metingen werden bilateraal uitgevoerd bij elite mannelijke atleten in vooraf gedefinieerde enkelgewrichtsposities, variërend van ontspannen en plantarflexed tot neutrale en dorsiflexe posities.

Het protocol toonde goede herhaalbaarheid binnen de studie en uitstekende reproduceerbaarheid binnen sessies over alle gewrichtshoeken, waarbij variatiecoëfficiënten binnen acceptabele grenzen bleven voor zachte weefselelastografie en intraclass correlatiecoëfficiënten die een hoge betrouwbaarheid aangaven. De stijfheid van de achillespees nam niet-lineair toe met progressieve dorsiflexie, wat wijst op hoekafhankelijk mechanisch gedrag. Er werd geen significant hoofdeffect van zijdelingse dominantie waargenomen over het volledige functionele bereik, terwijl sportspecifieke verschillen zich voordeden bij geselecteerde gewrichtshoeken.

Dit protocol biedt een praktische en herhaalbare benadering om het mechanisch gedrag van de achillespees onder functioneel relevante belastingsomstandigheden te karakteriseren. De draagbaarheid en gestandaardiseerde workflow maken het geschikt voor laboratorium-, klinische en veldgebaseerde toepassingen, en biedt een waardevol hulpmiddel voor het monitoren van atleten, het beoordelen van blessurerisico's en de longitudinale evaluatie van peesaanpassing.

Introduction

De achillespees speelt een cruciale rol in hoogwaardige menselijke beweging door spierkrachten over te brengen en elastische energie op te slaan en vrij te geven tijdens de rek-verkortingscyclus (SSC) acties¹. De mechanische stijfheid is een belangrijke bepalende factor voor de efficiëntie van de beweging, beïnvloedt krachtoverdracht, herbenutting van elastische energie en de algehele mechanische output tijdens lokomotor- en explosieve taken². Bij topatleten—vooral degenen die zich bezighouden met sprinten, springen en andere SSC-dominante sporten—wordt een grotere achillespeesstijfheid consequent geassocieerd met superieure sprintsnelheid, acceleratie, loopeconomie, sprongprestaties en krachtontwikkeling³. Zowel langdurige trainingsblootstelling als kortdurende mechanische belasting zijn aangetoond meetbare veranderingen in peesstijfheid te veroorzaken, wat de adaptieve capaciteit van peesweefsel^{weerspiegelt 4,5}. Daarentegen worden pathologische aandoeningen zoals achillespeestendinopathie vaak gekenmerkt door veranderde stijfheid, wat de krachtoverdracht kan belemmeren ondanks behouden spierkracht⁶. De impact van tendinopathie is aanzienlijk; In topsporten leidt het tot aanzienlijk tijdverlies, verminderde prestaties en mogelijk verkorte carrières, terwijl het in recreatief actieve groepen een veelvoorkomend, hardnekkig probleem is dat de levenskwaliteit vermindert en aanzienlijke zorgkosten met zich meebrengt. Nauwkeurige en betrouwbare beoordeling van de stijfheid van de achillespees is daarom essentieel voor prestatiemonitoring, belastingbeheer en blessure-gerelateerde evaluatie bij atletische populaties.

Momenteel wordt de combinatie van echografie en dynamometrie algemeen beschouwd als een referentiemethode voor de in vivo beoordeling van peesstijfheid ^7,8,9. Hoewel deze methode waardevolle inzichten biedt in peesmechanische eigenschappen onder sterk gecontroleerde omstandigheden, beperken verschillende praktische beperkingen de bredere toepassing^ervan. De opzet kost veel tijd, is sterk afhankelijk van de expertise van de operator en is doorgaans beperkt tot laboratoriumomgevingen. Bovendien vormt het een aanzienlijke financiële belemmering, die vaak aanzienlijke kapitaalinvesteringen vereist voor zowel de isokinetische dynamometer als premium ultrageluidsapparatuur. Daarnaast worden stijfheidsschattingen vaak afgeleid onder geïsoleerde of quasi-statische belastingscondities bij een enkele gewrichtsconfiguratie, wat hun toepasbaarheid beperkt voor routinematige monitoring van atleten, veldbeoordeling en longitudinale evaluatie over trainingscycli. Deze beperkingen benadrukken de noodzaak van alternatieve meetmethoden die zowel methodologisch robuust als haalbaar zijn in toegepaste sportomgevingen.

Op ultrageluid gebaseerde elastografietechnieken zijn uitgegroeid tot waardevolle hulpmiddelen voor de in vivo beoordeling van de mechanische eigenschappen van pezen. Hieronder valt shear wave elastografie (SWE) op grote schaal op musculoskeletale weefsels; Het gebruik ervan heeft echter belangrijke methodologische uitdagingen benadrukt¹¹. Eerdere studies hebben aangetoond dat elastografie-afgeleide stijfheidsmetingen zeer gevoelig zijn voor gewrichtshoek, probeoriëntatie, weefselprecompressie, regio-van-interesse (ROI) selectie en dataverwerkingsstrategieën, vooral in sterk anisotrope structuren zoals pezen. Om door de operator veroorzaakte variabiliteit te beperken, hebben sommige auteurs gepleit voor het gebruik van op maat gemaakte externe kabelbossen om de echosonde te beveiligen, hoewel dit vaak ten koste gaat van de testefficiëntie en snelle dataverzameling. Als gevolg hiervan zijn methodologische standaarden en strenge meetprotocollen—of het nu gebruikmaakt van vrijhandtechnieken of externe stabilisatie—sterk aanbevolen om een valide en reproduceerbare stijfheidsbeoordeling te waarborgen. Deze methodologische overwegingen beperken zich niet tot SWE, maar zijn breed relevant voor op elastografie gebaseerde technieken die weefselstijfheid afleiden uit mechanisch geïnduceerde golfpropagatie.

In de afgelopen jaren heeft trillingsgebaseerde ultrageluidselastografie aandacht gekregen als een praktisch en veldaanpasbaar alternatief voor het beoordelen van de mechanische eigenschappen van oppervlakkige musculoskeletale weefsels¹². Bij deze benadering worden mechanische trillingen—waarbij frequentie- en amplitudeparameters specifiek zijn geoptimaliseerd voor de akoestische en structurele eigenschappen van het doelweefsel—extern op het weefsel toegepast, en wordt de resulterende golfvoortplanting gevolgd met behulp van echografie om stijfheidsgerelateerde parameters af te leiden. Terwijl eerdere baanbrekende studies met succes gebruikmaakten van ultrascopie in combinatie met een externe actuator om peesmechanica te evalueren—waarbij een omvangrijke mechanische shaker aan het ledemaat wordt vastgemaakt om continue sinusgolven te genereren^13,14—maakt het huidige protocol gebruik van een transiënte trillingsmethode. Door gebruik te maken van een flexibele, handzame configuratie waarbij de mechanische excitatietip handmatig direct naast de ultrageluidstransducer wordt geplaatst om extreem korte (300 ms) transiënte impulsen te leveren, elimineert dit systeem de noodzaak van complexe en tijdrovende externe bandopstellingen. Deze vooruitgang vermindert de belasting van de proefpersonen aanzienlijk en, vergeleken met traditionele laboratoriumgebaseerde dynamometrie–ultrageluidscombinaties, maakt vibratie-gebaseerde elastografiesystemen draagbaarder, niet-invasief en haalbaarder voor herhaalde metingen in toegepaste sportomgevingen. Ondanks deze voordelen hebben bestaande studies doorgaans de stijfheid van de achillespees beoordeeld bij een enkele gewrichtsconfiguratie, waarbij slechts een beperkte momentopname van het mechanisch gedrag van de pees wordt gegeven.

Peesstijfheid is inherent afhankelijk van de configuratie van de spier-peeseenheid, die varieert afhankelijk van de gewrichtshoek en spierlengte. Een meting met één hoek slaagt er daarom niet in de functionele variabiliteit in peesstijfheid te vangen die optreedt over het bewegingsbereik van de enkel en tijdens sportspecifieke houdingen. Deze beperking vermindert de praktische relevantie van stijfheidsmetingen voor atleten die worden blootgesteld aan meerhoekige belasting en snelle krachtovergangen. Tot nu toe hebben weinig studies systematisch de stijfheid van de achillespees kwantificeerd over meerdere, gestandaardiseerde gewrichtshoeken met behulp van een reproduceerbaar elastografie-gebaseerd protocol¹⁵.

Om deze methodologische kloof te dichten, stellen we een Functional Stiffness Spectrum Paradigma voor. Deze benadering herconceptualiseert peesstijfheid niet als een scalaire eigenschap, maar als een continue functie van de gewrichtspositie, waarbij de mechanische output van de pees wordt gekwantificeerd over een fysiologisch bereik van belastingstoestanden. Door de schuifelasticiteitsmodulus van de vrije pees over meerdere hoeken te isoleren, biedt deze methode een weefselspecifieke beoordeling die de traditionele dynamometrie van de spierpeeseenheid aanvult. Het doel van dit manuscript is het presenteren van een gedetailleerd, stapsgewijs protocol voor de implementatie van deze methode, inclusief onderwerppositionering, standaardisatie van gewrichtshoeken, probe-behandeling, ROI-selectie en gegevensverzamelingsprocedures. Dit protocol is ontworpen om reproduceerbare beoordeling van het functionele stijfheidsspectrum van de achillespees te vergemakkelijken en om onderzoekers en beoefenaars een praktisch hulpmiddel te bieden voor het onderzoeken van sportspecifieke peesaanpassingen en functionele biomechanica bij topatleten. Belangrijk is dat om praktische richtlijnen te bieden over het nut van deze methode, de toepasbaarheidsgrenzen duidelijk moeten worden gedefinieerd. Deze benadering is zeer geschikt voor de niet-invasieve, statische of quasi-statische profilering van lokale peesmechanica—zoals het monitoren van longitudinale aanpassingen, screening op zij-aan-zij-asymmetrieën of het volgen van tendinopathie-rehabilitatie. Het is echter niet geschikt voor zeer dynamische, continue bewegingstaken waarbij het behouden van consistente akoestische koppeling niet haalbaar is, noch is het toepasbaar tijdens de acute fase van volledige peesrupturen waarbij de basisspanning ontbreekt. Bovendien moeten beoefenaars opmerken dat door het verzadigingseffect van schuifgolfvoortplanting onder extreme weefselspanning, de absolute meetnauwkeurigheid kan worden verminderd bij extreme bewegingsafstanden (bijv. maximale dorsiflexie).

Protocol

Deze studie werd goedgekeurd door de Onderzoeksethische Commissie van de Beijing Sport University (goedkeuringsnummer: 2025608H), en alle procedures werden uitgevoerd in overeenstemming met de Verklaring van Helsinki. Alle deelnemers gaven schriftelijke geïnformeerde toestemming voor deelname aan het onderzoek en publicatie van geanonimiseerde afbeeldingen.

Voorbereiding op deelnemers

Werving en geschiktheid

Deelnemers werden gerekruteerd uit nationale sportteams en omvatten professionele mannelijke atleten van 18–26 jaar in meerdere sportdisciplines (bijv. sprinten, tennis, basketbal). Deelnemers werden gescreend om een normale body mass index (BMI)¹⁶ te waarborgen. Het dominante been werd bepaald door deelnemers te vragen een bal te trappen.

Inclusie- en uitsluitingscriteria

Deelnemers voldeden aan de volgende inclusiecriteria: geslacht van mannen, normale BMI en sportkwalificatie op nationaal niveau. Uitsluitingscriteria omvatten een voorgeschiedenis van enkelblessure of operatie, neurologische of systemische aandoeningen, acute musculoskeletale pijn of ontsteking met betrekking tot de achillespees of omliggende structuren, en zelfgerapporteerd gebruik van anabole drugs.

Testomgeving en pretestinstructies

Alle metingen werden uitgevoerd onder gestandaardiseerde laboratoriumomstandigheden met dezelfde testruimte en onderzoekers voor alle deelnemers. Deelnemers kregen de instructie om 48 uur lang geen intensieve oefeningen te doen voordat ze¹⁷ uur testten.

Apparatuurcomponenten en verbindingen

In deze studie werd een draagbaar, op trillingen gebaseerd ultrageluids-elastografiesysteem gebruikt. De specifieke commerciële producten en software die worden gebruikt, worden beschreven in de Materiaaloverzicht. Het systeem bestond uit vier hoofdcomponenten: (1) een hoofdunit met geïntegreerde systeemsoftware (versie 1.0), (2) een lineair-array ultrageluidstransducer, (3) een externe excitatiemodule en (4) een L15 trillingskop.

De lineaire-array transducer was een 128-element probe met een nominale centrale frequentie van 100 Hz en een amplitude van 1 mm, ontworpen voor hogeresolutiebeeldvorming van oppervlakkige musculoskeletale weefsels. De excitatiemodule, samen met de L15-vibratiekop, genereerde laagfrequente mechanische trillingen (15 ± 2 mm), die naar het weefsel werden overgedragen om mechanisch voortplantende golven te induceren. Weefselbeweging als gevolg van golfvoortplanting werd gevolgd door het echografiesysteem, en stijfheidsparameters werden afgeleid met behulp van de ingebouwde analysesoftware van het systeem.

De transducer werd verbonden met de hoofdunit door de connector uit te lijnen met de bijbehorende interface op het achterpaneel van de hoofdunit, deze stevig in te steken totdat hij vergrendelde met de connectorknoppen volledig ingesloten en vlak met de probebehuizing, en voorzichtig aan de transducerkabel te trekken om een veilige verbinding te bevestigen. De excitatiemodule werd verbonden met de aangewezen socket aan de linkeronderkant van de hoofdunit door de vergrendelingsconnector uit te lijnen, deze volledig in te brengen en het vergrendelingsmechanisme handmatig vast te draaien om een stabiele mechanische en elektrische verbinding te garanderen. Het systeem werd ingeschakeld door de hoofdvoeding aan te zetten en te bevestigen dat de statusindicator van het systeem oplichtte, gevolgd door het inschakelen van de tabletinterface, het starten van de ultrageluidssoftware door het selecteren van het aangewezen applicatiepictogram, en het controleren of het systeem de hoofd-ultrageluidsinterface binnenkwam met realtime B-mode beeldvorming.

Afschuifelasticiteitsmodulus (G) verwerving

Voorbereiding en plaatsing van transducers

Een uniforme laag voorverwarmde koppelingsgel werd op het oppervlak van de transducer aangebracht, en de probe werd licht tegen de meetplaats geplaatst met het doelpunt uitgelijnd onder de voorzijde van de probe. De beeldkwaliteit werd bevestigd vóór de verwerving, waarbij werd gegarandeerd dat het transducervlak bijna loodrecht op het huidoppervlak stond (>75°), de afstand tussen transducer en huid ongeveer 5 mm was, er geen zichtbare luchtbellen aanwezig waren en dat de fascia- en peesvezels duidelijk zichtbaar waren.

Configuratie van excitatiemodule

De elastografiemodus (E-modus) parameters werden ingesteld op een frequentie van 7,5 MHz, 4 acquisitielijnen, een dieptebereik van 5 mm en een opnametijd van 300 ms. De excitatiemodule werd geactiveerd en de excitatietip werd 3–6 mm voor de uitsteekzijde van de probe geplaatst, loodrecht op het probebeeldingsvlak.

E-mode beeldvorming en diepte-aanpassing

Het echografiesysteem werd omgezet naar E-modus en de referentielijn werd zo geplaatst dat het verfilmingsdieptebereik net onder de oppervlakkige peesfascia begon. Het interessegebied (ROI) werd aangepast om de peesdikte te dekken, waarbij de huid, het onderhuidse weefsel en Kager's vetpad strikt werden vermeden.

Gegevensverzameling en kwaliteitscontrole

Continue meting werd gestart door op de Aan-knop te klikken, en het systeem berekende automatisch de schuifmodulus (G), waarmee gemiddelde ± SD-waarden van geldige gegevens werden opgeleverd. De positie van deelnemers en operators werd constant gehouden tijdens de acquisitie om ten minste 10 geldige continue datapunten te verkrijgen. Gegevensverzameling werd gestopt door op de Freeze-functie te drukken zodra voldoende datapunten waren verzameld. De dataset werd beoordeeld op uitschieters en abnormale datapunten werden verwijderd met behulp van de bewerkingsfunctie van het systeem.

De metingen werden minstens drie keer herhaald bij elke enkelhoek. Een meting werd alleen als geldig beschouwd als de standaardafwijking (SD) van de continue datapunten minder dan 10% van het gemiddelde was, in overeenstemming met de interne validiteitseisen van het apparaat; anders werd de meting verworpen en herhaald. B-mode beelden en mechanische beeldvormingskaarten werden opgeslagen voor documentatie (Figuur 1).

Figuur 1. Schematische weergave van de experimentele opstelling en het protocol voor het acquisitie van het functionele stijfheidsspectrum. (A) Experimentele opstelling. (B) Specifieke meetzones op de achillespees. (C) Enkelgewrichtshoeken in de experimentele sequentie. Afkortingen: PF = plantarflexie, DF = dorsiflexie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Gegevensverzamelingsprocedure

Onderwerpregistratie en anatomische lokalisatie

Demografische en sportieve informatie van de deelnemers werd bij aankomst geregistreerd. Deelnemers kregen de instructie om hun schoenen en sokken uit te trekken en plat op de onderzoeksbank te gaan liggen met hun enkels volledig uitgestrekt over de rand met ongeveer 5 cm. De bovenste top van de calcaneale tuberositeit werd via palpatie gelokaliseerd, en een punt 5 cm proximaal van dit herkenningspunt werd gemarkeerd met een huidmarker om de initiële meetplaats te definiëren. De gemarkeerde locatie werd bevestigd met behulp van echografie in het longitudinale beeld.

Basismeting

De initiële stijfheidsvergelijking werd uitgevoerd in de basistoestand (no-boot relaxed toestand) volgens de hierboven beschreven procedures.

Multihoekmeting (functioneel stijfheidsspectrum)

Metingen werden achtereenvolgens uitgevoerd op beide achillespezen onder de volgende omstandigheden: ontspannen, 0° (neutraal), 20° plantarflexie (PF), 40° PF, 20° dorsalflexie (DF) en 40° DF. Een gerandomiseerde testvolgorde werd bewust vermeden, omdat het testen van een extreme dorsiflexiepositie vóór plantarflexieposities weefselhysterese en preconditionering zou veroorzaken, waardoor de basismechanica kunstmatig veranderd zou worden en daaropvolgende metingen werden beïnvloed.

Figuur 2. Representatieve interface van het systeem tijdens gegevensverzameling. Het centrale paneel toont een longitudinaal B-mode ultrageluidsbeeld van de achillespees, met duidelijke, parallelle vezeluitlijning. Het gele paneel rechts toont realtime kwantificatie van de schuifelasticiteitsmodulus (G). Het systeem berekent automatisch de gemiddelde waarde (20,46 kPa in dit voorbeeld) en de standaarddeviatie (0,37 kPa) uit de onderstaande lijst met geldige metingen. Deze uitlezing toont een hoge meetstabiliteit met een lage standaardafwijking (SD < 10% van het gemiddelde), en voldoet aan de kwaliteitscontrolecriteria van het protocol. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Installatie van de kofferbak en hoekinstelling

De voet van de deelnemer werd in de verstelbare enkeltestlaars geplaatst, zodat de hiel volledig vlak tegen de achterste hielcup van de basis van de laars rustte. De voorvoet, middenvoet en onderbeen werden vastgezet met de bevestigde haak-en-lus banden om hiellift of zijwaartse verschuiving tijdens de tests te voorkomen. De bilaterale vergrendelknoppen van het scharniermechanisme van de laars werden losgemaakt en de enkel werd handmatig naar de doelhoek geleid door structurele markeringen uit te lijnen met de goniometrische schaal. De vergrendelknoppen werden vervolgens stevig aangedraaid om het enkelgewricht op de doelhoek vast te zetten. Een echometing werd direct na het vergrendelen van de hoek uitgevoerd om visco-elastische peesontspanning te voorkomen.

Na de procedure

Deelnemers kregen de instructie om de enkellaars uit te trekken, en alle instrumenten en echografische sondes werden schoongemaakt en gedesinfecteerd.

Dataverwerking en statistische analyse

Dataaggregatie

Voor elke meetproef werd de interne SD van de datapunten geverifieerd op <10% van het gemiddelde. De inter-trial variatiecoëfficiënt (CV) over de drie geldige proeven werd berekend voor elke meethoek en moest <30% zijn; anders werd de dataset weggegooid en opnieuw gemeten. Het totale gemiddelde van de drie succesvolle proeven werd berekend en gebruikt voor latere analyses.

Statistische modellering

De intraclass correlatiecoëfficiënt (ICC) werd berekend om de reproducerbaarheid van de meting te evalueren. De effecten van variabelen op stijfheid van de achillespees werden geanalyseerd met behulp van een Generalized Mixed Models (GLMM). De stijfheid van de achillespees (G) werd gespecificeerd als de afhankelijke variabele, met de hoek van het enkelgewricht, het sporttype en het dominante been als vaste factoren. Subject-ID werd als willekeurig effect opgenomen om herhaalde metingen te verwerken. Post-hoc analyses met Bonferroni-correctie werden uitgevoerd.

Datavisualisatie

Verwerkte gegevens werden geëxporteerd en gevisualiseerd met behulp van lijngrafieken voor stijfheidsspectrumanalyse en staafdiagrammen voor groepsvergelijkingen.

Results

Voordat de statistische uitkomsten werden geïnterpreteerd, was het cruciaal om de criteria te definiëren voor een succesvolle versus mislukte implementatie van dit protocol. Demografische kenmerken van de deelnemers worden weergegeven in Tabel 1. Een geslaagde meting werd visueel gekenmerkt door een hoogwaardige B-mode afbeelding die een heldere, continue peesfibrillaire structuur parallel aan het huidoppervlak toont, gecombineerd met een stabiele, homogene elastografiekleurkaart binnen het vooraf gedefinieerde Interessegebied (ROI) (zoals weergegeven in Figuur 2). Kwantitatief werd succes bereikt wanneer de continue datapunten binnen één enkele capture een variatiecoëfficiënt (CV) van <30% opleverden. Omgekeerd werd een mislukte implementatie meestal aangeduid door slechte akoestische koppeling (wat resulteerde in donkere leegtes of signaaluitval in de elastografiekaart), bewegingsartefacten of te hoge door de operator veroorzaakte sondedruk, die het oppervlakkige weefsel kunstmatig verstevigde. Elke proef met een CV ≥ 30%, of met discontinue elastografievulling, was een technisch falen en vereiste onmiddellijke herpositionering en hertesten van de sonde.

	Basketbal	Volleybal	Voetbal	Tennis	Sprint	Langeafstandslopen	Kruskal-Wallis p
Leeftijd (jaar)	22.2±2.29	20,6±1,59	21.1±2.42	20,9±2,63	21,7±3	21.1±2.2	0.639
Hoogte (m)	1,87±0,09	1,87±0,05	1,77±0,05	1,81±0,05	1,76±0,05	1,75±0,05	<0,001
Gewicht (kg)	81,8±9,91	76±8,71	69,1±6,45	70.6±4.39	70,6±5	65,9±5,86	<0,001
BMI	23.4±1.48	21,7±1,84	22.1±1.69	21.5±1.34	22.8±1.34	21,5±1,67	0.033
Trainingsfrequentie (tijden per week)	4,75±2,67	4,89±1,54	5.1±1.10	4,82±1,40	5,89±1,83	6±0,87	0.125
Sportleeftijd (jaar)	9.75±4.25	6.22±2.91	10.8±2.62	9.73±4.13	3.44±1.74	5.5±3.89	<0,001

Tabel 1: Demografische kenmerken van atleten.

Intratrial betrouwbaarheid en precisie

De interne precisie van het protocol werd beoordeeld door de variatiecoëfficiënt (CV) te berekenen voor de achillespees-schuifelasticiteitsmodulus (G) over alle meetomstandigheden (6 gewrichtshoeken × 2 ledematen × N deelnemers). De gemiddelde CV-waarden varieerden van 14,0% tot 25,2% over verschillende gewrichtshoeken (Tabel 2). Opvallend was dat de meetvariabiliteit een hoekafhankelijk patroon vertoonde: CV-waarden bleven lager en zeer stabiel tijdens rust- en plantarflexie-toestanden (PF), maar namen systematisch toe naarmate de enkel in extreme dorsalflexie (DF) werd gepositioneerd.

Bovendien werd de reproduceerbaarheid binnen sessies over opeenvolgende meetproeven geëvalueerd met behulp van de intraclass correlatiecoëfficiënt (ICC). De resultaten toonden een goede tot uitstekende relatieve betrouwbaarheid aan over alle beoordeelde gewrichtshoeken. Specifiek varieerden ICC (2,1)-waarden van 0,871 tot 0,974 (Tabel 2), met de hoogste betrouwbaarheid waargenomen in de relaxte toestand (ICC = 0,974, 95% BI: 0,943–0,990) en de laagste, maar nog steeds robuuste, betrouwbaarheid op de neutrale 0°-positie (ICC = 0,871, 95% BI: 0,751–0,939). Samen met de CV-gegevens bevestigden deze bevindingen de algehele biomechanische robuustheid en stabiliteit van het multi-hoek meetprotocol.

	Ontspan	PF 40	PF 20	0	DF 20	DF 40
Gemiddeld cv	0.16	0.14	0.16	0.25	0.24	0.25
ICC(2,1)	0.974	0.962	0.925	0.871	0.957	0.965
95% BI voor ICC	[0.943, 0.990]	[0.930, 0.980]	[0.847, 0.967]	[0.751, 0.939]	[0.927, 0.976]	[0.933, 0.983]

Tabel 2: Meetbetrouwbaarheid (intraclass correlatiecoëfficiënt) en interne precisie (variatiecoëfficiënt) van de elastische modulus van de Achillespees over verschillende gewrichtshoeken.

Functionele stijfheid van de achillespees

Achillespeesstijfheid (G) werd gekwantificeerd over zes enkelgewrichtshoeken voor zowel dominante als niet-dominante ledematen. Gegeneraliseerde Mixed Models (GLMM)-resultaten voor vaste effecten worden samengevat in Tabel 3. De stijfheid van de achillespees over het functionele bewegingsbereik werd met succes gekwantificeerd. Zoals verwacht nam de stijfheid van de pees niet-lineair toe van plantarflexie (slack) naar dorsiflexie (spanning) bij alle deelnemers (zie Figuur 3).

GLMM toonde een significant hoofdeffect van de gewrichtshoek (p < 0,001), terwijl zijwaarts (dominant versus niet-dominant) en sporttype geen hoofdeffecten vertoonden. De interactie tussen de hoek × Sport was significant (p = 0,049), wat wijst op sportspecifieke stijfheidsverschillen bij bepaalde enkelhoeken. Om deze verschillen te onderbouwen, werden post-hoc eenvoudige effectanalyses uitgevoerd. De verschillen waren het duidelijkst bij 20° plantarflexie (PF20), waar zowel basketbalatleten (203 ± 187 kPa; p = 0,046, Cohen's d = 0,58) als langeafstandslopers (188 ± 138 kPa; p = 0,048, Cohen's d = 0,62) significant hogere peesstijfheid vertoonden vergeleken met tennisatleten (122 ± 62 kPa). Bovendien behielden basketbalatleten (1033 ± 912 kPa) op de neutrale positie (0°) aanzienlijk een hogere stijfheid dan tennisatleten (574 ± 382 kPa; p = 0,008, Cohens d = 0,66). Omgekeerd werden bij 40° dorsiflexie (DF40) geen significante verschillen waargenomen tussen sporten, wat wijst op convergentie van mechanische eigenschappen onder maximale peesbelasting.

Factor	X²	DF	p
Hoek	8964.919	5	< .001
Zijkant (Dominant/Niet-dominant)	0.47	1	0.493
Sport	4.423	5	0.49
Hoek × zijde	1.715	5	0.887
Side × Sport	10.182	5	0.07
Angle × Sport	37.788	25	0.049
Hoek × Zijde × Sport	26.065	25	0.404

Tabel 3: Testresultaten van vaste effecten van de Generalized Mixed Models (GLMM). 

Figuur 3. Functioneel stijfheidsspectrum van de achillespees over verschillende enkelgewrichtshoeken. De gegevens worden gepresenteerd als gemiddelde ± SD. De X-as geeft de positie van het enkelgewricht weer en varieert van slack-toestanden (relaxed, plantarflexion [PF]) tot gespannen toestanden (neutraal 0°, dorsiflexie [DF]). De Y-as vertegenwoordigt de schuifelasticiteitsmodulus (stijfheid) die op een log10-schaal wordt uitgezet. De schuifmodulus nam niet-lineair toe met toenemende dorsalflexie. Er werd geen significant hoofdeffect van zijdelingse dominantie of interactie tussen hoek × de zijkant gevonden (p > 0,05), wat wijst op een algehele functionele symmetrie tussen dominante en niet-dominante pezen binnen het geteste bereik. Asterisken (*) geven een significant verschil aan (p < 0,05) ten opzichte van de referentiegroep (Tennis) op basis van GLMM-parameterschattingen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Aanvullende figuur S1. Achillespees schuifmodulus over gewrichtshoeken ter vergelijking van de linker- en rechterzijde. De gegevens worden gepresenteerd als gemiddelde ± SD. De X-as vertegenwoordigt de hoek van het enkelgewricht, variërend van slackposities (Relax, Plantarflexie) tot gespannen posities (Neutraal 0°, Dorslijm/Extensie). De Y-as vertegenwoordigt de schuifmodulus (stijfheid) die op een log10-schaal wordt uitgezet. De schuifmodulus nam niet-lineair toe met toenemende dorsalflexie. Een significant hoofdeffect werd alleen waargenomen voor gewrichtshoek, terwijl er geen significante hoofdeffecten werden gevonden voor zij- of sport. Bovendien werd een significante interactie van hoek × kant gedetecteerd, terwijl alle andere interactie-effecten niet-significant bleven. * duidt een significant verschil (p < 0,05) aan tussen de linker- en rechterzijde in neutraal 0° op basis van GLMM-parameterschattingen. Afkortingen: PF = plantarflexie; DF = dorsalflexie. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Discussion

Deze studie presenteerde een gestandaardiseerd protocol voor het kwantificeren van het functionele stijfheidsspectrum van de achillespees bij elite mannelijke atleten met behulp van een draagbaar kracht–ultrasone fusieapparaat. In tegenstelling tot conventionele anatomische beeldvorming, die beperkte functionele inzichten biedt, maakte deze methode gebruik van trillingsgebaseerde ultrageluidselastografie om de mechanische eigenschappen van de pees niet-invasief in kaart te brengen over een fysiologisch bereik van enkelgewrichtshoeken. De totale testduur was ongeveer 10–20 minuten per proefpersoon, en de geautomatiseerde extractie van elasticiteitsmoduluswaarden maakte dit protocol tot een praktische oplossing voor longitudinale monitoring in zowel laboratorium- als veldgebaseerde sportomgevingen. Echter, zoals bij elke multi-hoek beoordeling, moeten de inherente visco-elastische eigenschappen van de achillespees – specifiek vatbaarheid voor kruip, hysterese en spanningsontspanning – zorgvuldig worden beheerd. Hoewel de hele sessie 10–20 minuten duurde, omvatte dit de opstelling, anatomische markenplaatsen en het installeren van de laars. De daadwerkelijke tijd die bij elke gewrichtshoek werd doorgebracht was kort (meestal minder dan 1 minuut). Bovendien was de toegepaste mechanische trilling transiënt (300 ms per acquisitievenster) in plaats van continu, waardoor het risico op opgebouwde mechanische vermoeidheid werd geminimaliseerd. Om spanningsontspanning te beperken, bepaalde het protocol dat gegevens onmiddellijk na het vergrendelen van het enkelgewricht werden verzameld om de onmiddellijke stijfheid vast te leggen voordat visko-elastische kruip de weefselmechanica kon veranderen. Desalniettemin moeten toekomstige implementaties met meer uitgebreide herhaalde belasting zich bewust blijven van deze tijdsafhankelijke eigenschappen.

Om reproduceerbaarheid van het stijfheidsspectrum te waarborgen, was strikte naleving van specifieke verwervingsdetails vereist. Ten eerste was het aanbrengen van een voldoende laag akoestische gel cruciaal om luchtinterface-nabeeldartefacten te voorkomen, die de kwaliteit van schuifgolfsignaal kunnen verslechteren. Ten tweede was het tijdstip van de meting een doorslaggevende factor. Door de visco-elastische aard van pees¹⁸ vond spanningsontspanning direct plaats nadat de enkel in een nieuwe positie was vergrendeld. Daarom vereiste het protocol dat acquisitie onmiddellijk begon na de hoekfixatie om de directe stijfheidsrespons vast te leggen in plaats van de ontspannen toestand.

Een gedetailleerde analyse van de herhaalbaarheid binnen de studie toonde een patroon van variabiliteit die afhankelijk is van de gewrichtshoek. Lagere variatiecoëfficiënten (CV's, ~14–16%) werden waargenomen in plantarflexed posities (slack-toestand), terwijl hogere CV's (~24–25%) werden waargenomen in dorsiflexe posities (gespannen toestand). Deze trend weerspiegelde waarschijnlijk de technische uitdagingen die gepaard gaan met het kwantificeren van weefselmechanica aan de bovengrenzen van stijfheid. In de gespannen toestand (dorsiflexie) nam de stijfheid van de pees niet-lineair toe, waardoor schuifgolven zich met hoge snelheden¹⁹ voortplanten. Dit kan de detectielimieten van het draagbare apparaat benaderen. Daardoor weerspiegelden hogere CV-waarden in dorsiflexe posities de complexe akoestische eigenschappen van sterk gespannen anisotroop weefsel in plaats van methodologische onbetrouwbaarheid of operatorfouten. Het erkennen van deze inherente variabiliteit was belangrijk voor het vaststellen van ecologisch valide kwaliteitscontroledrempels. Het handhaven van een strengere drempel (bijvoorbeeld CV < 20%) over alle hoeken zou overmatig opnieuw testen in extreme rekposities noodzakelijk maken, wat mogelijk fysiologische artefacten zoals visco-elastische kruip en spanningsontspanning zou kunnen veroorzaken. Daarom werd een CV-drempel van < 30% beschouwd als een pragmatisch compromis voor multi-angle in vivo testen. Desalniettemin moesten operators de sondestabiliteit behouden bij het beoordelen van de pees in hoogspanningsposities om extra variabiliteit te minimaliseren.

Voor onderzoekers en clinici geven verhoogde CV-waarden (>20%) bij extreme dorsiflexie aan dat absolute stijfheidswaarden bij deze hoeken met voorzichtigheid moeten worden geïnterpreteerd. Dit suggereert dat de methode het meest geschikt is om intra-individuele longitudinale veranderingen te volgen, in plaats van uitsluitend te vertrouwen op cross-sectionele interindividuele vergelijkingen bij maximale spanning. Om de variabiliteit verder te verminderen, kunnen toekomstige protocolverfijningen het gebruik van externe stabilisatiemethoden (bijv. aangepaste steunen) omvatten om de druk en oriëntatie van de sonde te standaardiseren. Elke stabilisatiestrategie moet echter snelle hoekaanpassing mogelijk maken om het evenwicht te behouden tussen mechanische stabiliteit en het minimaliseren van visco-elastische kruip.

Het voorgestelde Functional Stiffness Spectrum biedt een methodologische vooruitgang ten opzichte van traditionele isokinetische dynamometrie. Hoewel dynamometrie wordt beschouwd als een referentiemethode om de globale mechanische eigenschappen van de spier-peeseenheid te beoordelen, kan het de lokale stijfheid van de vrije pees niet isoleren van spierbijdragen. Door de vrije achillespees direct te beoordelen, biedt dit protocol een lokale, weefselspecifieke meting. Deze mogelijkheid kan nuttig zijn voor het detecteren van lokale veranderingen in peesstijfheid bij asymptomatische personen die gerichte belastingsprogramma's ondergaan⁴. Bovendien kunnen in pathologische of tendinopathische populaties lokale structurele veranderingen de stijfheid veranderen voordat globale spier-peeseenheidstekorten zichtbaar worden²⁰. Deze methode maakt het dus mogelijk om lokale mechanische wijzigingen te detecteren die mogelijk niet worden vastgelegd door globale testmethoden.

Door de niet-lineaire toename van stijfheid van plantarflexie naar dorsiflexie te kwantificeren, legde deze methode het peesmechanisch gedrag vast onder functioneel relevante belastingsomstandigheden. De hoek–stijfheidsrelatie die in Figuur 3 werd waargenomen, kwam niet overeen met een eenvoudig kwadratisch model, wat het niet-lineaire fysiologische gedrag van peesweefsel over een breed bewegingsbereik weerspiegelt. De opmerkelijke exponentiële toename van stijfheid tussen PF20° en 0° komt overeen met het klassieke 'teengebied', waar gekrompen collageenvezels snel worden rechtgetrokken. Het is belangrijk op te merken dat het visueel afvlakken van de kromme bij hogere dorsiflexiehoeken wordt beïnvloed door de log10-schaal die wordt gebruikt voor datavisualisatie. In absolute termen blijft de stijfheid aanzienlijk toenemen, wat geleidelijke versteviging van de spanning onder hoge mechanische spanning weerspiegelt. Deze kenmerken benadrukken het complexe, niet-lineaire mechanische gedrag van peesweefsel over een breed fysiologisch bereik. De toename van stijfheid tussen PF20° en 0° kwam overeen met het initiële rechttrekken van collageenvezels, terwijl voortdurende toenames bij hogere dorsiflexiehoeken progressieve versteviging door spanning weerspiegelden. Deze bevindingen ondersteunen het gebruik van een multi-angle assessment in plaats van single-point estimation.

Wat betreft statistische uitkomsten bevestigde GLMM een significant hoofdeffect van de gewrichtshoek, wat de gevoeligheid van het protocol voor veranderingen in mechanische belasting ondersteunt. Er werden geen hoofdeffecten of interacties waargenomen voor ledemaatdominantie, wat wijst op functionele symmetrie bij achillespeesstijfheid over gewrichtshoeken²¹. Dit is in overeenstemming met biomechanische eisen voor gebalanceerde krachtoverdracht en energieopslag tijdens de voortbeweging²². Aanvullende analyses op basis van anatomische lateraliteit (links versus rechts) gaven echter zij-specifieke verschillen aan in bepaalde omstandigheden, wat suggereert dat functionele symmetrie behouden kan blijven ondanks onderliggende structurele asymmetrieën²³.

Er moeten verschillende beperkingen worden overwogen. Ten eerste was de studie beperkt tot jonge, elite mannelijke atleten, en toekomstig onderzoek zou bredere populaties moeten evalueren, waaronder vrouwen, ouderen en mensen met symptomen. Ten tweede nam de meetnauwkeurigheid af in posities met maximale spanning door de fysieke beperkingen van schuifgolfvoortplanting. Dit verminderde de betrouwbaarheid echter niet tot een onaanvaardbaar niveau, aangezien gemiddeld drie onderzoeken een hoge reproduceerbaarheid opleverden (ICC > 0,87). Ten derde gebruikte het protocol een statische multi-angle benadering in plaats van continue dynamische meting, en repliceert daarom geen hoge snelheidsbelastingscondities. Daarnaast werden metingen uitgevoerd onder passieve omstandigheden en hielden ze geen rekening met de effecten van actieve spiercontractie. Ten slotte karakteriseert deze methode lokaal schuifelastisch gedrag onder transversale trillingen en moet niet worden geïnterpreteerd als een directe maat voor longitudinale trekstijfheid.

Samenvattend, wanneer meervoudige proeven gemiddeld werden (minimaal drie herhalingen) en realtime kwaliteitscontrole (CV < 30%) werden toegepast, bood dit gestandaardiseerde multi-angle protocol een betrouwbaar en praktisch hulpmiddel voor het beoordelen van de mechanica van de achillespees. Door peesreacties over een reeks belastingstoestanden te registreren, maakte het monitoring van bilaterale symmetrie en trainingsaanpassingen mogelijk. Deze methode kan het monitoren van atleet ondersteunen en vroege identificatie van mechanische veranderingen die samenhangen met tendinopathie wanneer deze wordt gebruikt voor longitudinale beoordeling.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Boots	Ober	AO-36	use as suggested in protocol
Coupling Gel	Jinya Technology	TM-100	use as suggested in protocol
Excel	Microsoft	https://www.microsoft.com/microsoft-365/excel	Used by authors to data arrangement
Jamovi	The jamovi project	https://www.jamovi.org/	Used by authors to statistical analysis
Portable Ultrasound  Device	XiJian Technology	T5C1B101WT	use as suggested in protocol
Prism	Graphpad	N/A; https://www.graphpad.com	Used by authors to visualization
SPSS	IBM	https://www.ibm.com/products/spss-statistics	Used by authors to statistical analysis