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Research Article
Irin Kwananocha1,2, Femke Verseijden1, Seyed A Kamali1, Joëll Magré3, Koen Willemsen3, Jacobine CM Schouten4, Daniela Salvatori4, Marianna A Tryfonidou1, Björn P Meij1
1Department of Clinical Sciences, Faculty of Veterinary Medicine,Utrecht University, 2Research and Academic Service, Faculty of Veterinary Medicine,Kasetsart University, 3Department of Orthopedics,University Medical Center Utrecht, 4Department of Clinical Sciences, Anatomy and Physiology, Faculty of Veterinary Medicine,Utrecht University
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
这项工作描述了一种用于个性化、3D 打印、关节保留植入物的囊外植入的新型手术技术。这种新颖的治疗方法旨在通过独特地再现髋关节髋臼边缘的解剖形状,恢复患有髋关节发育不良伴松弛的年轻成年犬的髋关节稳定性。
髋关节发育不良会导致狗的严重残疾。治疗选择仅限于姑息治疗(例如,缓解疼痛、体育锻炼、改变生活方式和控制体重)或侵入性手术,例如盆腔截骨术和全髋关节置换术。因此,对于一种有效且对狗友好的解决方案,可以提高人类最好的朋友的生活质量,存在着强烈的未满足需求。我们通过提供创伤最小、关节外、狗专用的 3D 打印髋关节植入物 (3DHIP) 来填补这一治疗空白,以恢复髋关节的稳定性。使用 3DHIP 植入物的手术治疗比截骨术侵入性更小,并且可以在一次手术中进行双侧手术。3DHIP 植入物延长了发育不良髋关节的髋臼背侧边缘,从而增加了股骨头的覆盖范围并抑制关节半脱位并快速恢复。充分进入髂体的髋臼背缘和腹侧缘,以及植入物的最佳拟合和固定是成功植入 3DHIP 的关键步骤,这意味着需要一种特定的方法。本文旨在展示这种创新的手术技术,并提供提示和技巧,作为在受髋关节发育不良影响的狗中植入 3DHIP 植入物的手术手册。
狗的髋关节发育不良 (HD) 是由于髋臼(髋臼)和股骨头之间的不配合导致髋关节半脱位而表现的。它主要影响年轻的中大型犬,导致关节软骨恶化,最终导致严重的骨关节炎 (OA),导致慢性疼痛和生活质量低下 1,2。狗髋关节发育不良的总体患病率为 15.56%,根据品种和分类系统的不同差异很大 3,4。
除了改变生活方式外,髋关节发育不良的狗患者还接受抗炎和镇痛药物治疗,以控制疼痛并保持活动能力4。在年轻成年犬髋关节松弛的情况下,唯一的手术手段是双 (DPO) 或三重骨盆截骨术 (TPO),该手术涉及骨盆骨的两到三个完整切割,以扩大股骨头的覆盖范围。然而,截骨术后并发症很常见,并且仍观察到 OA 的进展 5,6,7,8,9。一旦出现严重的 OA 和慢性疼痛,就只剩下高影响的复杂手术,如全髋关节置换术 (THR) 或挽救性股骨头颈骨切除术 (FHO)10。然而,FHO 在大型犬中表现出不太有利的结果,需要长时间的物理治疗以恢复肢体功能11。此外,THR 在技术上具有挑战性,并且与严重并发症有内在相关性 12,13,14。因此,在达到这一终末期之前,只需要低影响手术且并发症风险较低的有效髋关节发育不良治疗。
3 维 (3D) 打印的个性化髋关节植入物 (3DHIP) 是犬髋关节发育不良的首创治疗方法,旨在提供一种最小的创伤性狗专用植入物,以恢复髋关节的稳定性。该技术涉及钛植入物,主要治疗根据国际犬学联合会 (FCI) 15 显示髋关节松弛度 B 级(临界)至 D 级(中度)的功能失调髋关节功能障碍的狗患者15。在对发育不良的关节进行计算机断层扫描 (CT) 成像后,根据髋关节的特定解剖结构以个性化方式设计植入物,以延长髋臼背侧边缘,从而防止髋关节半脱位并恢复髋关节稳定性。
之前的一项犬类尸体研究表明,植入物增强了股骨头的覆盖率,并在 1,330 ± 320 牛顿的冲击力下证明失效16。随后,一项针对实验犬的初步研究表明,通过测力板分析,股骨头覆盖率增强,髋关节松弛度减少,负重增加。此外,植入后 6 个月对介入髋关节的检查显示股骨头和髋臼软骨的体积正常且表面光滑,伴有基于大体和组织学评估的关节囊肥大17。在确认植入物和治疗概念的有效性和安全性后,对患有髋关节发育不良的客户拥有的狗进行了临床调查。短期研究表明,3D 打印的髋臼边缘延长植入物的好处是植入物与髋臼的个性化良好贴合,恢复髋关节稳定性,减少与疼痛相关的活动,以及低影响的外科手术18。植入物的应用需要进入髂体的腹尾侧和髋关节的颅背侧。在本文中,我们描述了我们的手术计划和手术程序,采用改良的髋关节颅背入路,作为在受髋关节发育不良影响的狗中植入 3DHIP 的手册。
该研究被认为是指令 2010/63/EU 第 1 - 5(b) 条所述的非实验性临床兽医实践,并得到荷兰乌得勒支大学兽医临床研究委员会 (VCSC) 的批准。这项研究涉及对客户拥有的狗的治疗,所有狗都继续由各自的主人照顾。向所有狗主人提供了一份信息信,详细说明了研究方案、所有潜在并发症(例如感染、植入失败、神经功能缺损等)以及盆腔截骨术等替代疗法。此外,在这种形式中,还解释了隐私方面和固有的数据管理。所有客户都签署了知情同意书。本研究的整个方案分为以下主要步骤:患者选择、3DHIP 植入物设计和制作、术前管理和麻醉、外科手术和术后管理。
1. 患者选择
2. 3DHIP 植入物设计与生产
3. 术前管理和麻醉
4. 外科手术
5. 术后管理
髋臼边缘延长的短期结果先前已发表,这是乌得勒支大学临床科学系正在进行的一项观察性研究18。从 2019 年 12 月到 2022 年 3 月,该研究共纳入了 34 只狗的 61 只臀部。该队列由 24 名男性和 10 名女性组成,中位年龄为 12 个月 (范围为 7 至 38 个月),中位体重为 27.3 公斤 (范围为 12 至 86 公斤)。7 只狗接受了单侧髋关节手术,而 20 只狗在一次疗程中接受了双侧髋关节手术。此外,7 只狗接受了双髋关节手术,分两次单独进行。
之前的研究发现,植入后 Norberg 角 (NA)、股骨头覆盖率 (LFO) 的线性百分比和股骨头覆盖率 (PC) 的百分比显着增加(表1)。此外,96.7% 的手术肢体术后 Ortolani 半脱位征为阴性,表明髋臼缘延长植入物恢复了髋关节的一致性并减少了发育不良的髋关节松弛18。特别是,在不进行任何重定向截骨术的情况下增加股骨头覆盖范围的能力允许生理骨盆几何形状保持。微创技术在短期内并发症发生率低 (4.9%),鼓励早期活动,并减轻与活动相关的疼痛(表1)。
此外,该技术允许单阶段双侧 3DHIP 植入物植入。治疗肢体在手术后 12 至 24 小时内负重,无骨盆支撑。在 12 个月的监测期内,由于植入失败(2 只狗)或骨关节炎的显着进展(1 只狗)需要修复手术。同时使用所提出的手术方法和建议的髋关节运动 (外展、屈曲和外旋),可以更好地暴露髂骨干的腹尾侧和髋关节的颅背侧,促进 3DHIP 植入物定位。此外,术中透视提高了种植体定位的准确性。

图 1:示意图显示了 3DHIP 植入物抵消的阳性 Ortolani 半脱位征。(A-D) 阳性 Ortolani 半脱位征。(A) 狗的肢体处于中立屈曲和内收位置,并沿股骨轴向狗的背部施加力(红色箭头),导致 (B) 发育不良髋关节背侧半脱位。(C) 在保持股骨压力的同时进行逐渐的肢体外展(蓝色箭头)。(D) 根据髋臼边缘缺损,半脱位的股骨头回落到窝中(绿色箭头)。(E) 引入 3DHIP 植入物是为了通过加固髋关节囊和盂唇来增强发育不良髋关节的稳定性,它们用作负重和稳定表面(紫色箭头)。(F) 放大矩形区域后,植入物的内部 1.5 mm 偏移在红色圆圈中可见,这确保了胶囊附件不受影响。该图是从 Willemsen 等人 17 修改而来的。缩写: 3DHIP = 3-dimensional printed, hip implant.请单击此处查看此图的较大版本。

图 2:用于 Fédération Cynologique Internationale 髋关节发育不良分类 的术前髋关节 X 光片示例。在腹背髋关节伸展位置拍摄 X 线片。从左到右,FCI 将髋关节发育不良分为五种不同的类别:A(正常)、B(交界)、C(轻度髋关节发育不良)、D(中度髋关节发育不良)和 E(严重髋关节发育不良)。缩写: FCI = Fédération Cynologique Internationale. 请单击此处查看此图的较大版本。

图 3:髋关节 CT 检查的图像,显示不同大小的骨赘。 所有具有骨赘的厚度都在颅骨(白色箭头)和尾部(红色箭头)髋臼边缘和股骨颈(黑色箭头)的 (A,B) 冠状平面和 (C) 横向平面上测量。股骨颈和/或颅骨和尾髋臼缘骨赘> 2 毫米的狗被排除在外。CT 检查切片厚度为 5 毫米。 请单击此处查看此图的较大版本。

图 4:3DHIP 植入物的设计过程。 (A) 从 CT DICOM 数据中分割感兴趣区域。(B) 骨盆 3D 模型上的原生 Norberg 角测量。(C) 右髋关节侧视图 3DHIP 植入物的渲染图。 (D) 双侧 3DHIP 植入物的渲染图,背腹视图。缩写: 3DHIP = 3-dimensional printed, hip implant. 请单击此处查看此图的较大版本。

图 5:设计的 3DHIP 植入物的渲染图。 (A) 3DHIP 种植体的侧面/外侧渲染图像。(B) 植入物内部表面的渲染图像,显示多孔表面允许骨骼向内生长以进行骨整合。种植体的骨连接部分(黑色箭头)包含 4 个锁定螺丝孔和腹侧髂骨凸缘(黑色箭头),用于协助种植体的正确定位和稳定。渲染植入物的边缘延伸部分(红色箭头)具有内部 1.5 毫米偏移量(红色箭头),允许关节囊固定畅通无阻。(C) 钛 3DHIP 植入物的照片,展示了 4 个按螺钉插入顺序排列的螺钉孔。缩写: 3DHIP = 3-dimensional printed, hip implant. 请单击此处查看此图的较大版本。

图 6:皮肤切口示意图。 (A) 红色椭圆标记皮肤切口的区域。(B) (A) 中红色圆圈的放大倍率。皮肤切口是使用以大转子尖端为中心的 #10 刀片制成的,瞄准颅背髂棘。切口长度约为 8-15 厘米。在放大的图像中,阔筋膜的浅叶沿着股二头肌的颅肌边界切开。方向:左侧是颅骨,顶部是背侧。 请单击此处查看此图的较大版本。

图 7:防腐尸体的示意图和照片,描绘了 3DHIP 植入的手术方法。(A-D) 防腐尸体的示意图和 (E-H) 照片描绘了 3DHIP 植入的手术方法。(A 和 E)红色虚线标记了通过臀浅肌、臀中肌和阔筋膜张肌之间的肌间隔切口的线。(B 和 F) 红色虚线标记肌腱切开部位。臀浅肌和中肌向背侧缩回,露出臀深层肌。解剖剪刀用于破坏其在大转子上插入处附近的臀深层肌肉。肌腱切开术在靠近其插入骨骼的地方(在 0.5-1 厘米处)进行。(C 和 G)3DHIP 植入物植入的充分暴露需要将臀深部肌肉从关节囊和髂体外侧表面释放出来,并将髂肌和股直肌部分从髂干的尾腹缘(红色虚线)中释放出来。(D 和 H)3DHIP 植入物放置在髋关节囊外。为了准确和易于定位,植入物附着部分的髂骨法兰放置在暴露的尾腹髂干的腹侧缘下方。方向:左侧是颅骨,顶部是背侧。1) 股二头肌,2) 阔筋膜张肌,3) 脂肪三角,4) 臀浅肌,5) 臀中肌,6) 臀深肌/肌腱,7) 股外侧肌,8) 髋关节囊,9) 髂关节肌,10) 髂体尾部,11) 股直肌,12) 植入物的髂骨法兰,以及 13) 植入物的边缘延伸部分。请单击此处查看此图的较大版本。

图 8: 术中透视。 在种植体定位并使用一个锁定螺钉临时固定后,使用数字图像增强器在 (A) 侧位和 (B) 侧斜位进行术中透视,以评估和比较种植体的位置与术前计划。 请单击此处查看此图的较大版本。

图 9:一只狗的三个平面术后 X 光片和单阶段双侧 3DHIP 植入手术后的术后 CT 扫描示例。(A) X 光片腹背视图;(B) X 光片右侧斜位;(C) X 线片左侧斜视图。术后 CT 侧视图的 3D 重建显示 (D) 右髋部和 (E) 背腹视图。(F) 横截面上双侧髋关节的术后 CT,切片厚度为 5 mm。3DHIP 植入物每侧用四个锁定螺钉固定。请单击此处查看此图的较大版本。
| 结局测量 | 术 | 术后立即 | 1.5 个月 | 3 个月 | p 值 |
| NA (◦) | 87 ± 13安培 | 134 ± 19b | - | 131 ± 20b | <0.001* |
| 低频振荡器 (%) | 22 ± 15安 | 81 ± 16字节 | - | 76 ± 19b | <0.001* |
| 个人电脑 (%) | 33 ± 17安培 | 79 ± 21b | - | 77 ± 20b | 0.002* |
| HCPI (%) | 31.44 ± 11.9安培 | - | 20.39 ± 10.09字节 | 17.69 ± 10.8字节 | <0.001** |
表 1:使用冠状位 CT 和使用赫尔辛基慢性疼痛指数的疼痛相关所有者问卷对接受 3DHIP 植入的髋关节发育不良狗进行放射学测量的短期结果(平均值 ± SD)。 此表是从 Kwananocha 等人 18 修改而来的。HCPI (%) = ×总指数分数/已回答问题的最高可能指数分数的 100%。 a,b< 来自 Bonferroni 的 p 值 0.05,来自重复测量分析的 p 值*,来自广义线性混合模型的 p 值**。缩写: NA = Norberg 角;LFO = 股骨头重叠的线性百分比;PC = 股骨头覆盖率百分比;SD = 标准差;HCPI = 赫尔辛基慢性疼痛指数。
补充视频 S1:从手术后第二天开始,只需在防滑地板上短距离牵引即可进行术后直接负重。请点击此处下载此视频。
作者没有需要声明的利益冲突。BM 是制造植入物以延长髋臼背侧边缘的方法 (2021) 的五名发明者之一,其中专利 (EP3463198B1) 已授权给 Rita Leibinger。
这项工作描述了一种用于个性化、3D 打印、关节保留植入物的囊外植入的新型手术技术。这种新颖的治疗方法旨在通过独特地再现髋关节髋臼边缘的解剖形状,恢复患有髋关节发育不良伴松弛的年轻成年犬的髋关节稳定性。
本研究主要由乌得勒支大学 Vrienden Diergeneeskunde 基金会提供财政支持;MT 已获得荷兰关节炎协会 (LLP22) 的长期资助;FV 和 JM 由 Eurostars Project E115515 - 3DHIP 资助。IK 是泰国农业大学兽医学院奖学金的获得者。
| 种植体设计实验室 | |||
| 3D 实验室 | 乌得勒支大学医学中心 3D,荷兰乌得勒支 | 负责设计 3DHIP 植入物的实验室。[https://www.umcutrecht.nl/nl/3d-lab/] | |
| Software | |||
| 3-Matic 软件版本 17 | Materialise,比利时 | 鲁汶 | CT DICOM 数据处理 |
| Materialise Mimics 软件版本 25.1 | Materialise,比利时 | 鲁汶 在 | 骨盆的 3D 模型上设计 3DHIP 植入物 |
| 植入物制造商 | |||
| Amnovis | Amnovis,比利时 Aarschot | 3DHIP 植入物的打印和后处理。[https://www.amnovis.com/] | |
| 仪器和机器 | |||
| 2.4 LeiLOX 锁紧螺钉钛 | Rita Leibinger, BW, Germany | 242-224 | 钛自攻锁紧螺钉 2.4 毫米。 |
| 2.7 LeiLOX 钛合金锁紧螺钉 | Rita Leibinger,BW,德国 | 242-227 | 钛合金自攻锁紧螺钉 2.7 毫米。 |
| 3.5 LeiLOX 钛合金锁紧螺钉 | Rita Leibinger,BW,德国 | 242-235 | 钛自攻锁紧螺钉 3.5 毫米。 |
| 蓝色密封 100 x 360 毫米 | Interster, Wormerveer, Netherlands | 3FKFB210819 | 透明灭菌层压板尺寸 100 x 360 毫米 |
| ETHILON 3-0 带 FS-1 针 | Johnson &Johnson Medical GmbH,德国诺德施泰特 | 669H | 聚酰胺 6 3-0(不可吸收缝合材料),带 24 毫米 3/8c 反向切割针,用于皮肤闭合 |
| 透视模型 NZS 229 | 飞利浦,荷兰埃因霍温 | 透视 | |
| Foley 导管 10 fr x 90 cm (36") 带 3 cc 球囊 | MILA international inc.,肯塔基州,美国 | MLIUC1036 | Foley 尿液导管尺寸 10 fr |
| Foley 导尿管 6 英尺 x 60 厘米(24 英寸),带 3 cc 球囊 | MILA 国际公司,美国肯塔基州 | MLIUC624 | Foley 导尿管尺寸 6 英尺 |
| Foley 导尿管 8 英尺 x 90 厘米(36 英寸),带 3 cc 球囊 | MILA 国际公司,美国肯塔基州 | MLIUC836 | Foley 尿管尺寸 8 fr |
| Ioban 2 | 3M,MN,USA | 6640EU | 碘浸渍手术单 |
| Miele professional G 7826 | Miele Nederland B.V., Vianen, Netherlands | 卫生洗衣机 | |
| MMM 灭菌器 OB10643 | MMM Group, Planegg, Germany | 蒸汽高压灭菌器 | |
| MONOCRYL 2-0 带 SH Plus 针 | 头Johnson &Johnson Medical GmbH,德国诺德施泰特 | MCP3170H | Poliglecaprone 25 plus 抗菌 2-0(可吸收缝合材料)和 26 毫米 1/2c 锥形针,用于皮下组织闭合 |
| MONOCRYL 3-0 和 SH Plus 针 | Johnson &Johnson Medical GmbH,德国诺德施泰特 | MCP3160H | Poliglecaprone 25 加上抗菌 3-0(可吸收缝合材料)和 26 毫米 1/2c 锥点针,用于皮下组织闭合 |
| PDS 0 和 CP 针 | Johnson &Johnson Medical GmbH,德国诺德施泰特 | PDP485H | 聚二恶烷酮加抗菌剂 0(可吸收缝合材料),带 40 毫米 1/2c 用于肌肉筋膜和肌腱闭合的反向切割针 |
| PDS 2-0 带 CP-1 针 | Johnson &Johnson Medical GmbH,德国诺德施泰特 | PDP466H | 聚二恶烷酮加抗菌剂 2-0(可吸收缝合材料),带有 36 毫米 1/2c 反向切割针,用于肌肉筋膜和肌腱闭合 |
| ProX DMP320 | 3D systems,美国南卡罗来纳州 | 直接金属打印机使用选择性激光熔化技术 | |
| Medications | |||
| Betadine oplossing | Mylan B.V., Amstelveen, Netherlands | RVG 01331 | 聚维酮碘溶液 100 mg/mL (500 mL) |
| 优碘洗发水 | Mylan B.V.,荷兰阿姆斯特尔芬 | RVG 08943 | 聚维酮碘 75 毫克/毫升(120 毫升) |
| Carporal 20 毫克 | AST Farma B.V. Oudewater,荷兰 | REG NL 101766 | 卡洛芬 20 毫克/片 |
| Carporal 40 毫克 | /片AST Farma B.V. Oudewater,荷兰 | REG NL 115715 | 卡洛芬 40 毫克/片 |
| Carporal 50 毫克 | AST Farma B.V. Oudewater,荷兰 | REG NL101767 | 卡洛芬 50 毫克/片 |
| 头孢唑啉 Mylan 1 g | Mylan B.V., Amstelveen, Netherlands | RVG 16532 | 注射用头孢唑啉粉 1 克 |
| 洗必泰 0.5% 酒精 70% 喷雾 | Orphi Farma BV, Lage Zwaluwe, Netherlands | 8711407672906 | 0.5% 氯己定的酒精 70% 喷雾剂 (250 mL) |
| 右旋米特 0.5 mg/mL | Orion Corporation,芬兰埃斯波 | EU/2/02/033/001-002 | 注射用盐酸右美托咪定 0.5 mg/mL (20 mL) |
| 加巴喷丁山德士 300 毫克 | Sandoz B.V., Almere, Netherlands | RVG 33681 | 加巴喷丁 300 毫克/粒 |
| 加巴喷丁 TEVA 100 毫克 | Teva BV,荷兰哈勒姆 | RVG 31980 | 加巴喷丁 100 毫克/胶囊 |
| HiBiScrub | Mölnlycke Health Care AB., Utrecht, Netherlands | RVG 10156 | 葡萄糖酸氯己定 40 mg/mL (500 mL) |
| 坚持剂 10 mg/mL | Richter pharma AG, Oostenrijk, Netherlands | REG NL 121166 | 盐酸美沙酮 10 mg/mL 注射用 (10 mL) |
| Isoflutek 1000 mg/g | Laboratorios Karizoo S.A.,西班牙巴塞罗那 | REG NL 118938 | 异氟烷 1000 mg/g (250 mL) |
| 左旋布比卡因 Fresenius Kabi 2.5 mg/mL | Fresenius Kabi Nederland b.v., Huis ter Heide, Netherlands | AWA 0611 | 左布比卡因 2.5 mg/mL 注射液 (10 mL) |
| Morfine HCI CF 10 mg/mL | Centrafarm B.V., Breda, Netherlands | RVG 50836 | 盐酸吗啡 10 mg/mL (1 mL) |
| Narketan 10 | Vetoquinol B.V., Breda, Netherlands | vm08007/4090 | 氯胺酮 10 mg/mL (10 mL) |
| 异丙酚 10 mg/mL | Fresenius Kabi Nederland b.v., Huis ter Heide, Netherlands | RVG 110627 | 异丙酚 10 mg/mL 注射或输注用乳剂 (50 mL) |
| Rimadyl | Zoetis B.V., Capelle a/d Ijssel, 荷兰 | REG NL 10101 | 卡洛芬 50 mL/mL 注射用 (20 mL) |
| 舒芬太尼-哈梅尔恩 50 mcg/mL | 哈默尔恩制药有限公司, 哈默尔恩, 德国 | 4260016653249 | 柠檬酸舒芬太尼 50 mcg/mL 注射 |
| 曲扎酮 EG 100 mg | EG (Eurogenerics) NV Heizel, Brussel, Belgium | BE439607 | 盐酸曲扎酮 100 mg/片 |