基于X射线可视化植入式螺钉弯曲传感器的羊股骨转子间骨折稳定性测量概念验证研究

为解决髋部转子间骨折(IT fracture)术后愈合监测难题，研究人员开发了一种集成钨棒传感器的滑动髋螺钉系统(X-VIS-SHS)，通过绵羊模型验证其通过放射成像监测螺钉弯曲来评估骨折稳定性的可行性。研究表明，该传感器能准确反映骨折愈合过程中力学环境变化，为临床提供无创监测新工具。

　　

髋部转子间骨折(Intertrochanteric fracture, IT fracture)是老年患者常见的高致残性损伤，全球年发病率超过33万例。传统滑动髋螺钉(Sliding Hip Screw, SHS)虽为标准治疗方案，但术后约5%-15%会出现内固定失败，主要源于骨折延迟愈合或不愈合的隐匿性发展。目前临床依赖放射学评估愈合进展，但常规X线难以量化骨折部位的微动和力学稳定性，导致干预时机延误。这一临床痛点催生了生物力学监测技术的创新需求。

美国克莱姆森大学联合Aravis BioTech LLC的研究团队在《Scientific Reports》发表了一项突破性研究，开发了X射线可视化植入式螺钉弯曲传感器(X-ray Visualized Implantable Screw bending sensor, X-VIS-SHS)。该系统通过在SHS螺钉内集成1mm钨制指示杆，利用放射成像捕捉负载下螺钉弯曲导致的杆位移，实现骨折稳定性的定量评估。研究创新性地建立绵羊IT骨折模型，证实该技术可动态监测愈合过程中力学负荷转移规律：术后8周内传感器位移显著（0.003±0.001 mm/kg），随后因骨痂形成出现应力屏蔽效应而消失，与解剖学愈合证据高度吻合。

关键技术方法包括：1）改良SHS植入物设计（缩短螺钉长度至20mm、直径减至6.0mm以适应绵羊解剖）；2）建立标准化的绵羊IT骨折手术模型（经Watson-Jones入路制造0.5mm骨折间隙）；3）每周负重/非负重状态下的放射成像监测（POSKOM Vet-20BT系统）；4）离体生物力学验证（ESM303试验机400N轴向加载）。

Results部分揭示关键发现：

• 愈合动力学特征：第2周开始出现29kg负荷下的显著传感器位移，持续至第8周后消失，与后期CT显示成熟骨痂形成相对应。
• 力学敏感性验证：离体测试证实，愈合后股骨在400N载荷下传感器位移检测限<70μm（约1像素），与前期人体尸体研究数据一致。
• 模型适用性：尽管绵羊髋关节解剖差异导致成像角度受限（需斜位投照），但产生的轴向负荷（>25kg）足以激发可测量的螺钉弯曲。

Discussion部分强调：该研究首次证实绵羊模型适用于SHS植入物的生物力学研究，其产生的负荷-位移曲线(mm/kg)可敏感反映骨折愈合进程。相较于传统影像学评估骨痂形态学的模糊性，X-VIS-SHS提供了客观的力学愈合指标。值得注意的是，研究者指出当前手动图像分析（ImageJ）存在约70μm的测量误差，未来需开发算法化分析工具提升精度。

这项概念验证研究为骨折愈合监测开辟了新范式：通过将植入物转化为"力学传感器"，使临床医生能像读取温度计一样直观判断愈合状态。其潜在临床价值包括：1）早期识别非愈合倾向病例；2）优化负重康复方案；3）减少不必要的二次手术。未来研究将聚焦于传感器设计的机械增益机制优化（如流体放大原理），以提升小位移检测的临床实用性。

（注：全文数据来源于Clemson University Animal Research Farm的AAALAC认证设施，实验符合ARRIVE指南，所有专业术语如X-VIS-SHS、IT fracture等在首次出现时均已标注英文全称及缩写）