Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Ультразвуковая характеристика тканей ахиллова сухожилия человека путем количественной оценки стабильности эхографических картин

1K просмотров

DOI:

10.3791/68543

5 сентября 2025 г.

В этой статье

Краткое содержание

Ультразвуковое исследование является наиболее часто используемым в клинических условиях подходом для оценки размера и структуры ахиллова сухожилия. Чтобы расширить оценку ахиллова сухожилия более полным образом, недавно был предложен подход к характеристике тканей ультразвуком (UTC), который был проверен в клинических исследованиях.

Аннотация

Оценка размера и структуры сухожилия обычно включается в клиническое ведение здоровых спортсменов и различных типов пациентов для персонализации их тренировок или реабилитации. Количественный анализ структуры ахиллова сухожилия, описанной здесь, может быть выполнен с помощью недавно представленной системы, которая является неинвазивной, относительно недорогой, портативной, не требующей облучения и позволяющей быстро собирать точные и воспроизводимые данные. В нем используется стандартный ультразвуковой датчик, который автоматически перемещается трекером с точностью до 0,2 мм по интересующей области для сбора последовательных двумерных ультразвуковых изображений, которые затем компилируются в трехмерный блок данных. Процедура измерения проста: испытуемый может быть протестирован за 10-15 минут, и автоматически создается подробный отчет. Количественная оценка четырех различных типов эхокардиологии позволяет оценить целостность ткани: эта количественная оценка может быть полезна для диагностической и прогностической оценки пациентов с тендинопатией ахиллова сухожилия.

Введение

Ахиллово сухожилие является распространенным местом тендинопатии, вызывающей боль, физические нарушения и инвалидность 1,2. Тендинопатия ахиллова сухожилия является распространенным заболеванием, возникающим в результате чрезмерной нагрузки, особенно среди спортсменов, но она также распространена у людей, ведущих сидячий образ жизни, и пациентов с ревматологическими и эндокриннымизаболеваниями. Можно диагностировать две различные формы тендинопатии ахиллова сухожилия: тендинопатия средней части, которая поражает сухожилие на 2-7 см выше его пяточного прикрепления, и инсерционная тендинопатия, которая поражает дистальные 2 см сухожилия проксимальнее пяточной кости4. Тендинопатия среднего ахиллова сухожилия наблюдается чаще, чем инсерционная тендинопатия 5,6, которая обычно встречается у ревматологических пациентов7 и эндокринных8, а также у пациентов с деформацией Хаглунда9.

Среди диагностических тестов для оценки ахиллова сухожилия ультразвуковое исследование в настоящее время является наиболее распространенным подходом, но его использование в клинической практике обычно ограничивается количественными измерениями размера сухожилия (т.е. толщины и площади поперечного сечения) и качественной оценкой структуры сухожилия10,11. Кроме того, ультразвуковое исследование создает такие проблемы, как межоператорская/внутриоператорская вариабельность и отсутствие стандартизации в протоколах сбора данных. Таким образом, при попытке сравнить или проанализировать данные, полученные с разных устройств и с разными протоколами сбора, возникает множество проблем.

Ультразвуковая характеристика тканей (UTC) – это новый метод, предложенный для количественной оценки структурной целостности сухожилия и преодоления некоторых ограничений традиционного ультразвукового подхода13. Этот метод позволяет количественно оценить ультраструктурное расположение ахиллова сухожилия путем анализа трехмерной стабильности эхо-сигналов (интенсивности и распределения) на непрерывных поперечных ультразвуковых изображениях13. UTC обеспечивает количественную оценку целостности сухожилий, выраженную в терминах четырех различных типов эхосигналов. Эхо I типа отражает неповрежденные и выровненные пучки сухожилий; эхо II типа соответствует слабо нарушенным и волнистым пучкам сухожилий; эхо III типа происходит преимущественно из фибриллярной ткани; а эхотип IV представляет собой области, состоящие в основном из аморфного матрикса с заметной потерей фибрилл, клеточных элементов или скопления жидкости13,14.

Недавние исследования показали, что UTC имеет хорошую или отличную воспроизводимость 15,16,17,18 и может быть использован для мониторинга изменений ахиллова сухожилия у элитных спортсменов после одиночных тренировок 19 и хронической нагрузки 20, у здоровых21 и тендинопатических22 после ударно-волновой терапии, а также у пациентов с тендинопатией средней части тела 23,24. Кроме того, было показано, что UTC обнаруживает и количественно оценивает легкую дезорганизацию тканей, в то время как обычный ультразвук не может обнаружить эти изменения. Фактически, Docking et al.25 показали у пациентов с односторонней тендинопатией ахиллова сухожилия (средней или инсерционной), что оба сухожилия были структурно скомпрометированы, что подтверждает доказательства двустороннего характера тендинопатии. Мы также недавно обнаружили, что у пациентов с псориатическим артритом и инсерционной тендинопатией анализ UTC смог обнаружить двусторонние структурные изменения сухожилий дажепри односторонних симптомах. В недавнем систематическом обзоре27 был сделан вывод о том, что UTC также может предоставить прогностическую информацию у пациентов с тендинопатией ахиллова сухожилия: снижение процентного соотношения эхокардиографии I и II типа может предшествовать возникновению клинических симптомов и предсказывать их. Целью данного протокола является описание процедуры оценки ахиллова сухожилия с помощью подхода UTC.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

Протокол соответствует руководящим принципам добросовестности исследований Политехнического института Турина28. Получение ультразвуковых изображений проводилось в рамках научного исследования, одобренного местным этическим комитетом («Comitato Etico Interaziendale»: протокол No 0001612/30/12/2021), и исследуемые субъекты дали письменное согласие (на участие в исследовании и публикацию обезличенных изображений).

1. Подготовка системы

ПРИМЕЧАНИЕ: Система состоит из четырех компонентов (см. Таблицу материалов): Интеллектуальная система с программным обеспечением ультразвукового сканера; программное обеспечение для анализа; многочастотный (5-16 МГц) 192-элементный линейный преобразователь с линейной антенной решеткой шириной 4 см и номинальной центральной частотой 11 МГц; Трекер: рамный (предустановленный) и stand-off (смонтированный).

  1. Подготовка преобразователя
    ПРИМЕЧАНИЕ: Датчик должен быть установлен на трекере в поперечном положении, которое поставляется с рамой и стойкой, установленными на месте (дополнительный рисунок S1A).
    1. Освободите стойку от трекера, открутив два металлических винта под трекером, а затем покройте верхнюю поверхность стойки толстым слоем акустического геля. Соедините эти два компонента вместе.
    2. Открутите два черных винта ремня датчика и стопорный винт основания держателя датчика. Вставьте преобразователь в основание держателя преобразователя и закрутите стопорный винт. Полностью опустите ремешок на горловину датчика и затяните два винта.
    3. Открутите два черных винта, которые удерживают держатель датчика на месте, и отрегулируйте высоту держателя датчика так, чтобы он шел (от полумиллиметра до одного миллиметра) без рамы и стойки, соприкасаясь с акустическим гелем.
    4. Подключите трекер (с помощью USB-кабеля) и датчик к Smart System. Подключите блок питания Smart System.
  2. Включение системы
    1. Включите интеллектуальную систему, нажимая кнопку питания на верхнем левом краю устройства, пока на ручке не станет виден синий индикатор.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Будет слышно несколько звуковых сигналов.
    2. На рабочем столе дважды щелкните значок figure-protocol-1 ультразвукового программного обеспечения, а затем сверните экран ультразвукового исследования на панели инструментов Smart System.
    3. Включите трекер нажатием кнопки ВКЛ/ВЫКЛ.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Раздастся двойной звуковой сигнал, подтверждающий соединение Smart System с трекером: теперь система готова к сбору данных.

2. Подготовка предмета

  1. Попросите испытуемого лечь в удобную позу лежа, расслабив босую ногу, свисая с края стола.
  2. Покройте кожу дистальной части задней ноги акустическим гелем, образуя толстый слой для обеспечения оптимального контакта между кожей и датчиком.
  3. Пассивно сгибайте голеностопный сустав субъекта (до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное тыльное сгибание), прижимая колено к головкам плюсневых костей субъекта (дополнительный рисунок S1B).

3. Получение изображения

  1. В Smart System дважды щелкните по значку figure-protocol-2программного обеспечения для анализа . Нажмите красную кнопку figure-protocol-3 (Acquisition) на верхней панели инструментов. В сообщении Инициализация трекера OK нажмите OK.
  2. Когда появится окно управления сбором данных, нажмите «ЗАПУСТИТЬ НАС », чтобы отобразить ультразвуковое изображение из программного обеспечения для ультразвуковой диагностики.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте следующие предустановленные настройки захвата: глубина проникновения 30 мм, 4 фокусные точки и фокус центрального луча на 20 мм. Размеры боковых и осевых пикселей должны быть равны 0,0925926 мм. Во время сбора данных установите размер шага (т. е. расстояние между одним срезом и другим) равным 0,2 мм.
  3. Нажмите кнопку ACQUISITION в окне управления захватом. Когда появится сообщение Нажмите кнопку Пуск на терминале для запуска регистрации, нажмите OK.
  4. Расположите трекер в пяточной области перпендикулярно длинной оси ахиллова сухожилия.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что пяточная кость наблюдается на экране ультразвукового сканера в качестве костного ориентира, послужившего ориентиром.
  5. Нажмите кнопку СТАРТ на трекере, чтобы начать захват данных. Следите за всей процедурой сканирования через экран ультразвукового сканера в Smart System.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Датчик начинает автоматически перемещаться вдоль трекера по всей длине сухожилия от дистального к проксимальному. Как только проксимальное положение достигнуто, после нескольких секунд остановки, датчик возвращается в дистальное положение, получая поперечные изображения сухожилия в оттенках серого (одно изображение каждые 0,2 мм на расстоянии 12 см, всего 600 изображений, примерно за 45 секунд).
  6. В конце цикла сбора данных нажмите OK в окне управления сбором данных, а затем нажмите кнопку EXIT.
  7. Нажмите на поперечное сечение экрана (вверху слева) в меню программного обеспечения для анализа, чтобы обновить экран и отобразить полученные изображения. Сохраните изображения в соответствующей папке с помощью строки SAVE SCAN из выпадающего меню ФАЙЛ.

4. Анализ изображений

ПРИМЕЧАНИЕ: Начните анализ полученных изображений или откройте ранее сохраненные изображения, нажав кнопку ОТКРЫТЬ СКАН в раскрывающемся меню. Открытие файла займет несколько секунд, и изображения откроются во всех четырех видах, которые можно прокрутить для трехмерной томографической визуализации (дополнительный рисунок S2).

  1. Оконтуривание
    1. В программном обеспечении для анализа нажмите на figure-protocol-4 кнопку на верхней панели инструментов, чтобы переключиться с качественного на количественный набор параметров.
    2. Нажмите на figure-protocol-5 кнопку на верхней панели инструментов, чтобы задать параметры анализа: откроется окно.
    3. Установите флаг CUSTOM 1 и установите окно образца на 25, сохраните, нажав на кнопку СОХРАНИТЬ ВСЕ НАСТРОЙКИ .
      ПРИМЕЧАНИЕ: Пример окна 25 идеально подходит для рисования контуров.
    4. Закройте окно и запустите анализ, нажав на figure-protocol-6 кнопку на верхней панели инструментов.
    5. Нажмите figure-protocol-7 на верхнюю панель инструментов, чтобы выбрать режим рисования/редактирования контура, и выберите КОНТУР в окне (Дополнительный рисунок S3 и Дополнительный рисунок S4). Начиная от края пяточной кости (скользя по сканам в сагиттальной плоскости), перемещайте курсор и кликайте мышью через равные промежутки времени, чтобы нарисовать контур, окружающий сухожилие в поперечном сечении.
    6. Рисуйте контур через каждые 25 снимков, переходя в сагиттальном разрезе к следующему положению, переключаясь из режима анализа в ультразвуковой.
    7. Когда все контуры будут наложены на интересующую область, нажмите кнопку figure-protocol-8 еще раз, чтобы закрыть окно.
    8. Сохраните контуры, нажав на линию СОХРАНИТЬ КОНТУР в выпадающем меню ФАЙЛ.
  2. Статистика
    1. В программном обеспечении для анализа запустите новый анализ, нажав на figure-protocol-9 кнопку на верхней панели инструментов.
      ПРИМЕЧАНИЕ: figure-protocol-10 кнопка соответствует окну образца, идеально подходящему для общего анализа.
    2. Нажмите на figure-protocol-11 кнопку на верхней панели инструментов, чтобы отобразить график со статистическими данными: откроется окно. Нажмите на кнопку КОНТУР , чтобы отобразить график статистики (дополнительный рисунок S5) всех нарисованных и интерполированных контуров.

5. Отчетность

ПРИМЕЧАНИЕ: Программа оснащена функцией отчетности. Чтобы подготовить данные для отчетности, необходимо предпринять некоторые шаги.

  1. В программном обеспечении для анализа выберите соответствующие положения в сагиттальном поперечном сечении и нажмите кнопку STAR на верхней панели инструментов, чтобы выбрать положения для эталонных изображений.
  2. Нажмите на figure-protocol-12 кнопку на верхней панели инструментов, чтобы импортировать изображения и статистические данные в PDF-редактор. Отредактируйте отчет, введя информацию о пациенте, дату оценки, оператора, выбранные эталонные изображения и интерпретацию результатов в соответствующих разделах (Дополнительный файл 1).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

На рисунке 1 представлены репрезентативные изображения нормального ахиллова сухожилия. Качественная оценка структуры сухожилия (как при продольном, так и при поперечном сканировании) показала однородную эхогенность, а количественная оценка размера сухожилия (цель для измерения толщины была взята в положении #2, которое соответствовало самой толстой части сухожилия в поперечном виде) зафиксировала нормальную толщину (4 мм).

Анализ ...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Процедура, представленная в данной статье, может быть использована для оценки размера и структуры ахиллова сухожилия с помощью коммерчески доступного раствора, который был ранее разработан13,14 и валидирован как на здоровых, так и на патологических сухожилиях 14,15,16,17,18<...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторы заявляют об отсутствии потенциального конфликта интересов.

Благодарности

Авторы выражают признательность Хансу ван Ши за критический отзыв об окончательном варианте рукописи. Это исследование было поддержано Туринским университетом (Fondo per la Ricerca Locale - ex-60%) и проводилось в рамках проекта "QuAntitative Imaging of VAScular dysregulation, as a funCtional basis for aUtoimmune disordErs and tumorS (AI-VASCUES)", финансируемого Европейским Союзом - Next Generation EU в рамках программы PRIN 2022 (D.D. 104 - 02/02/2022 Ministero dell'Università e della Ricerca). Данная рукопись отражает только взгляды и мнения авторов, и Министерство не может считаться ответственным за них.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
5 – 16 МГц Линейный Антенный Зонд  Терасон16L5«Преобразователь» в рукописи
Ультразвуковой сканер uSmart 3200TТерасонTerason TAB3«Умная система» в рукописи
Программное обеспечение UTCВизуализация UTCВерсия 1.0.0«Аналитическое программное обеспечение» в рукописи
UTC TrackerВизуализация UTC«Следопыт» в рукописи

Ссылки

  1. Maffulli, N., Kader, D. Tendinopathy of tendo Achillis. J Bone Joint Surg Br. 84 (1), 1-8 (2002).
  2. Clain, M. R., Baxter, D. E. Achilles tendinitis. Foot Ankle. 13 (8), 482-487 (1992).
  3. Sorosky, B., Press, J., Plastaras, C. The practical management of Achilles tendinopathy. Clin J Sport Med. 14 (1), 40-44 (2004).
  4. Alghamdi, N. H., Pohlig, R. T., Sions, J. M., Silbernagel, K. G. Differences at the Achilles insertion between adults with insertional and midportion Achilles tendinopathy as observed using ultrasound. Muscles Ligaments Tendons J. 12 (2), 115-121 (2022).
  5. Chen, J., Zhang, X., Wang, Y., Chen, Z. A treatment protocol for Achilles tendinopathy with extracorporeal shockwave therapy. J Vis Exp. (210), e66010(2024).
  6. Chimenti, R. L., Cychosz, C. C., Hall, M. M., Phisitkul, P. Current concepts review update: insertional Achilles tendinopathy. Foot Ankle Int. 38 (10), 1160-1169 (2017).
  7. Schett, G., de Angelis, R., Lories, R. J., McInnes, I. B., Smolen, J. S. Enthesitis: from pathophysiology to treatment. Nat Rev Rheumatol. 13 (12), 731-741 (2017).
  8. Giai Via, A., Oliva, F., Padulo, J., Oliva, G., Maffulli, N. Insertional calcific tendinopathy of the Achilles tendon and dysmetabolic diseases: an epidemiological survey. Clin J Sport Med. 32 (1), e68-e73 (2022).
  9. Kang, S., Thordarson, D. B., Charlton, T. P. Insertional Achilles tendinitis and Haglund's deformity. Foot Ankle Int. 33 (6), 487-491 (2012).
  10. Giacchino, M., Pantalone, A., Carriero, A., Maffulli, N. Quantitative analysis of patellar tendon size and structure in asymptomatic professional players: sonographic study. Muscles Ligaments Tendons J. 7 (3), 449-458 (2018).
  11. Sunding, K., Fahlström, M., Werner, S., Forssblad, M., Willberg, L. Evaluation of Achilles and patellar tendinopathy with greyscale ultrasound and colour Doppler: using a fourgrade scale. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 24 (6), 1988-1996 (2016).
  12. McAuliffe, S., McCreesh, K., Culloty, F., Purtill, H., O'Sullivan, K. Can ultrasound imaging predict the development of Achilles and patellar tendinopathy? A systematic review and metaanalysis. Br J Sports Med. 50 (24), 1516-1523 (2016).
  13. van Schie, H. T., de Jong, S., van Weeren, P. R., de Vos, R. J. Ultrasonographic tissue characterisation of human Achilles tendons: quantification of tendon structure through a novel noninvasive approach. Br J Sports Med. 44 (16), 1153-1159 (2010).
  14. van Schie, H. T., Bakker, E. M., Jonker, A. M., van Weeren, P. R. Computerized ultrasonographic tissue characterization of equine superficial digital flexor tendons by means of stability quantification of echo patterns in contiguous transverse ultrasonographic images. Am J Vet Res. 64 (3), 366-375 (2003).
  15. Lawson, A., Noorkoiv, M., Masci, L., Mohagheghi, A. A. Ankle joint position and the reliability of ultrasound tissue characterization of the Achilles tendon: a pilot study. Med Sci Monit. 25, 6884-6893 (2019).
  16. Pereira, C. S., Santos, R. C. G., Whiteley, R., Finni, T. Reliability and methodology of quantitative assessment of harvested and unharvested patellar tendons of ACLinjured athletes using ultrasound tissue characterization. BMC Sports Sci Med Rehabil. 11, 12(2019).
  17. van Ark, M., de Vos, R. J., de Jonge, S., de Boer, F., Zwerver, J. Inter and intrarater reliability of ultrasound tissue characterization (UTC) in patellar tendons. Scand J Med Sci Sports. 29 (8), 1205-1211 (2019).
  18. Paantjens, M. A., de Vos, R. J., Zwerver, J. Intra and interrater reliability of processing ultrasound tissue characterization scans in midportion Achilles tendinopathy. Transl Sports Med. 5, 9348298(2022).
  19. Rosengarten, S. D., Malliaras, P., Docking, S. I. Australian football players' Achilles tendons respond to game loads within 2 days: an ultrasound tissue characterisation (UTC) study. Br J Sports Med. 49 (3), 183-187 (2015).
  20. Esmaeili, A., Stewart, A. M., Hopkins, W. G., Elias, G. P., Aughey, R. J. Effects of training load and leg dominance on Achilles and patellar tendon structure. Int J Sports Physiol Perform. 12 (Suppl 2), S2122-S2126 (2017).
  21. Leong, H. T., Malliaras, P., Docking, S. I., Rio, E., Cook, J. Extracorporeal shock wave therapy immediately affects Achilles tendon structure and widespread pressure pain thresholds in healthy people: a repeatedmeasures observational study. Am J Phys Med Rehabil. 98 (9), 806-810 (2019).
  22. Gatz, M., Malliaras, P., Rio, E., Alfredson, H., Cook, J. Line and pointfocused extracorporeal shock wave therapy for Achilles tendinopathy: a placebocontrolled RCT. Sports Health. 13 (5), 511-518 (2021).
  23. de Jonge, S., van Schie, H. T., de Vos, R. J., van Dijk, C. N. Achilles tendons in people with type 2 diabetes show mildly compromised structure: an ultrasound tissue characterization study. Br J Sports Med. 49 (15), 995-999 (2015).
  24. de Sá, A., Hart, D. A., Khan, K., Scott, A. Achilles tendon structure is negatively correlated with body mass index, but not influenced by statin use: a crosssectional study using ultrasound tissue characterization. PLoS One. 13 (6), e0199645(2018).
  25. Docking, S. I., Rosengarten, S. D., Daffy, J., Cook, J. Structural integrity is decreased in both Achilles tendons in people with unilateral Achilles tendinopathy. J Sci Med Sport. 18 (4), 383-387 (2015).
  26. Busso, C., Scirè, C. A., Epis, O., Caporali, R., Cimmino, M. A. Ultrasound tissue characterization and function of Achilles tendon in psoriatic arthritis patients: a crosssectional study. Eur J Phys Rehabil Med. 61 (1), 109-118 (2025).
  27. Rabello, L. M., Dams, O. C., vanden AkkerScheek, I., Zwerver, J., O'Neill, S. Substantiating the use of ultrasound tissue characterization in the analysis of tendon structure: a systematic review. Clin J Sport Med. 31 (3), e161-e175 (2021).
  28. Politecnico di Torino. Research integrity policy. PoliTO. , https://www.polito.it/sites/default/files/2023-05/Research%20Integrity%20POLITO_EN.pdf (2023).
  29. Minetto, M. A., Leskinen, M. J., Maffulli, N. Ultrasoundbased detection of glucocorticoidinduced impairments of muscle mass and structure in Cushing's disease. J Endocrinol Invest. 42 (7), 757-768 (2019).
  30. Molinari, F., Caresio, C., Acharya, U. R., Mookiah, M. R., Minetto, M. A. Advances in quantitative muscle ultrasonography using texture analysis of ultrasound images. Ultrasound Med Biol. 41 (9), 2520-2532 (2015).
  31. Salvi, M., Chelli, A., Maffulli, N., Tiberto, G., Cacchio, A. Transverse muscle ultrasound analysis (TRAMA): robust and accurate segmentation of muscle crosssectional area. Ultrasound Med Biol. 45 (3), 672-683 (2019).
  32. Järvinen, T. A. Neovascularization in tendinopathy: from eradication to stabilization. Br J Sports Med. 54 (1), 1-2 (2020).
  33. Wezenbeek, E., Witvrouw, E., Molenaers, G., Mahieu, N., De Clercq, D. What does normal tendon structure look like? New insights into tissue characterization in the Achilles tendon. Scand J Med Sci Sports. 27 (7), 746-753 (2017).
  34. Elgart, B., Pietrosimone, L. S., Lucero, A., Stafford, H. C., Berkoff, D. J. Identifying Achilles tendon structure differences by ultrasound tissue characterization in asymptomatic individuals. Scand J Med Sci Sports. 31 (10), 1914-1920 (2021).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги