| description |
Halinen, A. Mapping the helical structure of the Achilles tendon and developing a measurement protocol combining ultrasound and electrical stimulation. Faculty of Sport and Health Sciences, University of Jyväskylä, Master’s Thesis in Biomechanics, 63 pages, 1 appendix.
The aim of this Master’s thesis was to investigate how the electrical stimulation of individual calf muscles affects the axial twisting of the Achilles tendon. The study is part of the ACHILLES project at the Faculty of Sport and Health Sciences, University of Jyväskylä, which focuses on developing the USTIM method (UltraSound and electrical STIMulation). This method combines electrical stimulation and ultrasound imaging to assess the three-dimensional twist and movement of Achilles tendon sub-tendons in vivo. A new measurement and research protocol was developed and tested in the present study.
Achilles tendon injuries are common in both athletes and the general population. For example, up to 50% of competitive runners experience Achilles tendon issues during their lifetime. These injuries can cause pain, mobility limitations, and prolonged rehabilitation. The tendon’s helical structure allows for effective load tolerance, but individual structural variations may affect injury risk. A more detailed understanding of the hierarchical and helical substructures of the tendon may enhance both injury prevention and rehabilitation strategies—even in surgical contexts.
In the experiment, different heads of the triceps surae (medial and lateral gastrocnemius and soleus) were stimulated, and tendon movement was imaged with ultrasound. Fourteen healthy adults (9 women, 5 men) aged 18–55 years (mean 29.86 ± 4.66 years) participated. Participants had no lower limb injuries or conditions in the previous six months.
Non-parametric statistical methods were used, including Friedman’s ANOVA and the Wilcoxon signed-rank test. Statistically significant differences (p < 0.05) were observed across the eight stimulation conditions, but no pairwise differences remained significant after Bonferroni correction. Repeatability was assessed by testing one participant on two different days, with consistent response patterns observed.
The protocol proved technically feasible and repeatable, although repeatability was evaluated in only one subject. Preliminary findings suggested muscle-specific differences in the tendon’s response to stimulation, although these did not reach statistical significance—possibly due to the small sample size. Nevertheless, the USTIM method showed potential for exploring internal tendon movement, and further development with a larger sample and refined stimulation is warranted.
Keywords: Achilles tendon, electrical stimulation, ultrasound imaging
Halinen, A. Akillesjänteen kierteisrakenteen kartoittaminen sekä ultraääntä ja sähköstimulaatiota yhdistävän mittausprotokollan kehittäminen. Liikuntatieteellinen tiedekunta, Jyväskylän yliopisto, biomekaniikan pro gradu -tutkielma, 63 s., 1 liite.
Tässä pro gradu -tutkielmassa selvitettiin, miten yksittäisen pohjelihaksen sähköstimulaatio vaikuttaa akillesjänteen kiertymiseen aksiaalisuunnassa. Tutkielma on osa Jyväskylän yliopiston liikuntatieteellisen tiedekunnan ACHILLES-hanketta, jossa kehitetään USTIM-menetelmää (UltraSound and electrical STIMulation). Menetelmässä yhdistetään sähköstimulaatio ja ultraäänikuvaus akillesjänteen kolmiulotteisen kiertymän ja osajänteiden liikkeen arvioimiseksi elävällä ihmisellä. Pro gradu -tutkielmassa kehitettiin ja testattiin myös uusi mittaus- ja tutkimusprotokolla.
Akillesjännevammat ovat yleisiä sekä urheilijoilla että muulla väestöllä. Esimerkiksi kilpatason juoksijoista jopa 50 % kärsii akillesjännevaivoista elinaikanaan. Vammat voivat aiheuttaa kipua, liikkumisrajoitteita ja pitkittynyttä kuntoutusta. Akillesjänteen kierteinen rakenne mahdollistaa tehokkaan kuormituksenkestävyyden, mutta sen yksilölliset rakenteelliset erot voivat vaikuttaa vammariskiin. Hierarkkisten, kierteisten osarakenteiden tarkempi tuntemus voi edistää sekä vammojen ennaltaehkäisyä että kuntoutusta – myös kirurgisessa kontekstissa.
Tutkimuksessa stimuloitiin kolmipäisen pohjelihaksen eri osia (mediaalinen ja lateraalinen kaksoiskantalihas sekä leveä kantalihas) ja kuvannettiin akillesjänteen liikettä ultraäänellä. Mittauksiin osallistui 14 tervettä aikuista (9 naista, 5 miestä), iältään 18–55 vuotta (keskiarvo 29,86 ± 4,66 vuotta). Osallistujilla ei saanut olla alaraajojen vammoja tai sairauksia viimeisen kuuden kuukauden ajalta.
Tilastollisessa analyysissa käytettiin ei-parametrisia menetelmiä, kuten Friedmanin ANOVA:aa ja Wilcoxonin signed-ranks -testiä. Kahdeksan eri stimulaatiotilanteen välillä havaittiin tilastollisesti merkitsevää eroa (p < 0,05), mutta yksittäisten tilanneparien vertailussa erot eivät säilyneet merkitsevinä Bonferroni-korjauksen jälkeen. Toistettavuutta arvioitiin testaamalla yhtä osallistujaa kahtena eri päivänä, ja vaste osoittautui johdonmukaiseksi.
Protokolla osoittautui teknisesti toimivaksi ja mittaukset toistettaviksi, vaikkakin toistettavuus arvioitiin vain yhdellä koehenkilöllä. Stimulaatiotutkimuksissa havaittiin viitteitä lihaskohtaisista eroista akillesjänteen vasteessa, mutta tulokset eivät ylittäneet tilastollisen merkitsevyyden rajaa, mahdollisesti pienen otoskoon vuoksi. USTIM-menetelmä osoitti kuitenkin potentiaalia jänteen sisäisen liikkeen tutkimiseen, ja sen kehittäminen jatkossa suuremmalla aineistolla ja tarkemmalla stimuloinnilla on perusteltua.
Avainsanat: akillesjänne, sähköstimulaatio, ultraäänikuvantaminen
|
| fullrecord |
[{"key": "dc.contributor.advisor", "value": "Juutinen, Taija", "language": null, "element": "contributor", "qualifier": "advisor", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.author", "value": "Halinen, Anu", "language": null, "element": "contributor", "qualifier": "author", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.accessioned", "value": "2025-06-12T09:49:19Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "accessioned", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.available", "value": "2025-06-12T09:49:19Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "available", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.issued", "value": "2025", "language": null, "element": "date", "qualifier": "issued", "schema": "dc"}, {"key": "dc.identifier.uri", "value": "https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/103482", "language": null, "element": "identifier", "qualifier": "uri", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.abstract", "value": "Halinen, A. Mapping the helical structure of the Achilles tendon and developing a measurement protocol combining ultrasound and electrical stimulation. Faculty of Sport and Health Sciences, University of Jyv\u00e4skyl\u00e4, Master\u2019s Thesis in Biomechanics, 63 pages, 1 appendix.\nThe aim of this Master\u2019s thesis was to investigate how the electrical stimulation of individual calf muscles affects the axial twisting of the Achilles tendon. The study is part of the ACHILLES project at the Faculty of Sport and Health Sciences, University of Jyv\u00e4skyl\u00e4, which focuses on developing the USTIM method (UltraSound and electrical STIMulation). This method combines electrical stimulation and ultrasound imaging to assess the three-dimensional twist and movement of Achilles tendon sub-tendons in vivo. A new measurement and research protocol was developed and tested in the present study.\nAchilles tendon injuries are common in both athletes and the general population. For example, up to 50% of competitive runners experience Achilles tendon issues during their lifetime. These injuries can cause pain, mobility limitations, and prolonged rehabilitation. The tendon\u2019s helical structure allows for effective load tolerance, but individual structural variations may affect injury risk. A more detailed understanding of the hierarchical and helical substructures of the tendon may enhance both injury prevention and rehabilitation strategies\u2014even in surgical contexts.\nIn the experiment, different heads of the triceps surae (medial and lateral gastrocnemius and soleus) were stimulated, and tendon movement was imaged with ultrasound. Fourteen healthy adults (9 women, 5 men) aged 18\u201355 years (mean 29.86 \u00b1 4.66 years) participated. Participants had no lower limb injuries or conditions in the previous six months.\nNon-parametric statistical methods were used, including Friedman\u2019s ANOVA and the Wilcoxon signed-rank test. Statistically significant differences (p < 0.05) were observed across the eight stimulation conditions, but no pairwise differences remained significant after Bonferroni correction. Repeatability was assessed by testing one participant on two different days, with consistent response patterns observed.\nThe protocol proved technically feasible and repeatable, although repeatability was evaluated in only one subject. Preliminary findings suggested muscle-specific differences in the tendon\u2019s response to stimulation, although these did not reach statistical significance\u2014possibly due to the small sample size. Nevertheless, the USTIM method showed potential for exploring internal tendon movement, and further development with a larger sample and refined stimulation is warranted.\nKeywords: Achilles tendon, electrical stimulation, ultrasound imaging", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "abstract", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.abstract", "value": "Halinen, A. Akillesj\u00e4nteen kierteisrakenteen kartoittaminen sek\u00e4 ultra\u00e4\u00e4nt\u00e4 ja s\u00e4hk\u00f6stimulaatiota yhdist\u00e4v\u00e4n mittausprotokollan kehitt\u00e4minen. Liikuntatieteellinen tiedekunta, Jyv\u00e4skyl\u00e4n yliopisto, biomekaniikan pro gradu -tutkielma, 63 s., 1 liite.\nT\u00e4ss\u00e4 pro gradu -tutkielmassa selvitettiin, miten yksitt\u00e4isen pohjelihaksen s\u00e4hk\u00f6stimulaatio vaikuttaa akillesj\u00e4nteen kiertymiseen aksiaalisuunnassa. Tutkielma on osa Jyv\u00e4skyl\u00e4n yliopiston liikuntatieteellisen tiedekunnan ACHILLES-hanketta, jossa kehitet\u00e4\u00e4n USTIM-menetelm\u00e4\u00e4 (UltraSound and electrical STIMulation). Menetelm\u00e4ss\u00e4 yhdistet\u00e4\u00e4n s\u00e4hk\u00f6stimulaatio ja ultra\u00e4\u00e4nikuvaus akillesj\u00e4nteen kolmiulotteisen kiertym\u00e4n ja osaj\u00e4nteiden liikkeen arvioimiseksi el\u00e4v\u00e4ll\u00e4 ihmisell\u00e4. Pro gradu -tutkielmassa kehitettiin ja testattiin my\u00f6s uusi mittaus- ja tutkimusprotokolla.\nAkillesj\u00e4nnevammat ovat yleisi\u00e4 sek\u00e4 urheilijoilla ett\u00e4 muulla v\u00e4est\u00f6ll\u00e4. Esimerkiksi kilpatason juoksijoista jopa 50 % k\u00e4rsii akillesj\u00e4nnevaivoista elinaikanaan. Vammat voivat aiheuttaa kipua, liikkumisrajoitteita ja pitkittynytt\u00e4 kuntoutusta. Akillesj\u00e4nteen kierteinen rakenne mahdollistaa tehokkaan kuormituksenkest\u00e4vyyden, mutta sen yksil\u00f6lliset rakenteelliset erot voivat vaikuttaa vammariskiin. Hierarkkisten, kierteisten osarakenteiden tarkempi tuntemus voi edist\u00e4\u00e4 sek\u00e4 vammojen ennaltaehk\u00e4isy\u00e4 ett\u00e4 kuntoutusta \u2013 my\u00f6s kirurgisessa kontekstissa.\nTutkimuksessa stimuloitiin kolmip\u00e4isen pohjelihaksen eri osia (mediaalinen ja lateraalinen kaksoiskantalihas sek\u00e4 leve\u00e4 kantalihas) ja kuvannettiin akillesj\u00e4nteen liikett\u00e4 ultra\u00e4\u00e4nell\u00e4. Mittauksiin osallistui 14 tervett\u00e4 aikuista (9 naista, 5 miest\u00e4), i\u00e4lt\u00e4\u00e4n 18\u201355 vuotta (keskiarvo 29,86 \u00b1 4,66 vuotta). Osallistujilla ei saanut olla alaraajojen vammoja tai sairauksia viimeisen kuuden kuukauden ajalta.\nTilastollisessa analyysissa k\u00e4ytettiin ei-parametrisia menetelmi\u00e4, kuten Friedmanin ANOVA:aa ja Wilcoxonin signed-ranks -testi\u00e4. Kahdeksan eri stimulaatiotilanteen v\u00e4lill\u00e4 havaittiin tilastollisesti merkitsev\u00e4\u00e4 eroa (p < 0,05), mutta yksitt\u00e4isten tilanneparien vertailussa erot eiv\u00e4t s\u00e4ilyneet merkitsevin\u00e4 Bonferroni-korjauksen j\u00e4lkeen. Toistettavuutta arvioitiin testaamalla yht\u00e4 osallistujaa kahtena eri p\u00e4iv\u00e4n\u00e4, ja vaste osoittautui johdonmukaiseksi.\nProtokolla osoittautui teknisesti toimivaksi ja mittaukset toistettaviksi, vaikkakin toistettavuus arvioitiin vain yhdell\u00e4 koehenkil\u00f6ll\u00e4. Stimulaatiotutkimuksissa havaittiin viitteit\u00e4 lihaskohtaisista eroista akillesj\u00e4nteen vasteessa, mutta tulokset eiv\u00e4t ylitt\u00e4neet tilastollisen merkitsevyyden rajaa, mahdollisesti pienen otoskoon vuoksi. USTIM-menetelm\u00e4 osoitti kuitenkin potentiaalia j\u00e4nteen sis\u00e4isen liikkeen tutkimiseen, ja sen kehitt\u00e4minen jatkossa suuremmalla aineistolla ja tarkemmalla stimuloinnilla on perusteltua.\nAvainsanat: akillesj\u00e4nne, s\u00e4hk\u00f6stimulaatio, ultra\u00e4\u00e4nikuvantaminen", "language": "fi", "element": "description", "qualifier": "abstract", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Submitted by jyx lomake-julkaisija (jyx-julkaisija.group@korppi.jyu.fi) on 2025-06-12T09:49:19Z\nNo. of bitstreams: 0", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Made available in DSpace on 2025-06-12T09:49:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.extent", "value": "70", "language": null, "element": "format", "qualifier": "extent", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.mimetype", "value": "application/pdf", "language": null, "element": "format", "qualifier": "mimetype", "schema": "dc"}, {"key": "dc.language.iso", "value": "fin", "language": null, "element": "language", "qualifier": "iso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights", "value": "CC BY 4.0", "language": null, "element": "rights", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.title", "value": "Akillesj\u00e4nteen kierteisrakenteen kartoittaminen sek\u00e4 ultra\u00e4\u00e4nt\u00e4 ja s\u00e4hk\u00f6stimulaatiota yhdist\u00e4v\u00e4n mittausprotokollan kehitt\u00e4minen", "language": null, "element": "title", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.type", "value": "master thesis", "language": null, "element": "type", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.identifier.urn", "value": "URN:NBN:fi:jyu-202506125297", "language": null, "element": "identifier", "qualifier": "urn", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.faculty", "value": "Liikuntatieteellinen tiedekunta", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "faculty", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.faculty", "value": "Faculty of Sport and Health Sciences", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "faculty", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "Jyv\u00e4skyl\u00e4n yliopisto", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "organization", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "University of Jyv\u00e4skyl\u00e4", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "organization", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Biomekaniikan opintosuunta", "language": "fi", "element": "subject", "qualifier": "discipline", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Specialisation in Biomechanics", "language": "en", "element": "subject", "qualifier": "discipline", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.coar", "value": "http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc", "language": null, "element": "type", "qualifier": "coar", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.copyright", "value": "\u00a9 The Author(s)", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "copyright", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.accesslevel", "value": "openAccess", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "accesslevel", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.publication", "value": "masterThesis", "language": null, "element": "type", "qualifier": "publication", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.content", "value": "fulltext", "language": null, "element": "format", "qualifier": "content", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.url", "value": "https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "url", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.accessibilityfeature", "value": "ei tietoa saavutettavuudesta", "language": "fi", "element": "description", "qualifier": "accessibilityfeature", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.accessibilityfeature", "value": "unknown accessibility", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "accessibilityfeature", "schema": "dc"}]
|