基于动态同步辐射X射线成像技术的Thiel固定与新鲜冷冻颞骨生物力学特性比较研究

研究人员针对Thiel固定法在颞骨生物力学研究中适用性的争议，通过动态同步辐射X射线成像技术对比分析Thiel固定与新鲜冷冻标本的听骨链运动特性。结果显示Thiel固定标本在砧镫关节后出现运动中断，表明其可能导致听骨链僵化，为耳科生物力学研究标本选择提供了重要依据。

　　

人类中耳是声音传导的关键结构，其生物力学特性研究对理解听力机制和开发耳科诊疗技术至关重要。然而，研究面临两大难题：新鲜颞骨标本获取困难且易降解，而传统福尔马林固定会导致组织硬化。Thiel固定法虽能保持组织柔韧性，但其对生物力学特性的影响长期存在争议。

瑞士保罗谢勒研究所等机构的研究人员创新性地采用动态同步辐射X射线成像技术，首次在127 Hz声刺激下三维可视化Thiel固定与新鲜冷冻颞骨标本的听骨链运动。研究发现：Thiel固定标本在锤骨柄(umbo)处呈现4.56 μm的线性位移，但在砧镫关节(incudo-malleolar joint)后运动幅度骤降90%，砧骨(incus)和镫骨(stapes)位移仅0.5 μm；而新鲜标本听骨链运动传导完整，镫骨底板(stapes footplate)位移达2.2 μm。该成果发表于《Clinical Biomechanics》，为颞骨标本选择提供了关键实验证据。

研究采用三项核心技术：1) 瑞士光源TOMCAT光束线的动态同步辐射成像系统(2 kHz帧率，2.75 μm像素分辨率)；2) 相位恢复算法(Paganin法)处理低吸收差异组织；3) 刚性配准算法量化听骨三维运动。样本来自伯尔尼大学解剖研究所的匿名捐赠者。

【3.1 运动可视化】通过标准差投影分析发现，新鲜标本的砧骨和镫骨运动明显(补充视频5-6)，而Thiel标本仅锤骨运动显著(补充视频2-3)。【3.2 运动定量比较】刚性变换分析显示，Thiel标本锤骨旋转幅度(0.047°)与新鲜标本相当，但镫骨位移比(锤骨/镫骨=9.1)远高于新鲜标本(1.6)。113 Hz重复实验验证了该现象的普适性。

讨论指出，Thiel溶液中的硼酸可能导致胶原变性，这与Fessel等提出的肌腱硬化机制一致。尽管样本量限制需进一步验证，但动态同步辐射成像首次直观揭示了Thiel固定对听骨链运动的特异性影响——选择性僵化砧镫关节后结构。该发现对耳科手术训练模型选择具有指导意义，同时展示了同步辐射技术在微米级生物力学研究中的独特优势。随着瑞士光源升级(亮度提升60倍)，该技术有望拓展至更宽频率范围的非刚性听骨运动研究。