3D打印模型輔助手術治療犬髕骨Ⅳ級內脫伴前交叉韌帶斷裂

張 彬,張 晗,石 磊,袁占奎,2*

(1.北京中農大動物醫院有限公司,北京 100193;2.中國農業大學動物醫學院,北京 100193)

髕骨內脫是導致犬后肢跛行或姿勢異常最常見的原因之一,更常見于小型犬,其中髕骨Ⅳ級內脫是最嚴重的表現形式[1-5]。在髕骨內脫的情況下,前交叉韌帶長期處于慢性應力狀態,再加上膝關節骨關節炎引起的韌帶退化,導致了前交叉韌帶疾病的發病率增加[4]。當患有慢性髕骨脫位的犬出現急性后肢跛行時,應考慮前交叉韌帶疾病,臨床醫生需進行詳細的骨科檢查和影像學檢查。

脛骨平臺水平截骨術(tibial plateau leveling osteotomy,TPLO)是治療前交叉韌帶疾病最常用的方法[2,6]。糾正髕骨脫位的重點在于識別并準確地評估存在的骨骼畸形,最常用的方法是滑車成形術和脛骨結節移位術[3]。已報導了多種手術方法可以同時治療這兩種疾病,包括改良式TPLO[1]、TPLO加脛骨結節移位[7]等,但大多數文獻報導中僅涉及Ⅱ至Ⅲ級髕骨內脫,對于髕骨Ⅳ級內脫伴發前交叉韌帶斷裂的病例報導相對較少。

近幾年,國內有些3D打印技術應用于實驗犬的研究報導[8-9],但尚無用于實際臨床病例的報導。本文報導了采用3D打印技術輔助治療1例髕骨Ⅳ級內脫伴發前交叉韌帶斷裂的患犬,取得了良好的臨床效果。

1 材料與方法

1.1 患病動物信息

柴犬,6歲,雄性未去勢。定期免疫和驅蟲,日常飼喂以干糧為主。2年前于本院診斷為右膝關節髕骨內脫。右后肢突發嚴重跛行1周,無法負重。

1.2 臨床檢查及診斷

對患犬進行體格檢查(視診、聽診和觸診)和骨科檢查,拍攝雙后肢X線片(內外位和前后位)及CT,進行血液學檢測并詳細記錄。

1.3 治療

根據診斷對患犬進行手術治療。

1.4 治療效果

手術后間隔6～8周到院復查,評估治療效果,并拍攝X線片,直到完全康復。

2 結 果

2.1 檢查資料

BCS:5/9,精神狀況良好。體溫:38.2 ℃,呼吸:20次·min-1,心率100次·min-1,體重:9.8 kg。

犬站立時,右后肢偶爾可點地負重,行走時不負重,跛行分級(4/5)[1],坐姿時右后肢外展。觸診右后肢肌肉中度萎縮,膝關節內側增生明顯,前抽屜試驗陽性,脛骨加壓試驗陽性,右髕骨內脫,且無法人工復位。

X線檢查(如圖1)可見右膝髕骨位于滑車溝內側,股骨內外側髁、髕骨、腓腸豆和脛骨平臺存在骨贅,脛骨相對股骨前移,右膝關節腔內密度升高,股骨遠端內翻畸形,提示右膝關節骨關節炎,髕骨內脫,前交叉韌帶斷裂。

A. 雙后肢前后位;B. 右膝關節內外位;C. 右膝關節后前位A. Craniocaudal radiograph of both stifles; B. Mediolateral radiograph of right stifle; C. Caudal-cranial radiograph of right stifle圖1 犬后肢X線片Fig.1 Radiographs of the dog’s hind limbs

血常規和生化檢查結果在參考范圍內。

2.2 診斷

結合體格檢查和X線檢查,該犬診斷為右髕骨Ⅳ級內脫,伴發前交叉韌帶斷裂。

2.3 手術治療

進行右膝關節改良式TPLO和滑車溝加深,同時進行雙后肢CT掃描。

靜脈給予布托啡諾0.2 mg·kg-1BW和右美托咪定50 μg·m-2進行鎮定,拍攝標準膝關節內外位和后前位X線片。使用vPOP軟件制定改良式TPLO手術方案(圖2)。

麻醉前靜脈給予布托啡諾0.2 mg·kg-1BW和右美托咪定50 μg·m-2,丙泊酚1 mg·kg-1BW誘導麻醉,之后進行氣管插管,七氟烷吸入麻醉維持,布比卡因1.5 mg·kg-1BW 硬膜外麻醉。術中常規麻醉監護。

常規手術準備,采取右側膝關節前內側通路,打開膝關節可見關節內大量淺黃色關節液,關節囊增厚,股骨內側髁、外側髁、髕骨的關節軟骨處可見大量骨質增生,前交叉韌帶斷裂,半月板未見明顯異常。清除前交叉韌帶殘端,進行楔形滑車加深術。按照 Langenbach和Marcellin-Little[1]的方法進行改良式TPLO,確定D1(8 mm)和D2(10.8 mm),使用15 mm弧形鋸片進行脛骨近端截骨,將脛骨近端截斷后旋轉至目標位置(旋轉距離4.6 mm),放置6號KYON TPLO鎖定骨板。可吸收縫線常規閉合切口。之后拍攝X線片(圖3A、3B)。

A、B. 術后即刻內外位和前后位X線片;C、D. 術后8周內外位和前后位X線片,可見髕骨內脫A,B. Immediate postoperative radiographs of mediolateral view(A)and craniocaudal view(B); C,D. Postoperative radiographs of mediolateral view(C)and craniocaudal view(D)at 8 weeks, recurrence of patellar luxation is seen in D圖3 右膝關節改良式TPLO術后即刻X線片和術后8周X線片Fig.3 Immediate postoperative and 8 weeks postoperative radiographs of modified TPLO of right stifle

術后使用阿莫西林克拉維酸鉀[20 mg·kg-1BW,BID,PO,連用7 d]、卡洛芬[4.4 mg·kg-1BW,SID,PO,連用7 d]和加巴噴丁[10 mg·kg-1BW,BID,PO,連用14 d],同時配合冰敷、關節被動運動和適當牽遛。術后第4周復查,患肢輕微跛行(1/5);術后第8周復查時右膝髕骨內脫復發,X線檢查見脛骨愈合良好(圖3C、3D)。

結合復查情況以及CT-3D重建中股骨畸形情況(圖4A),決定進行股骨矯正截骨術。

A. 后肢CT-3D重建圖;B. 3D打印雙后肢股骨;C. 患肢模型X線測得aLDFA;D. 健肢模型X線測得aLDFA;E. 股骨遠端外側閉口型楔形截骨術方案;F. 患肢模型截骨矯正后的X線片,測量aLDFA為95°,符合預期A.CT-3D reconstruction of hind limb;B.3D printed models of both hind limbs;C.X-ray measurement of aLDFA in affected limb model;D.X-ray measurement of aLDFA in healthy limb model;E.DFO surgical planning;F.After osteotomy of the affected limb model, the measurement of aLDFA is 95 °, which is conformance to expectation圖4 第2次手術術前規劃Fig.4 Surgical planning for the second operation

根據CT掃描圖像資料,3D打印患肢和健肢股骨(圖4B),使用3D打印的患肢和健肢拍攝標準股骨前后位X線片(圖4C、D)。使用vPOP軟件制定DFO方案。測量健肢的股骨遠端外側解剖角(anatomical lateral distal femoral angles,aLDFA):94.5°,患肢的aLDFA:108.8°。根據成角旋轉中心(center of roration of angulation,CORA)原理制定DFO方案(圖4E),計劃在股骨滑車脊近端做楔形截骨術,楔形角度為14°,基部長度為4.6 mm。在模型上實施手術,拍攝X線片(圖4F),確認手術方案無誤。根據模型,計劃選擇2.0 mm股骨髁骨板進行固定。

麻醉方案同第一次手術。常規手術準備后,采用右側股骨外側和膝關節前外側手術入路,暴露股骨遠端二分之一和膝關節。按術前規劃在股骨截除楔形骨塊,將股骨斷端復位,先用兩根1.5 mm克氏針交叉固定,再在股骨外側放置2.0 mm股骨髁骨板(圖5)。常規閉合切口。術后拍攝X線片(圖6A、6B),術后患肢aLDFA為95°(圖6D)。

A. 角度尺測量;B. 截除楔形骨塊;C. 骨板及螺釘固定A. Angle ruler measurement; B. Removal of wedge bone block; C. Bone plate and screw fixation圖5 股骨遠端外側閉口型楔形截骨術中照片Fig.5 Intraoperative photos of DFO

A、B. 術后即刻內外位和前后位X線片;C、D. 術后6個月內外位和前后位X線片A, B. Immediate postoperative radiographs of mediolateral view(A)and craniocaudal view(B); C, D. Postoperative radiographs of mediolateral view(C)and craniocaudal view(D)at 6 months圖6 股骨截骨術后即刻X線片和術后6個月X線片Fig.6 Immediate postoperative and 6 months postoperative radiographs of DFO

第二次術后抗生素和止疼藥使用方案同第一次,犬術后第1天即可使用患肢負重。術后第4周復查時,患肢跛行(2/5),髕骨位置正常。術后4、6個月復查,患肢無跛行,X線檢查可見股骨遠端截骨處和TPLO截骨處均已愈合(圖6C、6D)。術后2年復查,患肢功能正常。

3 討 論

本報道中的患犬髕骨Ⅳ級內脫伴發前交叉韌帶斷裂,進行改良式TPLO和楔形滑車加深術治療,術后8周髕骨脫位復發后,采用3D打印技術輔助進行股骨參數測量和手術規劃,通過股骨截骨術進行矯正,獲得了良好的治療效果。

髕骨脫位和前交叉韌帶疾病都是引起犬后肢跛行的常見骨科疾病。報導顯示,因髕骨脫位來醫院就診的犬中,13%～25%同時存在前交叉韌帶斷裂[2-3]。有人認為,前交叉韌帶斷裂可能繼發于髕骨內脫[4]。此外,髕骨內脫導致的骨關節炎使得前交叉韌帶長期處于蛋白酶和炎癥介質環境中,引起前交叉韌帶退化,髕骨內脫的犬可能出現關節周圍支持結構萎縮和肌肉萎縮,導致更嚴重的膝關節不穩定和前交叉韌帶的應力增加[5]。有文獻表明,與其他級別的髕骨內脫相比,髕骨Ⅳ級內脫的犬更容易出現前交叉韌帶疾病[5]。本文報導的犬存在髕骨脫位病史,近期因跛行加重而就診,確診為髕骨Ⅳ級內脫伴發前交叉韌帶斷裂,提示當患有慢性髕骨脫位的犬出現急性跛行時,應考慮前交叉韌帶疾病。

前交叉韌帶疾病的手術治療目的在于解決膝關節的失穩,以及由于關節失穩而導致的疼痛[6],髕骨內脫手術治療的目的是重新排列股四頭肌的機制,使得髕骨穩定在股骨滑車溝內,并恢復其臨床功能[3]。Leonard等[7]采用TPLO加脛骨結節移位的技術同時治療髕骨內脫和前交叉韌帶疾病,臨床效果良好。Langenbach和Marcellin-Little[1]稱改良式TPLO手術可以同時糾正Ⅱ級至Ⅲ級髕骨內脫和前交叉韌帶斷裂,省去了脛骨結節移位的二次截骨。其他報導的方法還包括標準TPLO與更遠端的脛骨內側閉口楔形截骨術相結合[10]、脛骨結節前移-外移法[11]、頭側閉口型脛骨楔形截骨術合并脛骨粗隆外移法[12]等。本文報導的患犬存在髕骨Ⅳ級內脫,通過改良式TPLO術糾正脛骨結節位置,以期調整股四頭肌機制,雖然短期效果良好,但8周后髕骨脫位復發,說明改良式TPLO不足以糾正髕骨Ⅳ級內脫,這與Langenbach和Marcellin-Little[1]的分析一致。同時,即使是小型犬也不能忽視股骨遠端畸形對股四頭肌機制的影響,需識別所有骨骼畸形,綜合評估后制定治療方案。

髕骨內脫伴有多種骨骼畸形,髕骨脫位級別越高,存在的骨骼畸形越嚴重[2]。必須識別每個病例中存在的所有異常,并為患病動物提供個性化治療。股骨遠端內翻是最常見的股骨畸形,常用aLDFA來評估。有研究表明,Ⅰ級和Ⅱ級髕骨脫位動物不存在股骨畸形[13]。畸形股骨的aLDFA超出品種特定參考范圍8～10°則建議股骨矯正[3],Brower等[14]報導了存在嚴重股骨內翻和/或旋轉畸形的髕骨脫位犬進行股骨矯正性截骨術,其復發率極低。一項對26只犬進行的回顧性分析中,通過股骨遠端截骨術和其他輔助技術進行治療,脫位復發率為零[2]。本病例犬患肢aLDFA為108.8°,健肢aLDFA為94.5°,目前尚無柴犬特定aLDFA參考范圍的報導,故患肢aLDFA以對側正常股骨作為參考,通過截骨調整至95°。

影像學檢查有助于識別和量化與髕骨脫位相關的骨骼畸形,對于指導制定治療方案非常重要[3]。可通過X線、CT方法或者MRI進行股骨參數的評估。X線測量方法對動物擺位要求嚴格,需要動物深度鎮定或全身麻醉。標準擺位下的股骨正位X線片中可見兩側腓腸籽骨被股骨皮質一分為二,髁間切跡的垂直壁是明顯平行的,可見部分小轉子,在近端股骨干兩皮質中央可見小而圓的股骨近端滋養孔[15]。研究證明,擺位不標準會導致測量值與實際值存在較大誤差[2]。CT方法對動物擺位要求不嚴格,三維重建的CT方法比X線方法測量更精確[2-3,16-18]。然而,常規CT軟件沒有三維重建后角度測量功能,文獻中提出的所有值都是通過轉化為二維圖像后實現的,在轉化過程中需要操作員調整骨骼方向和識別目標解剖標志點,當存在嚴重關節炎時,標志點的選擇存在主觀誤差,其可重復性和準確度受到影響[16-18]。盡管已研發出自動三維計算技術來測量股骨形態參數,但其普遍性不高[19]。本病例在采用CT影像的二維和三維圖像進行股骨形態參數測量時,也發現了上述問題。在缺乏良好的CT測量軟件時,采用3D打印股骨模型非常有助于獲得質量良好的X線二維影像,對股骨畸形進行更精確的評估。

隨著醫學成像和計算機編程的發展,3D打印技術的使用在醫療應用中變得越來越普遍。已經報導了3D打印技術在犬橈尺骨矯正中的應用[20]和股骨矯正中的應用[21],盡管獸醫中有關骨科3D打印的相關研究和臨床數據有限,但其在骨科個性化治療中的潛力巨大。3D打印技術在骨骼畸形矯正手術中有重要作用:第一,生成模型,真正實現了三維結構,讓外科醫生對患病動物復雜的解剖結構和病理學有更好的理解;第二,在評估骨骼畸形時,使用3D打印模型進行X線拍攝,可以最大限度的減少因擺位不當引起的誤差;第三,輔助制定手術規劃,通過術前模擬提高截骨精度,縮短手術時間和提高手術成功率;第四,根據解剖結構或手術要求定制定位器和導向器,或者定制植入物;最后,3D打印模型還有助于與寵物主人術前溝通。隨著3D打印技術的不斷發展,骨科醫生應掌握該技術的最新知識,并將其納入特定骨科應用的臨床實踐中[22]。CT技術在小動物臨床應用的增加[23],也使得3D打印成為可能。為了更準確地評估畸形程度以及制定矯正方案,本病例采用了CT掃描和3D打印技術,使用vPOP軟件設計矯正方案,根據3D模型挑選合適的植入物并進行術前模擬,對手術具有一定指導意義。

4 結 論

在髕骨Ⅳ級內脫并伴發前交叉韌帶斷裂的犬,僅使用改良式TPLO可能難以收到良好的長期效果,還需要同時測量骨骼的參數,并根據需要進行矯正。采用3D打印模型有助于簡化標準X線片的獲得,減少了誤差,使術前規劃更準確,有助于縮短手術時間,減少術后并發癥,提高手術成功率。