Wiarygodność protokołu elastografii opartej na wibracjach do oceny sztywności ścięgna Achillesa w wielu kątach stawów u elitarnych sportowców
16 czerwca 2026
Ten protokół opisuje zstandaryzowaną, przenośną metodę opartą na ultradźwiękach do ilościowego określania spektrum sztywności funkcjonalnej ścięgna Achillesa pod różnymi kątami stawu skokowego u elitarnych sportowców, umożliwiając niezawodną i powtarzalną ocenę zachowania mechanicznego ścięgna w różnych warunkach obciążenia.
Wykorzystujemy nowatorski protokół elastograficzny do oceny sztywności ścięgna Achillesa na różnych kątach stawów, mając na celu scharakteryzowanie adaptacji biomechanicznych u elitarnych sportowców z różnych dyscyplin. W przeciwieństwie do istniejących metod, nasza elastografia oparta na wibracjach niezawodnie ocenia ciągłą sztywność ścięgna, zmiany w pełnym zakresie ruchu. Na początek, rekrutuję uczestników z narodowych zespołów sportowych, w tym profesjonalnych sportowców w wieku od 18 do 26 lat w różnych dyscyplinach sportowych.
Określ dominującą nogę, pytając uczestnika o podanie piłki. Przygotuj sprzęt, elastometry miękkich tkanek M5 wyposażone w sondę z liniowym szeregiem 9L3 do 8,5 megaherców i moduł stymulacji mechanicznej. Zbierz dodatkowy sprzęt, w tym but Achillesa, żel ultradźwiękowy i łóżko badawcze.
Włącz zasilanie główne i upewnij się, że wskaźnik stanu systemu się zapali. Następnie włącz interfejs tabletu, uruchom oprogramowanie systemu ultradźwiękowego, wybierając wyznaczony ikonę aplikacji i upewnij się, że system wchodzi w główny interfejs operacyjny ultradźwięków z wyświetlaną obrazowaniem B-mode w czasie rzeczywistym. Ustaw parametry trybu B na częstotliwość 7,5 megaherców, cztery linie akwizycji, zakres głębokości pięciu milimetrów i czas akwizycji 300 milisekund.
Następnie poinstruuj uczestnika, aby zdjął buty, a następnie umieść uczestnika na plecach na leżaku badawczym z kostkami całkowicie rozciągniętymi za krawędź o około pięć centymetrów. Przeprowadź palpację, aby zlokalizować górny wierzchołek guzka piętowego. Oznacz miejsce 0,5 centymetra powyżej tego punktu za pomocą markera skórnego, aby zdefiniować początkowe miejsce pomiaru.
Nanieś równomierną warstwę nagrzanego żelu sprzęgającego na powierzchnię przetwornika. Lekko umieść sondę na miejscu pomiaru i wyrównaj punkt docelowego pomiaru pod przednią stroną sondy. Teraz przełącz system ultradźwiękowy w tryb elastograficzny.
Umieść linię referencyjną tak, aby zakres głębokości akwizycji rozpoczynał się tuż poniżej powierzchownej fascji ścięgna. Wyreguluj obszar zainteresowania, aby obejmował grubość ścięgna, unikając skóry, tkanki podskórnej i poduszeczki tłuszczowej Kager. Przed akwizycją potwierdź jakość obrazu, upewniając się, że płaszczyzna przetwornika jest prawie prostopadła do powierzchni skóry pod kątem większym niż 75 stopni.
Potwierdź, że odległość przetwornika od skóry wynosi około pięć milimetrów. Upewnij się, że nie ma widocznych pęcherzyków powietrza i że powięź oraz włókna ścięgna są wyraźnie widoczne. Gdy urządzenie stymulujące zostanie włączone, pozwól systemowi automatycznie obliczyć moduł styczności i wyświetlić wartości średniej i odchylenia standardowego ważnych danych.
Utrzymuj stałą postawę uczestnika i operatora podczas akwizycji, aby uzyskać co najmniej 10 ważnych ciągłych punktów danych. Zatrzymaj akwizycję danych, naciskając funkcję zamrażania, gdy zebrano wystarczającą liczbę punktów danych. Przejrzyj zestaw danych pod kątem wartości odbiegających i usuń nienormalne punkty danych za pomocą funkcji edycji systemu.
Przeprowadzaj pomiary sekwencyjnie na obu ścięgnach Achillesa w warunkach wypoczętego stanu, zerowej pozycji neutralnej, 20 stopni zginania podeszwy, 40 stopni zginania podeszwy, 20 stopni uniesionej stopy i 40 stopni uniesionej stopy. Powtarzaj pomiary co najmniej trzy razy pod każdym kątem kostki. Potwierdź każde pomiar tylko wtedy, gdy odchylenie standardowe ciągłych punktów danych jest mniejsze niż 10% średniej, zgodnie z wewnętrznymi kryteriami walidacji urządzenia.
Zapisz obrazy trybu B i mapy obrazu mechanicznego do dokumentacji. Po zakończeniu pomiaru stanu wypoczętego włóż stopę uczestnika do regulowanego buta do badania kostki, upewniając się, że pięta jest całkowicie wyprostowana przeciwko tylnej miseczce buta. Mocno zabezpiecz przednią część stopy, środkową część stopy i dolną część nogi za pomocą zamocowanych pasków z rzepami, aby zapobiec uniesieniu pięty lub przesunięciu się w kierunku bocznym podczas badania.
Odepnij dwustronne klamry zamykające na mechanizmie zawiasowym buta. Ręcznie prowadź kostkę do celowego kąta, wyrównując markery strukturalne z wagą goniometru. Mocno dokręć klamry, aby zabezpieczyć staw kostkowy pod celowym kątem.
Wykonaj pomiar ultradźwiękowy natychmiast po zablokowaniu kąta, aby zapobiec relaksacji ścięgna wiskoelastycznego. Następnie poinstruuj uczestnika, aby zdjął but do badania kostki. Oczyść i zdezynfekuj wszystkie instrumenty i sondy ultradźwiękowe.
Pomiar uznano za udany, jeżeli obraz trybu B wysokiej jakości wykazywał czystą ciągłą strukturę włókienkową ścięgna, równoległą do powierzchni skóry oraz stabilną, jednorodną mapę kolorów elastograficznych w obrębie zdefiniowanego obszaru zainteresowania. Średnie wartości współczynnika zmienności wahały się od 0,14 do 0,25 dla różnych kątów stawów. Wartości współczynnika korelacji inter
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
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.
