Betrouwbaarheid van een op trillingen gebaseerde elastografieprotocol voor het beoordelen van de stijfheid van de achillespees over meerdere gewrichtshoeken bij topsporters
16 juni 2026
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.
We gebruiken een nieuw elastografieprotocol om de stijfheid van de achillespees over meerdere gewrichtshoeken te evalueren, met als doel biomechanische aanpassingen bij topatleten uit diverse sporten te karakteriseren. In tegenstelling tot bestaande methoden beoordeelt onze vibratie-gebaseerde elastografie betrouwbaar de continue peesstijfheid, veranderingen over het volledige bewegingsbereik. Om te beginnen rekruteert u deelnemers uit nationale sportteams, waaronder professionele mannelijke atleten van 18 tot 26 jaar in meerdere sportdisciplines.
Bepaal het dominante been door de deelnemer te vragen een bal te trappen. Maak de apparatuur klaar, de M5 zachte weefsel elastometer uitgerust met een lineaire array-probe van 9L3 tot 8,5 megahertz, en een mechanische excitatiemodule. Verzamel extra apparatuur, waaronder een achillesschoen, echografie gel en een onderzoeksbed.
Zet de hoofdvoeding aan en controleer of de systeemstatusindicator oplicht. Schakel vervolgens de tabletinterface in, start de ultrageluidssysteemsoftware door het aangewezen applicatiepictogram te selecteren en controleer dat het systeem de hoofd-ultrageluidsinterface binnenkomt met realtime B-modus beeldvorming weergegeven. Stel de B-modusparameters in op een frequentie van 7,5 megahertz, vier acquisitielijnen, een dieptebereik van vijf millimeter en een opnametijd van 300 milliseconden.
Vervolgens instrueer je de deelnemer om de schoenen uit te trekken en plaats je de deelnemer buikliggend op de onderzoeksbank met de enkels volledig uitgestrekt over de rand met ongeveer vijf centimeter. Palpeer om de bovenste top van de tuberositeit calcaneale te lokaliseren. Markeer een 0,5 centimeter proximaal van dit herkenningspunt met een huidmarker om de initiële meetplaats te bepalen.
Breng een uniforme laag voorverwarmde koppelgel aan op het oppervlak van de transducer. Plaats de probe lichtjes tegen de meetplaats en lijn het doelpunt onder de voorzijde van de probe. Zet nu het echosysteem over op elastografie-modus.
Plaats de referentielijn zodat het bereik van de verwervingsdiepte net onder de oppervlakkige peesfascia begint. Pas het interessegebied aan zodat het de peesdikte bedekt en vermijd de huid, het onderhuidse weefsel en het Kager-vetkussen. Controleer vóór de verwerving de beeldkwaliteit door ervoor te zorgen dat het transducervlak bijna loodrecht op het huidoppervlak staat op meer dan 75 graden.
Controleer dat de afstand tussen transducer en huid ongeveer vijf millimeter is. Controleer of er geen zichtbare luchtbellen aanwezig zijn en dat de fascia- en peesvezels duidelijk zichtbaar zijn. Zodra het excitatieapparaat is ingeschakeld, laat het systeem automatisch de schuifmodulus berekenen en toont het gemiddelde en standaarddeviatiewaarden van geldige gegevens.
Houd een constante participatie- en operatorhouding tijdens acquisitie om ten minste 10 geldige, continue datapunten te verkrijgen. Stop gegevensverzameling door op de bevriesfunctie te drukken zodra voldoende datapunten zijn verzameld. Bekijk de dataset op uitschieters en verwijder abnormale datapunten met behulp van de systeembewerkingsfunctie.
Voer sequentieel metingen uit op beide achillespezen onder ontspannen, nul graden neutraal, 20 graden plantaire flexie, 40 graden plantaire flexie, 20 graden dorsalflexie en 40 graden dorsalflexie. Herhaal de metingen minstens drie keer bij elke enkelhoek. Valideer elke meting alleen als de standaardafwijking van de continue datapunten minder dan 10% van het gemiddelde is, zoals vereist door de interne validatiecriteria van het apparaat.
Bewaar B-modus afbeeldingen en mechanische beeldvormingskaarten voor documentatie. Na het voltooien van de meting van de ontspannen toestand, plaats je de voet van de deelnemer in de verstelbare enkeltestlaars, waarbij de hielsteun volledig vlak tegen de achterste hielcup van de basis van de laars ligt. Zet de voorvoet, middenvoet en onderbeen vast met de vastzittende haak- en lusbanden om hiellift of zijwaarts verplaatsen tijdens het testen te voorkomen.
Maak de bilaterale vergrendelknoppen van het kofferbakscharniermechanisme los. Leid de enkel handmatig naar de doelhoek door structurele markeringen uit te lijnen met de goniometrische schaal. Draai de vergrendelknoppen stevig aan om het enkelgewricht op de doelhoek te bevestigen.
Voer direct na het vergrendelen van de hoek een echosone meting uit om visco-elastische peesontspanning te voorkomen. Daarna instrueer je de deelnemer om de enkellaars uit te trekken. Maak alle instrumenten en echo-sondes schoon en desinfecteer ze schoon.
Een geslaagde meting werd visueel gekarakteriseerd door een hoogwaardige B-modus afbeelding met een duidelijke, continue peesfibrillaire structuur parallel aan het huidoppervlak en een stabiele homogene elastografiekleurkaart binnen het vooraf gedefinieerde interessegebied. De gemiddelde variatiecoëfficiënt varieerde van 0,14 tot 0,25 over verschillende gewrichtshoeken. Interklasse correlatiecoëfficiënten varieerden van 0,871 tot 0,974 over alle beoordeelde gewrichtshoeken.
De hoogste betrouwbaarheid werd waargenomen in de ontspannen toestand, en de laagste betrouwbaarheid werd waargenomen in de neutrale nul graden positie. De stijfheid van de achillespees nam non-lineair toe van plantaire buiging naar dorsiflexie bij alle deelnemers. De gegeneraliseerde gemengde modellen toonden een significant hoofdeffect van gewrichtshoek, terwijl zij- en sporttype geen hoofdeffecten lieten zien.
De interactie tussen hoek en sport was significant, wat wijst op sportspecifieke stijfheidsverschillen bij bepaalde enkelhoeken. Dit protocol meet niet-invasief het functionele stijfheidsspectrum van de achillespees en legt het niet-lineaire mechanische gedrag over dynamische hoeken vast. De belangrijkste uitdaging bij dynamische acquisitie is het handhaven van constante contactdruk en de pro-perpendiculariteit om bewegingsartefacten te vermijden.
Toekomstige studies kunnen peesgedrag in kaart brengen om tendonrevalidatie te monitoren, trainingsaanpassingen te beoordelen en dynamische sportprestaties te voorspellen.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overview
This study introduces and validates a portable, standardized protocol for quantifying the functional stiffness spectrum of the Achilles tendon across multiple ankle joint angles. By employing a force–ultrasound fusion system, the method enables continuous mechanical profiling of the tendon, offering improved assessment over traditional single-value or laboratory-bound techniques. The protocol demonstrates high repeatability and reliability, making it suitable for diverse applications in athlete monitoring and injury risk assessment.
Key Study Components
Area of Science
- Sports medicine
- Biomechanics
- Musculoskeletal imaging
Background
- The Achilles tendon’s mechanical properties are crucial for athletic performance and injury prevention.
- In vivo assessment of tendon stiffness is challenging due to limitations of current methods.
- Conventional ultrasonography with dynamometry is expensive and limited to laboratory settings and single joint positions.
- Existing elastography techniques often lack functional relevance or are constrained by methodological assumptions.
Purpose of Study
- To present and validate a portable protocol for quantifying the Achilles tendon’s stiffness spectrum across multiple ankle joint angles.
- To shift assessment from a static stiffness value to a continuous mechanical profile reflecting nonlinear tendon behavior.
- To enable practical, repeatable tendon assessment in laboratory, clinical, and field settings.
Methods Used
- Application of mechanically induced low-frequency vibrations to the Achilles tendon.
- Ultrasound-based motion tracking to estimate the shear elastic modulus of superficial tendon tissue.
- Force–ultrasound fusion system for synchronized measurement.
- Measurements performed bilaterally in elite male athletes at predefined ankle joint positions (relaxed, plantarflexed, neutral, dorsiflexed).
Main Results
- The protocol showed good intra-trial repeatability and excellent intra-session reproducibility across all joint angles.
- Coefficients of variation were within acceptable limits for soft-tissue elastography.
- Intraclass correlation coefficients indicated high measurement reliability.
- Achilles tendon stiffness increased non-linearly with dorsiflexion, demonstrating angle-dependent mechanical behavior.
- No significant effect of side dominance was observed, but sport-specific differences appeared at selected joint angles.
Conclusions
- The protocol provides a practical and repeatable approach for characterizing Achilles tendon mechanical behavior under functionally relevant loading.
- Its portability and standardized workflow support use in laboratory, clinical, and field environments.
- The method is valuable for athlete monitoring, injury risk assessment, and longitudinal evaluation of tendon adaptation.
Frequently Asked Questions
Executive Industry Relevance
Quantitative assessment of tendon mechanical properties is critical for translational musculoskeletal research and preclinical model development. This portable vibration-based elastography protocol enables standardized, reproducible measurement of Achilles tendon stiffness across multiple joint angles, supporting predictive confidence in biomechanical target validation. Its reliability and functional relevance position it as a valuable tool for risk-adjusted advancement in sports medicine and musculoskeletal R&D portfolios.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of tendon mechanical behavior under physiologically relevant loading conditions.
- Supports functional target validation by quantifying nonlinear stiffness profiles across joint angles.
- Facilitates biological de-risking for musculoskeletal intervention strategies.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized, repeatable workflow for tendon stiffness quantification.
- Delivers quantitative outputs suitable for assay reproducibility and cross-study comparison.
- Prepares validated biomechanical systems for downstream screening or intervention studies.
Translational & Preclinical Research
- Aligns tendon mechanical profiling with disease-relevant and athlete-specific translational models.
- Enables longitudinal evaluation of tendon adaptation and intervention effects.
- Supports risk-adjusted decisions for advancing candidate therapies targeting tendon health.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol integrates into the discovery-to-preclinical continuum for musculoskeletal research, bridging early biomechanical hypothesis testing with translational model validation.
- Discovery Biology: Quantifies tendon mechanical response to loading, clarifying functional pathways and de-risking targets.
- Screening: Standardizes measurement of tendon stiffness for reproducible, quantitative assay outputs.
- Analytics: Provides continuous mechanical profiles and statistical reliability metrics for robust condition comparison.
- Translational Research: Enables alignment of preclinical models with athlete-relevant mechanical endpoints.
- Enterprise Reuse: Offers a portable, standardized capability for repeated use across laboratory, clinical, and field settings.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in tendon research.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible, and scalable tendon assessment workflows.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by enabling reliable mechanical phenotyping.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of musculoskeletal R&D assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in ultrasound imaging and biomechanical data interpretation.
- Needs access to force–ultrasound fusion instrumentation and vibration induction hardware.
- Demands cross-team standardization for protocol reproducibility and data comparability.
- Adaptable to various joint angles and subject populations within validated operational limits.
- Practical limitations include dependency on operator training and instrumentation availability.
