Confiabilidade de um protocolo de elastografia baseada em vibração para avaliação da rigidez do tendão de Aquiles em múltiplos ângulos articulares em atletas de elite

Summary

Esse protocolo descreve um método padronizado e portátil baseado em ultrassom para quantificar o espectro funcional de rigidez do tendão de Aquiles em múltiplos ângulos da articulação do tornozelo em atletas de elite, permitindo uma avaliação confiável e reprodutível do comportamento mecânico dos tendões sob diferentes condições de carga.

Abstract

O comportamento mecânico do tendão de Aquiles desempenha um papel crítico no desempenho atlético e no risco de lesões; No entanto, a avaliação in vivo da rigidez dos tendões continua sendo desafiadora. Abordagens convencionais que combinam ultrassonografia com dinamometria são caras, laboratoriais e tipicamente limitadas a posições de uma única articulação, enquanto as técnicas existentes baseadas em elastografia frequentemente são limitadas por pressupostos metodológicos ou relevância funcional limitada.

O objetivo deste estudo foi apresentar e validar um protocolo padronizado e portátil para quantificar o espectro funcional de rigidez do tendão de Aquiles em múltiplos ângulos fixos da articulação do tornozelo. Esse paradigma desloca a avaliação de um único valor estático de rigidez para um perfil mecânico contínuo, capturando a resposta não linear do tendon à carga. Utilizando um sistema de fusão força–ultrassom, vibrações de baixa frequência induzidas mecanicamente foram aplicadas ao tendão, enquanto o acompanhamento de movimento baseado em ultrassom foi usado para estimar o módulo elástico de cisalhamento do tecido tendinoso superficial. As medições foram realizadas bilateralmente em atletas masculinos de elite em posições pré-definidas da articulação do tornozelo, variando desde estados relaxados e plantares até posições neutras e dorsiflexionadas.

O protocolo demonstrou boa repetibilidade intra-ensaio e excelente reprodutibilidade intra-sessão em todos os ângulos articulares, com coeficientes de variação permanecendo dentro dos limites aceitáveis para elastografia de tecidos moles e coeficientes de correlação intraclasse indicando alta confiabilidade. A rigidez do tendão de Aquiles aumentou de forma não linear com a dorsiflexão progressiva, indicando comportamento mecânico dependente do ângulo. Nenhum efeito principal significativo da dominância lateral foi observado em toda a faixa funcional, enquanto diferenças específicas de esportes surgiram em ângulos articulares selecionados.

Esse protocolo oferece uma abordagem prática e repetível para caracterizar o comportamento mecânico do tendão de Aquiles sob condições de carga funcionalmente relevantes. Sua portabilidade e fluxo de trabalho padronizado o tornam adequado para aplicações laboratoriais, clínicas e de campo, oferecendo uma ferramenta valiosa para monitoramento de atletas, avaliação de risco de lesões e avaliação longitudinal da adaptação dos tendões.

Introduction

O tendão de Aquiles desempenha um papel fundamental no movimento humano de alto desempenho, transmitindo forças musculares e armazenando e liberando energia elástica durante as ações do ciclo de encurtamento de alongamento (^SSC). Sua rigidez mecânica é um determinante chave da eficiência do movimento, influenciando a transmissão de força, a reutilização de energia elástica e a produção mecânica geral durante tarefas locomotoras e^{explosivas 2}. Em atletas de elite — especialmente aqueles envolvidos em sprint, salto e outros esportes dominados pelo SSC — maior rigidez do tendão de Aquiles tem sido consistentemente associada a velocidade superior de velocidade, aceleração, economia de corrida, desempenho nos salto e taxa de desenvolvimento de força³. Tanto a exposição a longo prazo em treinamentos quanto a carga mecânica de curto prazo demonstraram induzir alterações mensuráveis na rigidez dos tendões, refletindo a capacidade adaptativa do tecido^{tendinoso 4,5}. Por outro lado, condições patológicas como a tendinopatia de Aquiles são frequentemente caracterizadas por rigidez alterada, que pode prejudicar a transmissão da força apesar da força muscular^{preservada 6}. O impacto da tendinopatia é substancial; Nos esportes de elite, isso leva a perda significativa de tempo, desempenho prejudicado e carreiras potencialmente encurtadas, enquanto em populações recreativas ativas, representa um problema altamente prevalente e recalcitrante que diminui a qualidade de vida e gera custos consideráveis de saúde. A avaliação precisa e confiável da rigidez do tendão de Aquiles é, portanto, essencial para o monitoramento de desempenho, gerenciamento de carga e avaliação relacionada a lesões em populações atléticas.

Atualmente, a combinação de ultrassonografia e dinamometria é amplamente considerada uma abordagem de referência para a avaliação in vivo da rigidez dos ^{tendões 7,8,9}. Embora esse método forneça informações valiosas sobre propriedades mecânicas dos tendões sob condições altamente controladas, várias limitações práticas restringem sua aplicação^{mais ampla.} A configuração é demorada, fortemente dependente da expertise do operador e tipicamente restrita a ambientes laboratoriais. Além disso, representa uma barreira financeira substancial, frequentemente exigindo investimentos de capital significativos tanto para o dinamômetro isocinético quanto para máquinas de ultrassom premium. Além disso, as estimativas de rigidez são comumente derivadas sob condições de carga isoladas ou quase estáticas em uma única configuração articular, o que limita sua aplicabilidade para monitoramento rotineiro de atletas, avaliação em campo e avaliação longitudinal ao longo dos ciclos de treinamento. Essas restrições destacam a necessidade de abordagens alternativas de medição que sejam tanto metodologicamente robustas quanto viáveis em ambientes esportivos aplicados.

Técnicas de elastografia baseadas em ultrassom surgiram como ferramentas valiosas para a avaliação in vivo das propriedades mecânicas dos tendões. Entre elas, a elastografia por onda de cisalhamento (SWE) tem sido amplamente aplicada a tecidos musculoesqueléticos; No entanto, seu uso destacou importantes desafios metodológicos¹¹. Estudos anteriores demonstraram que medições de rigidez derivadas da elastografia são altamente sensíveis ao ângulo da articulação, orientação da sonda, pré-compressão do tecido, seleção da região de interesse (ROI) e estratégias de processamento de dados, especialmente em estruturas altamente anisotrópicas, como tendões. Para mitigar a variabilidade induzida pelo operador, alguns autores defendem o uso de chicotes externos personalizados para proteger a sonda de ultrassom, embora isso muitas vezes aconteça à custa da eficiência dos testes e da rápida aquisição de dados. Como resultado, padrões metodológicos e protocolos rigorosos de medição — seja utilizando técnicas à mão livre ou estabilização externa — têm sido fortemente defendidos para garantir uma avaliação válida e reprodutível da rigidez. Essas considerações metodológicas não se limitam à SWE, mas são amplamente relevantes para técnicas baseadas em elastografia que inferem rigidez tecidular a partir da propagação de ondas induzida mecanicamente.

Nos últimos anos, a elastografia por ultrassom baseada em vibração ganhou destaque como uma alternativa prática e adaptável ao campo para avaliar as propriedades mecânicas dos tecidos musculoesqueléticos^{superficiais 12}. Nessa abordagem, vibrações mecânicas — com parâmetros de frequência e amplitude especificamente otimizados para as propriedades acústicas e estruturais do tecido-alvo — são aplicadas externamente ao tecido, e a propagação da onda resultante é monitorada por meio de imagens por ultrassom para derivar parâmetros relacionados à rigidez. Enquanto estudos pioneiros anteriores utilizaram com sucesso a ultrassonografia combinada com um atuador externo para avaliar a mecânica dos tendões — empregando um pesado agitador mecânico preso ao membro para gerar ondas sinusoidais^{contínuas 13,14} — o protocolo atual utiliza uma abordagem de vibração transitória. Ao empregar uma configuração flexível e portátil, onde a ponta mecânica de excitação é co-posicionada manualmente imediatamente ao lado do transdutor de ultrassom para fornecer impulsos transitórios extremamente breves (300 ms), esse sistema elimina a necessidade de configurações externas complexas e demoradas de fixação. Esse avanço reduz significativamente a carga dos sujeitos e, em comparação com as combinações tradicionais de dinamometria e ultrassom em laboratório, torna os sistemas de elastografia baseados em vibração mais portáteis, não invasivos e viáveis para medições repetidas em ambientes esportivos aplicados. No entanto, apesar dessas vantagens, estudos existentes normalmente avaliam a rigidez do tendão de Aquiles em uma única configuração articular, fornecendo apenas uma visão limitada do comportamento mecânico dos tendões.

A rigidez dos tendões depende inerentemente da configuração da unidade músculo-tendão, variando em função do ângulo da articulação e do comprimento muscular. Portanto, uma medição em ângulo único não captura a variabilidade funcional na rigidez dos tendões que ocorre ao longo da amplitude de movimento do tornozelo e durante posturas específicas de cada esporte. Essa limitação reduz a relevância prática das medições de rigidez para atletas expostos a cargas multiângulos e transições rápidas de força. Até o momento, poucos estudos quantificaram sistematicamente a rigidez do tendão de Aquiles em múltiplos ângulos articulares padronizados usando um protocolo^{reprodutível baseado em elasografia 15}.

Para suprir essa lacuna metodológica, propomos um Paradigma do Espectro de Rigidez Funcional. Essa abordagem reconceitualiza a rigidez dos tendões não como uma propriedade escalar, mas como uma função contínua da posição da articulação, quantificando a saída mecânica do tendão em uma faixa fisiológica de estados de carga. Ao isolar o módulo elástico de cisalhamento do tendão livre em múltiplos ângulos, esse método fornece uma avaliação específica do tecido que complementa a dinamometria tradicional da unidade músculo-tendão. O objetivo deste manuscrito é apresentar um protocolo detalhado e passo a passo para implementar esse método, incluindo posicionamento do sujeito, padronização de ângulos de articulação, manuseio de sondas, seleção de ROI e procedimentos de aquisição de dados. Esse protocolo foi desenvolvido para facilitar a avaliação reprodutível do espectro funcional de rigidez do tendão de Aquiles e para fornecer a pesquisadores e profissionais uma ferramenta prática para investigar adaptações específicas do tendão e biomecânica funcional em atletas de elite. Importante destacar que, para fornecer orientação prática sobre a utilidade desse método, seus limites de aplicabilidade devem ser claramente definidos. Essa abordagem é altamente adequada para o perfil não invasivo, estático ou quase estático da mecânica tendinosa local — como monitoramento de adaptações longitudinais, triagem de assimetrias laterais ou acompanhamento da reabilitação de tendinopatias. No entanto, não é adequado para tarefas de movimento altamente dinâmico e contínuo, onde manter um acoplamento acústico consistente é inviável, nem é aplicável durante a fase aguda de rupturas completas de tendões, onde a tensão de base está ausente. Além disso, os profissionais devem observar que, devido ao efeito de saturação da propagação da onda de cisalhamento sob tensão tecidular extrema, a precisão absoluta da medição pode ser reduzida em amplitudes extremas de movimento (por exemplo, dorsiflexão máxima).

Protocol

Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade de Esportes de Pequim (Número de aprovação: 2025608H), e todos os procedimentos foram conduzidos de acordo com a Declaração de Helsinque. Todos os participantes forneceram consentimento informado por escrito para participação no estudo e publicação de imagens anonimizadas.

Preparação dos participantes

Recrutamento e elegibilidade

Os participantes foram recrutados de equipes esportivas de nível nacional e incluíam atletas profissionais do sexo masculino entre 18 e 26 anos, em várias disciplinas esportivas (por exemplo, sprint, tênis, basquete). Os participantes foram avaliados para garantir um índice de massa corporal (IMC) ^normal. A perna dominante era determinada pedindo aos participantes que chutassem uma bola.

Critérios de inclusão e exclusão

Os participantes atenderam aos seguintes critérios de inclusão: sexo masculino, IMC normal e qualificação esportiva em nível nacional. Os critérios de exclusão incluíram histórico de lesão ou cirurgia no tornozelo, doença neurológica ou sistêmica, dor musculoesquelética aguda ou inflamação envolvendo o tendão de Aquiles ou estruturas ao redor, e uso autodeclarado de drogas anabolizantes.

Ambiente de teste e instruções pré-teste

Todas as medições foram realizadas sob condições laboratoriais padronizadas, utilizando a mesma sala de testes e examinadores para todos os participantes. Os participantes foram orientados a evitar exercícios de alta intensidade por 48 horas antes do teste¹⁷.

Componentes e conexões de equipamentos

Um sistema portátil de elastografia por ultrassom baseado em vibração foi utilizado neste estudo. Os produtos e softwares comerciais específicos utilizados são detalhados na Tabela de Materiais. O sistema consistia em quatro componentes principais: (1) uma unidade principal com software integrado do sistema (versão 1.0), (2) um transdutor de ultrassom de matriz linear, (3) um módulo de excitação externo e (4) uma cabeça de vibração L15.

O transdutor de matriz linear era uma sonda de 128 elementos com frequência central nominal de 100 Hz e amplitude de 1 mm, projetada para imagens de alta resolução de tecidos musculoesqueléticos superficiais. O módulo de excitação, junto com a cabeça vibratória L15, gerava vibrações mecânicas de baixa frequência (15 ± 2 mm), que eram transmitidas ao tecido para induzir ondas que se propagam mecanicamente. O movimento dos tecidos resultante da propagação das ondas foi monitorado pelo sistema de ultrassom, e parâmetros relacionados à rigidez foram derivados usando o software de análise embutido do sistema.

O transdutor era conectado à unidade principal alinhando o conector com a interface correspondente no painel traseiro da unidade principal, inserindo-o firmemente até que travasse no lugar com os botões do conector totalmente engatados e alinhados com a carcaça da sonda, e puxando suavemente o cabo do transdutor para confirmar a conexão segura. O módulo de excitação era conectado ao soquete designado localizado no lado inferior esquerdo da unidade principal, alinhando o conector de trava, inserindo-o completamente e apertando manualmente o mecanismo de travamento para garantir uma conexão mecânica e elétrica estável. O sistema era ligado ligando a fonte principal de alimentação e confirmando que o indicador de status do sistema estava aceso, seguido pela ligação da interface do tablet, lançamento do software do sistema de ultrassom selecionando o ícone designado para aplicação e verificação de que o sistema entrou na interface principal de operação do ultrassom com imagens em modo B em tempo real exibidas.

Aquisição do módulo elástico de cisalhamento (G)

Preparação e posicionamento do transdutor

Uma camada uniforme de gel de acoplamento pré-aquecido foi aplicada à superfície do transdutor e a sonda foi colocada levemente contra o local de medição, com o ponto-alvo alinhado sob o lado anterior da sonda. A qualidade da imagem foi confirmada antes da aquisição, garantindo que o plano do transdutor estivesse quase perpendicular à superfície da pele (>75°), a distância entre o transdutor e a pele fosse de aproximadamente 5 mm, que não houvesse bolhas de ar visíveis e que as fibras da fáscia e dos tendões fossem claramente visualizadas.

Configuração do módulo de excitação

Os parâmetros do modo elastografia (modo E) foram ajustados para uma frequência de 7,5 MHz, 4 linhas de aquisição, uma faixa de profundidade de 5 mm e um tempo de aquisição de 300 ms. O módulo de excitação foi ativado, e a ponta de excitação foi posicionada 3–6 mm à frente do lado de protuberância da sonda, perpendicular ao plano de imagem da sonda.

Imagem em modo E e ajuste de profundidade

O sistema de ultrassom foi alterado para modo E, e a linha de referência foi posicionada de modo que a faixa de profundidade de aquisição começasse logo abaixo da fáscia tendinosa superficial. A região de interesse (ROI) foi ajustada para cobrir a espessura do tendão, evitando estritamente a pele, o tecido subcutâneo e a almofada adiposa de Kager.

Aquisição de dados e controle de qualidade

A medição contínua era iniciada clicando no botão On , e o sistema calculava automaticamente o módulo de cisalhamento (G), fornecendo a média ± valores de SD dos dados válidos. A postura do participante e do operador foi mantida constante durante a aquisição para obter pelo menos 10 pontos de dados contínuos válidos. A aquisição de dados era interrompida pressionando a função de congelamento assim que pontos de dados suficientes eram coletados. O conjunto de dados foi revisado quanto a outliers, e pontos de dados anormais foram removidos usando a função de edição do sistema.

As medições foram repetidas pelo menos três vezes em cada ângulo do tornozelo. Uma medição era considerada válida apenas se o desvio padrão (DE) dos pontos de dados contínuos fosse inferior a 10% da média, de acordo com os requisitos internos de validade do dispositivo; caso contrário, a medição era descartada e repetida. Imagens em modo B e mapas de imagem mecânica foram salvos para documentação (Figura 1).

Figura 1. Representação esquemática do protocolo experimental de aquisição do espectro de rigidez funcional. (A) Configuração experimental. (B) Zonas específicas de medição no tendão de Aquiles. (C) Ângulos da articulação do tornozelo na sequência experimental. Abreviações: PF = flexão plantar, DF = dorsiflexão. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Procedimento de aquisição de dados

Registro do sujeito e localização anatômica

Informações demográficas e atléticas dos participantes foram registradas na chegada. Os participantes foram instruídos a tirar os sapatos e meias e deitar de bruços no sofá de exame com os tornozelos totalmente estendidos sobre a borda em aproximadamente 5 cm. O ápice superior da tuberosidade calcânea foi localizado por palpação, e um ponto 5 cm proximal a esse marco foi marcado usando um marcador cutâneo para definir o local inicial da medição. O local marcado foi verificado por meio de ultrassom na visão longitudinal.

Medição de linha de base

A aquisição inicial da rigidez foi realizada no estado de base (estado relaxado sem boot) seguindo os procedimentos descritos acima.

Medição multiângulo (espectro de rigidez funcional)

As medições foram realizadas sequencialmente em ambos os tendões de Aquiles sob as seguintes condições: relaxado, 0° (neutro), 20° de flexão plantar (PF), 40° PF, 20° de dorsiflexão (DF) e 40° DF. Uma ordem de teste randomizada foi intencionalmente evitada, pois testar uma posição extrema de dorsiflexão antes das posições de flexão plantar induziria histerese e pré-condicionamento tecidual, alterando artificialmente a mecânica da linha de base e afetando medições subsequentes.

Figura 2. Interface representativa do sistema durante a aquisição de dados. O painel central exibe uma imagem longitudinal em modo B do tendão de Aquiles, mostrando um alinhamento claro e paralelo das fibras. O painel amarelo à direita exibe a quantificação em tempo real do módulo elástico de cisalhamento (G). O sistema calcula automaticamente o valor médio (20,46 kPa neste exemplo) e o desvio padrão (0,37 kPa) a partir da lista de medições válidas mostrada abaixo. Essa leitura demonstra alta estabilidade na medição com baixo desvio padrão (DE < 10% da média), atendendo aos critérios de controle de qualidade do protocolo. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Instalação do botom e ajuste do ângulo

O pé do participante era colocado na bota ajustável de teste do tornozelo, garantindo que o calcanhar ficasse completamente alinhado com a copa posterior do calcanhar da base da bota. A parte dianteira, médio do pé e parte inferior da perna foram fixados usando as tiras de gancho e laços presas para evitar elevação do calcanhar ou deslocamentos laterais durante os testes. Os botões bilaterais de travamento no mecanismo da dobradiça da bota foram afrouxados, e o tornozelo foi guiado manualmente para o ângulo alvo alinhando marcadores estruturais com a escala goniométrica. Os botões de trava eram então firmemente apertados para fixar a articulação do tornozelo no ângulo alvo. A medição por ultrassom foi realizada imediatamente após o travamento do ângulo para evitar relaxamento viscoelástico do tendão.

Pós-procedimento

Os participantes foram instruídos a remover a bota até o tornozelo, e todos os instrumentos e sondas de ultrassom foram limpos e higienizados.

Processamento de dados e análise estatística

Agregação de dados

Para cada ensaio de medição, a SD interna dos pontos de dados foi verificada como sendo <10% da média. O coeficiente de variação (CV) entre os três ensaios válidos foi calculado para cada ângulo de medição e deveria ser <30%; caso contrário, o conjunto de dados era descartado e re-medido. A média geral dos três ensaios bem-sucedidos foi calculada e utilizada para análises subsequentes.

Modelagem estatística

O coeficiente de correlação intraclasse (ICC) foi calculado para avaliar a reprodutibilidade da medição. Os efeitos das variáveis sobre a rigidez do tendão de Aquiles foram analisados usando Modelos Mistos Generalizados (GLMM). A rigidez do tendão de Aquiles (G) foi especificada como a variável dependente, com ângulo da articulação do tornozelo, tipo esportivo e perna dominante como fatores fixos. O ID do sujeito foi incluído como efeito aleatório para considerar medidas repetidas. Análises pós-hoc com correção de Bonferroni foram realizadas.

Visualização de dados

Os dados processados foram exportados e visualizados usando gráficos de linhas para análise espectral de rigidez e gráficos de barras para comparações de grupos.

Results

Antes de interpretar os resultados estatísticos, era fundamental definir os critérios para uma implementação bem-sucedida versus fracassada desse protocolo. As características demográficas dos participantes são apresentadas na Tabela 1. Uma medição bem-sucedida foi visualmente caracterizada por uma imagem de alta qualidade em modo B, exibindo uma estrutura fibrilar de tendões clara e contínua paralela à superfície da pele, combinada com um mapa de cores elastográfico est...

Discussion

Este estudo apresentou um protocolo padronizado para quantificar o espectro funcional de rigidez do tendão de Aquiles em atletas masculinos de elite usando um dispositivo portátil de fusão força-ultrassom. Ao contrário da imagem anatômica convencional, que oferece visão funcional limitada, esse método utilizou elastografia por ultrassom baseada em vibração para mapear de forma não invasiva as propriedades mecânicas do tendão em uma faixa fisiológica de ângulos da articulação do tornozelo...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Botas	Ober	AO-36	use como sugerido no protocolo
Gel de Acoplamento	Jinya Technology	TM-100	use como sugerido no protocolo
Excel	Microsoft	https://www.microsoft.com/microsoft-365/excel	Usado pelos autores para arranjo de dados
Jamovi	O projeto Jamovi	https://www.jamovi.org/	Usado pelos autores para análise estatística
Dispositivo Portátil de Ultrassom	XiJian Technology	T5C1B101WT	use como sugerido no protocolo
Prism	Graphpad	N/A; https://www.graphpad.com	Usado pelos autores para visualização
SPSS	IBM	https://www.ibm.com/products/spss-statistics	Usado pelos autores para análise estatística