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用于治疗犬髋关节发育不良的三维打印个性化髋关节植入物手术技术

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DOI：

10.3791/66005

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2024年4月19日

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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

本文内容

摘要

本研究介绍了一种新型外科手术技术，用于植入个性化、三维打印、保留关节的髋关节假体，该假体采用关节囊外植入方式。这种新型治疗方法旨在通过独特地复制髋关节髋臼缘的解剖形态，恢复因髋关节发育不良伴松弛而患病的年轻成年犬的髋关节稳定性。

摘要

髋关节发育不良会导致犬类严重残疾。目前的治疗选择仅限于姑息治疗（如缓解疼痛、物理锻炼、生活方式调整和体重控制）或侵入性手术，例如骨盆截骨术和全髋关节置换术。因此，迫切需要一种有效且对犬友好的解决方案，以提高人类最好朋友的生活质量。我们通过提供一种微创、关节外、针对犬类设计的三维打印髋关节植入物（3DHIP），填补了这一治疗空白，该植入物可恢复髋关节的稳定性。使用3DHIP植入物的外科治疗比截骨术更具微创性，并可在一次手术中双侧同时进行。3DHIP植入物通过延伸发育不良髋关节的背侧髋臼缘，增加对股骨头的覆盖，防止关节半脱位，并实现快速恢复。充分暴露背侧髋臼缘和髂骨体腹侧边界，同时确保植入物的最佳贴合与固定，是成功实施3DHIP植入的关键步骤，这也意味着必须采用特定的手术入路。本文旨在展示这一创新外科技术，并提供实用技巧与要点，作为对患有髋关节发育不良犬只进行3DHIP植入手术的操作指南。

引言

犬髋关节发育不良（HD）是由于髋臼与股骨头之间匹配不良，导致髋关节半脱位所致。该病主要影响年轻的中型至大型犬，引起关节软骨退化，最终发展为严重的骨关节炎（OA），导致慢性疼痛和生活质量下降1,2。犬髋关节发育不良的总体患病率为15.56%，但具体数值因犬种和分类系统不同而存在较大差异3,4。

除了生活方式的调整外，髋关节发育不良的患犬通常采用抗炎和镇痛药物来控制疼痛并维持活动能力4。对于年轻成年犬的髋关节松弛情况，唯一可用的外科治疗方法是双截骨（DPO）或三截骨骨盆截骨术（TPO），该手术需对骨盆骨骼进行两处或三处完全切割，以增加对股骨头的覆盖。然而，截骨术后并发症较为常见，且仍可观察到骨关节炎（OA）的进展5,6,7,8,9。一旦出现严重的骨关节炎和慢性疼痛，仅有的治疗选择仅为高创伤性复杂手术，如全髋关节置换术（THR）或挽救性股骨头颈切除术（FHO）10。然而，FHO在大型犬中的治疗效果较差，且需要长期的物理治疗以恢复肢体功能11。此外，THR技术难度较高，且 inherently 与严重并发症相关12,13,14。因此，在达到终末阶段之前，亟需一种仅需低创伤手术、并发症风险更低的有效髋关节发育不良治疗方法。

3D打印个性化髋关节植入物（3DHIP）是一种首创的犬髋关节发育不良治疗方法，旨在提供一种创伤最小、针对犬类的特异性植入装置，以恢复髋关节的稳定性。该技术采用钛合金植入物，主要用于治疗患有功能障碍性髋关节的年轻成年犬（6个月至2岁），其髋关节松弛程度根据世界犬业联盟（Fédération Cynologique Internationale, FCI）标准评估为B级（临界）至D级（中度）15。在对发育不良的髋关节进行计算机断层扫描（CT）成像后，将根据髋关节的具体解剖结构个性化设计植入物，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。

一项先前的犬类尸体研究表明，该植入物可增强股骨头覆盖，并在1,330 ± 320 牛顿的冲击力下发生失效16。随后，在实验犬中开展的初步研究显示，股骨头覆盖得到改善，髋关节松弛减少，并通过测力板分析证实负重能力增加。此外，术后6个月对干预侧髋关节的检查显示，股骨头和髋臼软骨体积正常、表面光滑，且大体及组织学评估均发现关节囊肥厚17。在确认该植入物及其治疗理念的有效性与安全性后，研究人员在患有髋关节发育不良的客户自有的犬只中开展了临床研究。短期研究结果表明，3D打印髋臼缘延伸植入物的优势在于可个性化定制、植入物与髋臼贴合良好，恢复了髋关节稳定性，减少了与疼痛相关的行为，并且手术创伤小18。该植入物的应用需要暴露髂骨体的腹尾侧以及髋关节的头背侧区域。本文中，我们描述了手术规划及手术操作步骤，采用改良的头背侧入路进入髋关节，作为对患有髋关节发育不良犬只进行3DHIP植入的手术操作手册。

方案

本研究根据欧盟指令2010/63/EU第1-5(b)条的规定，被视为非实验性临床兽医实践，已获得荷兰乌得勒支大学兽医临床研究委员会（VCSC）的批准。本研究涉及对客户拥有的犬只进行治疗，所有犬只在治疗后继续由其各自主人照护。所有犬主均收到一份信息函，详细说明了研究方案、所有可能的并发症（如感染、植入物失败、神经功能缺损等）以及替代治疗方法（如骨盆截骨术）。此外，该文件还解释了隐私保护相关内容及固有的数据管理措施。所有客户均签署了知情同意书。本研究的完整方案分为以下几个主要步骤：患者筛选、3DHIP植入物的设计与制造、术前管理与麻醉、手术操作以及术后管理。

1. 患者选择

  1. 识别客户拥有的犬只 > 6个月大，具有与髋关节发育不良相关的临床症状且Ortolani半脱位试验阳性（图1）以及通过FCI分级B至D级的影像学证据证实的髋关节发育不良（HD图2).
    注意：Ortolani半脱位试验是一种用于兽医学中的诊断操作，旨在评估犬髋关节的稳定性。进行犬Ortolani试验时，检查者将动物置于仰卧位，将髋关节屈曲至90°，同时固定骨盆。随后轻柔地外展每条后肢，试图使股骨头从髋臼中移位，以评估髋关节的稳定性。阳性Ortolani征表现为特征性的弹响或滑动感 "咔嗒声" 或活动受限提示髋关节发育不良及髋关节不稳的可能性。
  2. 排除髋臼生长板未闭合、髋关节发育不良或既往接受过髋关节手术的犬只。
  3. 对髋关节进行CT扫描，以排除存在中度至重度髋关节骨关节炎病变的犬只，并用于植入物设计。
    注意：存在股骨颈和/或髋臼前缘与后缘骨赘的犬 > 2 mm 被排除（图3).

2. 3DHIP 植入物的设计与制备

  1. 设计3DHIP植入物（专利号EP3463198B1）19根据Willemsen等人的描述，从完整的骨盆术前CT DICOM图像中获取）16 和 Kwananocha 等人18 在实验室（参见 材料表).
    1. 从候选犬的术前CT图像中分割出骨盆骨和股骨，并使用专用软件创建三维模型（参见 材料表 和 图4A).
    2. 基于倾斜的骨盆后平面建立骨盆局部坐标系。
    3. 在3D模型上测量每只候选犬髋关节的原始Norberg角（NA）图4B).
    4. 使用专用软件（参见 材料表) 在骨盆的3D模型上设计3DHIP植入物。利用原始的颈干角（NA）来确定髋臼背侧边缘所需的延伸量；3DHIP植入物可使NA增加25–35度。图4C和图 4D).
    5. 确保3DHIP植入物由两个部分组成：附着部分和边缘延伸部分。设计附着部分包含一个多孔内壳，并整合四个锁定螺钉孔以及一个额外的腹侧髂骨翼，以方便精确置入。设计边缘延伸部分以延伸髋臼背侧边缘，其内部具有1.5 mm的偏移量，以确保关节囊无阻碍附着图5A和图5B).
  2. 打印所构建的3DHIP植入物（图 5C) 采用选择性激光熔化技术，由植体制造商使用直接金属打印设备，以医用级钛合金（Ti6Al4V ELI 23级）制成（参见 材料表).
  3. 对打印的3DHIP植入物进行后处理，包括应力释放（真空退火）、手工镜面抛光和超声波清洗，由植入物制造商操作（参见 材料表).
  4. 在医院灭菌单元进行最终清洁，以清除制造过程中残留的任何金属粉尘。
    1. 手动使用聚维酮碘洗液清洗3DHIP植入物（参见 材料表）和无菌水。
    2. 使用卫生清洗机清洁3DHIP植入物（参见 材料表在94 °C下反应90分钟。
  5. 将3DHIP植入物封装于双层透明灭菌膜中（参见 材料表）并分别密封每层复合材料。
  6. 使用蒸汽高压灭菌法对植入物进行灭菌（参见 材料表在134 °C条件下持续80分钟。

3. 术前管理与麻醉

  1. 在麻醉前对客户拥有的犬只进行一般性检查，并使用美国麻醉医师协会（American Society of Anesthesiologists, ASA）患者评分标准（1-5级）对麻醉风险进行分类20。
    注意：美国麻醉医师协会（ASA）患者评分标准用于对犬只的麻醉风险进行分类，有助于兽医为每只犬制定合适的麻醉方案。该标准根据犬只的健康状况将其分为不同等级，从I类（健康犬）到V类（病情危重、预计无法存活过手术的犬）。ASA 1级（正常健康犬）和ASA 2级（患有轻度系统性疾病犬）被视为适合接受本手术治疗的候选对象。这些犬通常无或仅有轻度潜在系统性疾病，整体健康状况良好，生理功能正常，属于手术和麻醉的低风险个体。动物需在预定诱导麻醉时间前至少禁食6小时。
  2. 根据ASA分类结果，结合个体犬的具体需求实施麻醉。
    1. 以右美托咪定2 µg/kg和盐酸美沙酮0.3 mg/kg的剂量经静脉给予犬只作为术前用药（参见材料表）。
      注意：术前用药的选择及其给药途径可能因麻醉医师的偏好以及犬只的健康状况和行为表现而有所不同。
    2. 以2–4 mg/kg的剂量静脉注射丙泊酚进行麻醉诱导（参见材料表）。
    3. 对犬进行气管插管，并使用吸入式异氟烷（参见材料表）与氧气维持麻醉。
  3. 持续监测并确保生命体征稳定，包括心率、呼吸频率、呼气末二氧化碳水平、经皮动脉血氧饱和度、无创动脉血压、食管温度及心电图。
  4. 采用无菌技术实施硬膜外镇痛。
    1. 将犬置于胸卧位，并轻柔地将后肢向前屈曲，以增加第7腰椎与骶骨之间的间隙空间。
    2. 确定注射部位，该部位位于第7胸椎棘突稍尾侧，可触诊到一个"凹陷"。
    3. 采用无菌技术进行皮肤消毒，并佩戴无菌手套。
    4. 将脊髓穿刺针尖插入硬膜外腔，并使用"悬滴法"确认针尖位置正确。简而言之，将一滴生理盐水置于脊髓穿刺针接头内。当针尖穿透黄韧带进入硬膜外腔时，接头内的盐水会从接头向针管内移动21。
    5. 在确认位置正确后，以缓慢且恒定的速度注射药物（吗啡0.1 mg/kg，用左布比卡因1 mL/5 kg稀释）（参见材料表），以确保药物均匀分布。
  5. 采用无菌技术将留置型Foley导尿管（参见材料表）置入膀胱，并保留12–24小时。
    1. 确保导尿操作环境清洁无菌；对雄性犬包皮区域及雌性犬腹侧阴道前庭周围的毛发进行修剪。
    2. 使用聚维酮碘溶液（参见材料表）清洁局部区域，并用稀释的聚维酮碘溶液冲洗包皮或阴道前庭（体积为2–12 mL，根据犬只体型调整）。
    3. 彻底洗手并佩戴无菌手套，以最大限度降低污染风险。
    4. 在Foley导尿管远端涂抹无菌润滑胶，插管过程中严格采用无菌技术。
    5. 当导尿管正确置于膀胱内后，根据包装上标注的容量，用无菌水充盈导尿管球囊，以固定导管位置，防止意外脱出。
    6. 将Foley导尿管的引流端连接至尿液收集袋的接收端口。
  6. 从脊柱开始，沿整个肢体周向剃毛，直至跗关节远端。若为单阶段双侧3DHIP植入术，以相同方式剃除另一侧肢体毛发，并在腰骶背部将左右两侧连接起来。
  7. 用非无菌粘性绷带包裹肢体远端。选择适当宽度和长度的非无菌粘性绷带，从手术区域稍下方开始，螺旋式向下缠绕肢体，覆盖足部及趾甲。
  8. 在皮肤切口前30分钟，静脉注射头孢唑林20 mg/kg（参见材料表），之后每90分钟重复一次，直至手术结束。
  9. 将犬置于标准手术台上，采取侧卧位，并使患肢处于悬垂状态。使用真空体位垫固定动物于该体位。
  10. 对手术肢体进行最终的无菌外科刷洗，为手术做准备。使用4%葡萄糖酸氯己定溶液刷洗皮肤两次，最后用70%（v/v）乙醇喷雾喷洒两次（参见材料表）。
  11. 在手术区域周围放置四块无菌防水手术巾。指示助手将肢体远端从悬吊状态释放，同时由术者固定并用无菌防水袜套覆盖肢体远端，再加一层无菌粘性包裹以增强保护。
  12. 用含碘手术巾覆盖整个手术区域的暴露皮肤（参见材料表），然后使用巾钳固定。

4. 手术步骤

  1. 通过触诊确定大转子尖端、股骨近端的头侧边界以及髂翼，以建立解剖方位。
  2. 使用手术刀从距大转子头侧6–10 cm处的颅背侧髂嵴开始，沿皮肤做锐性切口；随后沿股骨近端头侧边界略向腹侧转向，至大转子远端2–5 cm处停止。切口长度约为8–15 cm（根据犬只体型而定；图6A）。
    注：本手术入路是在Johnson先前报道的髋关节颅背侧入路基础上改良而来22。
  3. 锐性切开皮下脂肪层至筋膜层，沿解剖平面进行解剖分离（图6B）。
  4. 沿股二头肌头侧边界，锐性分离并切开阔筋膜张肌的浅层筋膜，将股二头肌向尾侧牵开。
  5. 辨认由阔筋膜张肌、臀肌和股二头肌围成的脂肪三角区域。使用钝头解剖剪和示指钝性分离脂肪三角，以显露深层结构。
  6. 使用手术刀切开浅臀肌、中臀肌与阔筋膜张肌之间的肌间隔（图7A 和 图7E）。
  7. 使用手持牵开器将浅臀肌和中臀肌向背侧分离并牵开，以暴露深臀肌的止点。
  8. 使用钝头解剖剪在靠近大转子处钝性游离深臀肌。
  9. 在深臀肌腱止点近端约1–1.5 cm处预先放置一根固定缝线。
  10. 使用手术刀在靠近骨面处（距止点约0.5–1 cm）对深臀肌肌腱进行完全性肌腱切断（图7B 和 图7F）。
  11. 使用钝头解剖剪进行钝性分离，将深臀肌从下方的关节囊上完全游离，随后使用骨膜剥离器和示指从髂骨表面进行骨膜下剥离。
  12. 使用双极电凝对深臀肌与关节囊之间的小血管进行止血，然后更换Amry Navy牵开器，将深臀肌向背侧牵开。
  13. 使用骨膜剥离器从髂骨体的尾腹侧边缘部分游离髂肌，并辨认股直肌的止点（图7C 和 图7G）。
  14. 使用骨膜剥离器清除暴露的髂骨体上所有残留软组织，为3DHIP假体的准确定位做准备；同时刮擦骨膜以促进骨长入，实现假体的二次固定。
  15. 在关节囊上方、股直肌尾侧辨认髋关节囊肌（articularis coxae muscle）。
    注：若该肌影响假体定位，可将其从止点处游离。
  16. 将3DHIP假体置入预定位置，使假体连接部分的凸缘钩住暴露的髂骨尾腹侧边缘腹侧，位置位于标记股直肌止点的骨性突起头侧（图7D 和 图7H）。
  17. 检查假体的边缘延伸部分是否完全覆盖髋关节囊的颅背侧区域，且不干扰关节囊在髋臼缘的附着，同时确保深臀肌未被夹在延伸部分下方。
    注：助手持续对髋关节进行外展、外旋和屈曲操作，可松解臀肌复合体的张力，从而获得充分的术野暴露，便于假体定位和螺钉置入。
  18. 通过目视观察并使用吸引套管探查四个暴露的螺钉孔，确认各孔周围均有充足的骨量；同时探查髂骨凸缘与髂骨尾腹侧骨面之间无间隙，以确认假体处于理想位置。
  19. 使用一枚钛制自攻锁定螺钉（2.4 mm、2.7 mm 或 3.5 mm）（参见材料表）将假体临时固定于理想位置，螺钉暂不完全拧紧，以便在置入第二枚螺钉时对假体进行微调。
    注：四枚螺钉的置入顺序可根据术中操作便利性灵活调整（图5C）。
  20. 进行术中透视检查（参见材料表），获取侧位（图8A）和侧斜位（图8B）影像，全面评估假体位置与对线情况。将透视图像与术前规划进行比对，确保假体按手术计划准确置入。
  21. 检查假体边缘延伸部分的曲率是否与股骨头以及未被假体覆盖的尾侧和头侧髋臼缘的曲率完全匹配。
    注：如有必要可进行调整。取出第一枚螺钉，重新放置假体并在新的骨质区域用一枚螺钉临时固定，重复透视检查。
  22. 在其余螺钉孔中置入三枚钛制自攻锁定螺钉（2.4 mm、2.7 mm 或 3.5 mm），将假体固定于髂骨体。第二枚螺钉置入后，完全拧紧第一枚螺钉。
  23. 最终确认所有螺钉均已手动拧紧至锁定机制。
  24. 进行髋关节屈曲、伸展、外展以及Ortolani半脱位试验，排除股骨头/颈撞击，并确认髋关节松弛已得到纠正。
  25. 使用合成可吸收单股缝线（参见材料表），采用锁扣式缝合结合1–2针水平褥式缝合，将深臀肌止点肌腱的切断端重新固定。缝合时保持髋关节伸展和内旋，以降低深臀肌止点肌腱的张力。
  26. 使用合成可吸收单股缝线，以间断单纯缝合法修复臀筋膜和阔筋膜张肌。
  27. 使用合成可吸收单股缝线以间断单纯缝合法关闭皮下组织，使用合成不可吸收单股缝线以间断单纯缝合法关闭皮肤（参见材料表）。
    注：如计划进行单期双侧手术，将犬只翻转至对侧，使未处理肢体处于悬垂位。完成无菌准备后，以相似方式执行手术步骤3.10–4.27。
  28. 术后行影像学检查，包括髋关节CT扫描或髋关节正交位X线片（侧斜位和腹背位），用于最终评估假体位置和螺钉置入情况（图9）。

5. 术后管理

  1. 提供住院过夜护理及镇痛管理（例如，持续输注盐酸氯胺酮 2-10 mcg∙kg-1∙min-1 或枸橼酸舒芬太尼 0.1 mcg∙kg-1∙h-1，联合美沙酮（静脉注射，0.2 mg/kg，每6小时一次）、卡洛芬（静脉注射，4 mg/kg，每日一次）和加巴喷丁（口服，10 mg/kg，每8小时一次））（参见材料表）。
  2. 术后次日可在防滑地面上根据需要使用短牵引绳直接进行短暂牵行，以排尿和排便（参见补充视频 S1）。
    注意：若出现后肢不稳定或起立困难，可使用腹下支撑吊带或毛巾辅助后肢。
  3. 术后次日拔除弗利导尿管并观察到自主排尿后，允许出院回家。
  4. 开具居家镇痛药物处方（例如，口服卡洛芬 2 mg/kg，每日两次；加巴喷丁 10 mg/kg，每8小时一次，持续14天）（参见材料表）。
    注意：对于过度兴奋的犬只，可给予盐酸曲唑酮 2-5 mg/kg，每日两次（参见材料表），口服。术后可继续使用1-2周，以确保康复期间避免高冲击活动。
  5. 术后6周内禁止高冲击活动（例如跳跃、奔跑、爬楼梯、与其他宠物追逐或剧烈打闹）。在家应缓慢牵行，并根据每周运动计划鼓励患犬使用手术侧后肢。术后6周内，每日牵行4-6次，最初2周每次5-10分钟，之后每2周增加5分钟时长。
  6. 建议自术后第二周起，在皮肤伤口完全愈合后，开始专业物理治疗和/或水疗。

结果

髋臼边缘延长术的短期结果此前已有发表，数据来源于乌得勒支大学临床科学系正在进行的一项观察性研究18。研究纳入时间为2019年12月至2022年3月，共包括34只犬的61个髋关节。该队列包含24只雄性犬和10只雌性犬，中位年龄为12个月（范围为7至38个月），中位体重为27.3 kg（范围为12至86 kg）。7只犬接受了单侧髋关节手术，20只犬在单次手术中接受了双侧髋关节手术。此外，另有7只犬在两次独立的手术中分别接受了双侧髋关节手术。

既往研究发现，植入后立即出现诺伯格角（Norberg Angle, NA）、股骨头线性覆盖百分比（linear percentage of femoral head coverage, LFO）以及股骨头覆盖百分比（percentage of femoral head coverage, PC）的显著增加（表1）。此外，96.7%的手术肢体术后Ortolani半脱位征呈阴性，表明髋臼缘延伸植入物恢复了髋关节的匹配性，并减轻了发育不良髋关节的松弛程度18。特别是，该方法能够在不进行任何重新定向截骨术的情况下增加股骨头的覆盖，从而保留了骨盆的生理性几何结构。这种微创技术在短期内并发症发生率较低（4.9%），有助于早期活动，并减轻与活动相关的疼痛（表1）。

此外，该技术实现了单阶段双侧3DHIP假体植入。术后12至24小时内，患肢在无骨盆支撑的情况下即可开始负重。在为期12个月的随访期间，3只犬因假体失效（2只犬）或骨关节炎显著进展（1只犬）而需进行翻修手术。采用本研究所述的手术入路，结合建议的髋关节活动方式（外展、屈曲和外旋），可更好地暴露髂骨体的腹尾侧及髋关节的头背侧，从而有利于3DHIP假体的定位。此外，术中透视显著提高了假体定位的准确性。

肩关节静态平衡示意图；力矢量，旋转运动，生物力学分析
图1示意图显示，3DHIP植入物可抵消Ortolani半脱位阳性体征。 (A-D) 奥特兰尼阳性半脱位征。A) 将犬的肢体置于中立位屈曲和内收状态，并沿股骨轴线施加一个朝向犬背侧的力（红色箭头），从而引起（B发育不良髋关节的后脱位。C) 在保持对股骨施加压力的同时，进行逐渐的肢体外展（蓝色箭头）。D) 根据髋臼缘缺损的情况，半脱位的股骨头回纳至髋臼内（绿色箭头）。E3DHIP 植入物旨在通过加强髋关节囊和盂唇来提高发育不良髋关节的稳定性，后者作为承重和稳定结构（紫色箭头）。F放大矩形区域后，红色圆圈内可见种植体内部1.5 mm的偏移，该设计可确保囊袋附着不受影响。该图改编自 Willemsen 等人的研究。17缩写：3DHIP = 三维打印髋关节假体。 请点击此处以查看此图的放大版本。

犬髋关节发育不良分级、X光片、FCI A-E级对比、诊断性放射摄影。
图2：用于国际犬业联合会（Fédération Cynologique Internationale）髋关节发育不良分类的术前髋关节X光片示例。X光片采用腹背位伸展髋关节体位拍摄。从左至右，FCI将髋关节发育不良分为五类：A级（正常）、B级（临界）、C级（轻度髋关节发育不良）、D级（中度髋关节发育不良）和E级（重度髋关节发育不良）。缩写：FCI = Fédération Cynologique Internationale。 请点击此处查看此图的放大版本。

髋关节病变的CT扫描；显示骨结构及变异的诊断影像分析
图3髋关节CT检查图像，显示不同大小的骨赘。 所有可见骨赘的厚度均在两者中进行测量A，B冠状面和（C颅侧（白色箭头）和尾侧（红色箭头）髋臼缘及股骨颈（黑色箭头）的横断面。存在股骨颈和/或颅侧与尾侧髋臼缘骨赘的犬 > 2 mm的病灶被排除。CT检查的层厚为5 mm。 请点击此处以查看此图的放大版本。

骨科手术示意图：髋关节模型、三维成像、骨骼对位、假体置入、分析
图43DHIP植入物的设计流程 (A) 从 CT DICOM 数据中对感兴趣区域进行分割。B) 对骨盆3D模型进行原生Norberg角的测量。C右侧髋关节3D打印植入物的三维重建图像，侧视图. (D双侧3D打印髋关节假体的背腹位图像。缩写：3DHIP = 三维打印髋关节假体。 请点击此处查看此图的放大版本。

骨科植入物设计对比；带有标注修改的示意图和物理原型。
图 5：设计的3DHIP植入物的渲染图。（A）3DHIP植入物外侧/侧面的渲染图像。（B）植入物内表面的渲染图像，显示多孔表面，可促进骨组织长入以实现骨整合。骨附着部分（黑色箭头）的渲染植入物包含4个锁定螺钉孔，以及用于辅助正确植入和稳定的髂骨腹侧翼（黑色箭头）。植入物的边缘延伸部分（红色箭头）具有内部1.5 mm偏移（红色箭头），可实现关节囊无障碍附着。（C）钛制3DHIP植入物的照片，展示按螺钉插入顺序排列的4个螺钉孔。缩写：3DHIP = 三维打印髋关节植入物。请点击此处查看该图的放大版本。

犬髋关节解剖结构，阔筋膜高亮显示，左侧筋膜层示意图，兽医解剖研究。
图6：皮肤切口示意图。（A）红色椭圆标记了进行皮肤切口的区域。（B）图（A）中红色圆圈的放大图。使用10号刀片在股骨大转子顶端中央开始切口，方向指向髂骨背外侧嵴。切口长度约为8–15 cm。在放大图像中，沿股二头肌前缘切开阔筋膜浅层。方位：左侧为头侧，上方为背侧。请点击此处查看该图的放大版本。

手术步骤示意图，标注解剖结构及切口步骤，供教学参考。
图7：用于展示3DHIP植入手术入路的防腐尸体示意图及照片。 (A-D) 示意图和 (E-H) 对一具防腐尸体拍摄的照片展示了3DHIP植入的手术入路。A 和 E红色虚线标记了穿过浅层臀肌、中臀肌和阔筋膜张肌之间肌间隔的切口位置。B 和 F红色虚线标记肌腱切断位置。将浅层和中层臀肌向背侧牵开，以暴露深层臀肌。使用解剖剪在深层臀肌止点附近的大转子处进行分离。在靠近骨止点（距止点0.5–1 cm）处进行肌腱切断。C 和 G) 为充分暴露以进行3DHIP植入物的放置，需将臀深肌从关节囊及髂体外侧面分离，并从髂骨体尾腹侧缘（红色虚线）部分游离髂肌和股直肌。D 和 H3DHIP植入物置于髋关节囊外。为确保定位准确且操作简便，应将植入物连接部分的髂骨翼置于暴露的尾腹侧髂骨体腹侧缘下方。方位：左侧为头侧，上方为背侧。1）股二头肌，2）阔筋膜张肌，3）脂肪三角，4）浅臀肌，5）中臀肌，6）深臀肌/肌腱，7）股外侧肌，8）髋关节关节囊，9）髋关节肌，10）髂骨体尾部，11）股直肌，12）植入物的髂骨翼，13）植入物的边缘延伸部分。 请点击此处以查看此图的放大版本。

显示犬股骨内骨科植入物的X光片，愈合阶段的对比分析。
图8： 术中透视检查。 在植入物定位并使用一枚锁定螺钉进行临时固定后，通过数字影像增强器进行术中透视检查，分别获取（A）侧位和（B）侧斜位图像，以评估并比较植入物位置与术前规划的一致性。 请点击此处查看该图的放大版本。

X线和三维CT图像中显示的髋关节外科植入物，骨科手术结果。
图9： 一只犬单次手术双侧3DHIP植入术后三个平面的X线片及术后CT扫描示例。（A）腹背位X线片；（B）右侧斜位X线片；（C）左侧斜位X线片。术后CT侧位三维重建图像显示（D）右侧髋关节，以及（E）背腹位视图。（F）双侧髋关节术后横断面CT图像，层厚5 mm。3DHIP植入物每侧使用四枚锁定螺钉固定。请点击此处查看该图的放大版本。

结局测量指标术前术后即刻1.5 个月3 个月p 值
NA (◦)87 ± 13a134 ± 19b-131 ± 20b<0.001*
LFO (%)22 ± 15a81 ± 16b-76 ± 19b<0.001*
PC (%)33 ± 17a79 ± 21b-77 ± 20b0.002*
HCPI (%)31.44 ± 11.9a-20.39 ± 10.09b17.69 ± 10.8b<0.001**

表1：髋关节发育不良犬接受3DHIP植入术后，通过冠状位CT进行放射学测量及基于赫尔辛基慢性疼痛指数（HCPI）的主人问卷评估所得的短期结果（均值 ± 标准差）。 本表格改编自Kwananocha等人的研究18。HCPI（%）= 100% × 实际得分总和 / 已回答问题的最大可能得分总和。a,b Bonferroni校正后的p值 < 0.05，p值*来自重复测量分析，p值**来自广义线性混合模型。缩写：NA = Norberg角；LFO = 股骨头重叠线性百分比；PC = 股骨头覆盖百分比；SD = 标准差；HCPI = 赫尔辛基慢性疼痛指数。

补充视频 S1：术后可直接负重，仅需在手术次日于防滑地面使用短牵引绳进行短距离牵行。请点击此处下载该视频。

讨论

使用3DHIP植入物进行髋臼盂缘延长在治疗犬髋关节发育不良方面相较于传统外科疗法具有优势，短期随访结果显示其可有效增加发育不良髋关节的覆盖面积，并逆转髋关节松弛17,18。本研究旨在展示该手术技术，并提供操作要点与技巧，作为犬髋关节发育不良个体植入3DHIP植入物的外科手术指南。

3DHIP假体植入术的候选犬选择标准：年龄在6至24个月之间的幼犬，临床表现为髋关节发育不良，伴有髋关节松弛（FCI分级B-D级），且Ortolani半脱位试验呈阳性者，符合手术指征。三叉状髋臼生长板必须已经闭合，CT影像上最好无骨关节炎表现，但允许存在不超过2 mm的轻微骨赘。对于髋关节严重脱位、股骨头接近完全脱出的病例，因骨关节炎进展迅速、股骨头难以复位至髋臼内，且预期将较早发展为需行全髋关节置换术，故不适用于3DHIP假体植入。

手术技术中存在一些关键步骤。

植入物设计

由于3DHIP假体采用个体化设计，术前必须通过CT扫描对发育不良的髋关节进行评估。除了确定假体的正确尺寸和髂前翼的位置外，尤其可以确定髋臼 rim 需要延伸的程度，以充分覆盖股骨头。

手术入路

手术过程中的一个关键步骤是充分暴露髋臼背侧缘和髂骨体尾侧的腹侧边界，以便植入物的放置。在3DHIP植入术中，针对髂骨体和髋关节颅背侧区域的手术入路与传统方法有所不同22。在本技术中，省略了转子截骨术，改为进行深层臀肌腱切断术，同时保留浅层和中层臀肌。因此，避免了与转子截骨术相关的并发症23,24,25（如延迟愈合或不愈合），并加快了术后恢复过程。此外，这种改良的颅背侧入路可适用于各种年龄、品种和体型的犬，无需任何调整。值得注意的是，本研究所述手术入路未出现任何相关并发症的报道。

正确的植入物放置

尽管定制的3D打印髋关节假体设计为完全贴合每只犬独特的髋臼解剖结构，但在首批犬只中仍观察到假体植入位置与术前规划目标位置存在4-5 mm的头尾向偏差，这可能与该技术的学习曲线有关18。3DHIP假体的骨固定部分具有腹侧髂骨翼缘，有助于实现更精确的定位，尤其是在背腹方向。然而，由于假体位于关节囊外，仍难以实现完美的植入定位；髋臼内侧边缘被滑膜遮挡而难以辨识。此外，在假体制作周期内可能出现骨赘形成，从而影响假体的准确就位。为确保假体按照术前计划精确放置，目前仍需通过术中透视进行验证。随着操作经验的积累，预计假体定位精度将进一步提高，偏差可降低至1-2 mm以内。未来，使用3D打印手术钻孔导板的引导手术可能使术中透视变得不再必要。

该技术也存在一些局限性。既往短期结果表明，3DHIP植入物可适用于多种不同髋关节解剖结构的病例。尽管长期研究结果尚未公布，但仍建议将3DHIP植入术用于髋关节未表现出骨关节炎（OA）症状或仅存在轻度OA的犬只。3DHIP植入的目的是有效延缓髋关节退变的进展。在术前评估中被确定为存在髋关节半脱位以及中至重度髋关节退行性病变的犬只应予以排除。

与3DHIP植入术相比，治疗犬髋关节发育不良的传统手术（如DPO/TPO）面临更多挑战，尤其是在双侧单期手术和/或巨型犬中，因其侵入性较强，需进行两到三次骨盆截骨术5,6,7,26。因此，双侧髋关节发育不良的犬可通过使用3DHIP植入物进行髋臼缘延长而获益；该方法提供了一种有效且微创的单期双侧手术方案。此外，3DHIP植入术有助于节省宝贵时间，并可避免在双期双侧手术过程中可能发生的骨关节炎进一步发展。

综上所述，使用所介绍的3DHIP植入物延长犬髋臼背侧边缘，在治疗犬髋关节发育不良方面展现出显著前景，可作为一种替代性外科治疗方案。特别是对于患有双侧髋关节发育不良和关节松弛的犬，该方法能够提供一种有效且微创的单阶段双侧手术选择，相较于现有的其他治疗方法具有巨大优势。对该新技术在中期和远期随访中的进一步监测是必不可少的。

披露

作者声明无任何利益冲突。BM 是“制造用于延长髋臼背侧边缘的植入物的方法”（2021年）的五位发明人之一，该方法的专利（EP3463198B1）已授权给 Rita Leibinger。

致谢

本研究主要由乌得勒支大学动物医学系基金会（Vrienden Diergeneeskunde Universiteit Utrecht）提供资金支持；MT 获得了荷兰关节炎协会（Dutch Arthritis Society，项目编号 LLP22）的长期资助；FV 和 JM 由 Eurostars 项目 E115515 - 3DHIP 资助。IK 获得泰国 Kasetsart 大学兽医学院提供的奖学金。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
植入物设计实验室
3D 实验室荷兰乌得勒支大学医学中心3D，乌得勒支，荷兰 负责设计3DHIP植入物的实验室。[https://www.umcutrecht.nl/nl/3d-lab/]
软件
3-Matic 软件版本 17Materialise，鲁汶，比利时CT DICOM 数据处理
Materialise Mimics 软件版本 25.1Materialise，鲁汶，比利时用于在骨盆三维模型上设计3DHIP植入物的软件
植入物制造商
AmnovisAmnovis，阿尔斯霍特，比利时3DHIP植入物的打印与后处理。[https://www.amnovis.com/]
器械与设备
2.4 LeiLOX 锁定螺钉 钛Rita Leibinger，BW，德国242-2242.4 mm 钛自攻锁定螺钉
2.7 LeiLOX 锁定螺钉 钛Rita Leibinger，BW，德国242-2272.7 mm 钛自攻锁定螺钉
3.5 LeiLOX 锁定螺钉 钛Rita Leibinger，BW，德国242-2353.5 mm 钛自攻锁定螺钉
BLUE SEAL 100 x 360 mmInterster，沃尔默韦尔，荷兰3FKFB210819透明灭菌复合膜，尺寸 100 x 360 mm
ETHILON 3-0 带 FS-1 针Johnson & Johnson Medical GmbH，诺德施泰特，德国669H聚酰胺6 3-0（不可吸收缝线材料），配24 mm 3/8c反向切割针，用于皮肤缝合
荧光透视成像系统 NZS 229Philips，埃因霍温，荷兰荧光透视成像
导尿管 10 fr x 90 cm (36") 带 3 cc 气囊MILA international inc.，肯塔基，美国MLIUC103610 fr 导尿管
导尿管 6 fr x 60 cm (24") 带 3 cc 气囊MILA international inc.，肯塔基，美国MLIUC6246 fr 导尿管
导尿管 8 fr x 90 cm (36") 带 3 cc 气囊MILA international inc.，肯塔基，美国MLIUC8368 fr 导尿管
Ioban 23M，明尼苏达，美国6640EU含碘手术铺巾 
Miele professional G 7826Miele Nederland B.V.，维亚嫩，荷兰卫生清洗机 
MMM 灭菌器 OB10643MMM 集团，普兰内格，德国蒸汽高压灭菌器
MONOCRYL 2-0 带 SH Plus 针Johnson & Johnson Medical GmbH，诺德施泰特，德国MCP3170HPoliglecaprone 25 加抗菌 2-0（可吸收缝线材料），配26 mm 1/2c圆锥形针，用于皮下组织缝合
MONOCRYL 3-0 带 SH Plus 针Johnson & Johnson Medical GmbH，诺德施泰特，德国MCP3160HPoliglecaprone 25 加抗菌 3-0（可吸收缝线材料），配26 mm 1/2c圆锥形针，用于皮下组织缝合
PDS 0 带 CP 针Johnson & Johnson Medical GmbH，诺德施泰特，德国PDP485H聚对二氧环己酮加抗菌 0（可吸收缝线材料），配40 mm 1/2c 反向切割针，用于肌肉筋膜和肌腱缝合
PDS 2-0 带 CP-1 针Johnson & Johnson Medical GmbH，诺德施泰特，德国PDP466H聚对二氧环己酮加抗菌 2-0（可吸收缝线材料），配36 mm 1/2c反向切割针，用于肌肉筋膜和肌腱缝合
ProX DMP320 3D systems，南卡罗来纳，美国采用选择性激光熔融技术的直接金属打印设备 
药品
Betadine 溶液Mylan B.V.，阿姆斯特尔芬，荷兰RVG 01331 聚维酮碘溶液 100 mg/mL（500 mL）
Betadine 洗剂Mylan B.V.，阿姆斯特尔芬，荷兰RVG 08943聚维酮碘 75 mg/mL（120 mL）
Carporal 20 mgAST Farma B.V.，乌德沃特，荷兰REG NL 101766卡洛芬 20 mg/片
Carporal 40 mgAST Farma B.V.，乌德沃特，荷兰REG NL 115715卡洛芬 40 mg/片
Carporal 50 mgAST Farma B.V.，乌德沃特，荷兰REG NL 101767卡洛芬 50 mg/片
Cefazolin Mylan 1 gMylan B.V.，阿姆斯特尔芬，荷兰RVG 16532头孢唑林注射用粉针 1 g
氯己定 0.5% 溶于 70% 酒精 喷雾Orphi Farma BV，拉赫兹瓦卢韦，荷兰8711407672906氯己定 0.5% 溶于 70% 酒精 喷雾（250 mL）
Dexdomitor 0.5 mg/mLOrion Corporation，埃斯波，芬兰EU/2/02/033/001-002盐酸右美托咪定注射液 0.5 mg/mL（20 mL） 
Gabapentin Sandoz 300 mg Sandoz B.V.，阿尔梅勒，荷兰RVG 33681加巴喷丁 300 mg/胶囊 
GABAPENTINE TEVA 100 mgTeva B.V.，哈勒姆，荷兰RVG 31980加巴喷丁 100 mg/胶囊 
HiBiScrubMölnlycke Health Care AB.，乌得勒支，荷兰RVG 10156氯己定双葡糖酸盐 40 mg/mL（500 mL）
Insistor 10 mg/mLRichter pharma AG，奥地利，荷兰REG NL 121166盐酸美沙酮注射液 10 mg/mL（10 mL） 
Isoflutek 1000 mg/gLaboratorios Karizoo S.A.，巴塞罗那，西班牙REG NL 118938异氟烷 1000 mg/g（250 mL） 
Levobupivacaine Fresenius Kabi 2.5 mg/mLFresenius Kabi Nederland b.v.，赫伊斯特赫德，荷兰AWA 0611左布比卡因 2.5 mg/mL 注射用溶液（10 mL）
Morfine HCI CF 10 mg/mLCentrafarm B.V.，布雷达，荷兰RVG 50836盐酸吗啡 10 mg/mL（1 mL） 
Narketan 10Vetoquinol B.V.，布雷达，荷兰vm08007/4090氯胺酮 10 mg/mL（10 mL）
Propofol 10 mg/mLFresenius Kabi Nederland b.v.，赫伊斯特赫德，荷兰RVG 110627丙泊酚 10 mg/mL 注射或输注用乳剂（50 mL） 
Rimadyl Zoetis B.V.，卡佩勒-阿-德-艾瑟尔，荷兰REG NL 10101卡洛芬 50 mL/mL 注射液（20 mL）
Sufentanil-hameln 50 mcg/mLHameln pharma gmbh，哈梅尔恩，德国4260016653249枸橼酸舒芬太尼注射液 50 mcg/mL
Trazadone EG 100 mgEG (Eurogenerics) NV Heizel，布鲁塞尔，比利时BE439607盐酸曲唑酮 100 mg/片

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