젊은 연령의 환자에서 외견상 보이는 슬관절의 내반 변형에 대한 주관적인 판단으로 외관에 대한 불만을 호 소하는 경우를 적지 않게 접하게 되나, 한국인의 축성 배
열에 대한 기준이 명확하게 알려져 있지 않아서 슬관절 의 내반 변형에 대한 객관적인 설명이 부족함을 경험하 게 된다.
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목 적: 외형상 하지의 내반 소견과 방사선 사진상 축성 배열과의 상관 관계를 알아보고자 하였다.
대상 및 방법: 평균 26.9세(20-33세)의 자원한 성인 남자 46명을 대상으로, 외형상 하지 내반 여부에 대해 설문 조사를 한 후 체중 부하 기립 상태로 양 하지 전장을 촬영하여 역학적 및 해부학적 측정을 하여 서양인의 보고와 비교하고 외형상 하지 내반 여부와의 관계에 대해 분석하였다.
결 과: 하지의 대퇴-경골 간 역학적 축사이의 각은 평균 177.4±2.4°, 슬부의 내반 각은 94.3±2.0°로 서양인보다 내반되 어 있었다. 내반 변형이 있다고 답한 군에서, 정상으로 답한 군보다 하지의 역학적 축 사이의 각, 슬관절 및 족관절의 내반 각이 내반되어 있었고, 근위 경골의 골간단-골간각이 더 증가되어 있었다(p<0.05).
결 론: 남자 대학생 하지의 역학적 축 및 슬부의 내반 각은 서양인보다 통계적으로 유의하게 내반되어 있고, 하지의 외형 상 내반 소견은 내반 축성 배열과 관계가 있다.
색인 단어: 하지, 축성 배열, 해부학적 축, 한국 성인 남자
Purpose: To investigate the relationship between the varus appearance and the axial alignment of the lower extremity.
Materials and Methods: The axial alignments of the lower extremities of 46 normal male adults (volun- teers) were measured from the radiographs and compared with the reports for Caucasians, and between the groups divided according to their subjective appearance.
Results: The femorotibial mechanical angle was 177.4±2.4° and the medial obliquity of the knee was 94.3±2.0°, which were the varus compared with the reported reference points. In the group containing those with the subjective varus appearance of the lower extremities, the femorotibial mechanical angle and the medial obliquity of the knee and ankle joint were the varus, and the metaphyseal-diaphyseal angle was greater than in the group containing those with the subjective straight appearance of the lower extremity (p<0.05).
Conclusion: The axial alignment of the lower extremities of young male adult Korean is the varus, and the subjective varus appearance of the lower extremity is related to the varus axial alignment.
Key Words: Lower extremity, Axial alignment, Young adult Korean
Department of Orthopadic Surgery, Korea University Hospital, Seoul; Department of Orthopadic Surgery, Kunkuk University Hospital*, Seoul, Korea
Seoung Joon Lee, M.D.*, Sung Dae Joo, M.D., Sang Won Park, M.D., Kwang Suk Lee, M.D., Jun Ji Sung, M.D.*, and Soon Hyuck Lee, M.D.
The Appearance and the Axial Alignment of the Lower Extremity
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하지의 외견과 축성 배열의 관계
이승준*ㆍ주성대ㆍ박상원ㆍ이광석ㆍ전지성*ㆍ이순혁
고려대학교 의과대학 정형외과학교실, 건국대학교 의과대학 정형외과학교실*
753 753 통신저자 : 이 순 혁
서울시 성북구 안암동 5가 126-1 고려대학교 의과대학 정형외과학교실 TEL: 02-920-5925∙FAX: 02-924-2471 E-mail: [email protected]
Address reprint requests to Soon Hyuck Lee, M.D.
Department of Orthopedic Surgery, Korea University Hospital, 126-1, 5-ga Anam-dong, Sungbuk-gu, Seoul 136-705, Korea Tel: +82.2-920-5925, Fax: +82.2-924-2471
E-mail: [email protected]
축성 배열에 대해 Moreland 등6)과 Hsu 등3)이 방사 선적 조사를 토대로 하지의 정상적인 축성 배열의 범위 에 대해 상세히 언급한 바 있으나, 이는 서양인을 대상 으로 한 연구로서 한국인에서 같은 적용은 새로운 검토 가 필요할 것이라고 생각된다. 또한 한국인에서 외형적 인 형태가 흔히 서양인과 다르게 내반되어 있다고 느껴 지는 것이 역학적 축인 축성 배열의 차이인지, 이와 관 계없는 골반의 넓이, 대퇴 경부의 내반, 대퇴골과 경골 의 bowing, 대퇴 장골의 길이 등과 같은 해부학적 차이 로 인한 외관에 대한 주관적인 느낌인지에 대하여서는 알려진 바 없다. 이에 저자들은 한국 성인 남자에서 하 지의 축성 배열에 대해 알아보고, 이를 서양인의 축성 배열과 차이가 있는지 분석하였으며, 하지가 내반되어 보일 수 있는 외형적 요소가 역학적 축의 내반 또는 해부 학적 골격 구조와 관계가 있는지 알아 보고자 하였다.
대상 및 방법
하지의 외상이나 특별한 병력이 없고 회전 윤곽(rota- tional profile) 검사상 정상적인 범위를 보인 건강한 젊은 성인 남자 46명을 대상으로 하였다. 연령은 20세 에서 33세로 평균 26.9세였으며, 평균 신장은 171.5 cm (165-178 cm)이고, 평균 체중은 66.6 kg (50-96 kg) 이었다. 피실험자를 대상으로 하지의 배열에 대하여 내 반 변형이 있다고 느끼는가를‘그렇다’,‘아니다’그리고,
‘모르겠다’의 항목으로 설문 조사하였다. 방사선 검사에 사용된 필름은 14×36 inch의 graduated-grid cas- sette (Jungwon Precision IND. Co. LTD. Korea) 를 사용하고, 단계적 촬영법(graduated manner)을
이용하여 고관절로부터 족관절까지 일견에 관찰할 수 있 게 하였다. 피실험자는 체중 부하 상태로 기립하여, 양 하지를 신전, 중립위로 위치하였고, 방사선 조사는 피실 험자로부터 2 m의 거리에서 슬관절을 중심으로 하여 77 kV, 100 mA의 방사량으로 전후면을 촬영하였다.
축성 배열의 측정은 변형된 Moreland의 방법을 이용 하였다6). 대퇴 골두의 중심은 Mose의 동심원을 이용하 여 결정하였으며, 슬관절의 중심은 슬관절의 해부학적 축으로 이용되는 다음의 4개의 중심점 즉, 1) 내측 경골 고평부의 연골하 수준에서의 경골의 중심, 2) 경골극의 극상부의 중간점, 3) 외측 대퇴골과의 연골하 수준에서 의 양 대퇴골과의 중간점, 4) 대퇴 과간 절흔(intercon- dylar notch)의 중심 등, 4가지 중심점의 평균 지점을 슬관절의 중심점으로 하였다(Fig. 1A). 족관절의 중심 은, 1) 족관절 내, 외과의 중간점과 2) 거골의 연골하 수 준에서의 중심 등 2개의 중심점의 평균 지점으로 하였다 (Fig. 1B).
하지의 역학적 축은 대퇴골두의 중심점과 슬관절의 중 심점을 연결하는 선과, 슬관절의 중심점과 족관절의 중 심점을 연결하는 선으로 각각 대퇴골과 경골의 역학적 축 으로 하였다. 대퇴골의 해부학적 축은 대퇴골의 해부학 적 휨(bowing)을 고려하여 2가지로 결정하였다. 제1 대 퇴골의 해부학적 축은 전후면 상에서 대퇴골 간부를 이 등분하는 수평축을 그어서 그 축의 중심점을 구하고, 슬 관절의 중심점을 구하여, 두 점을 연결하는 선을 그어 구 하였다. 제2 해부학적 축은 대퇴골 간부를 이등분하는 수평축의 중심점과 슬관절의 근위 10 cm 상부의 대퇴 골의 중심점을 연결하는 선으로 하였다.
A B
Fig. 1.Drawing showing points used to determine the center of the knee.
Center of femoral notch
Center of femoral condyles
Center of bones
Center of talus Center of
tibial spines Center of tibia
하지 축성 배열을 평가하는 5개의 각은 다음과 같이 정 하였다. A각은 하지의 역학적 축 사이의 각으로, 대퇴골 의 역학적 축과 경골의 역학적 축 사이의 내측 각(femo- rotibial angle)이다. B각은 슬부의 수평축과 경골의 역학적 축의 하외측(inferolateral)의 각으로, 슬관절의 내측 기울기(medial obliquity of the knee joint)를 반영하는 것이다. C각은 대퇴골의 역학적 축과 대퇴골의 제2 해부학적 축사이의 각으로, 대퇴골의 근위 2/3 부위 에서의 대퇴골의 역학적-해부학적 축 사이의 각(femoral mechanical-proximal anatomical angle)이다. D 각은 대퇴골의 역학적 축과 대퇴골의 제1 해부학적 축 사이의 각으로, 대퇴골의 원위 1/3부위에서의 대퇴골의 역학적-해부학적 축 사이의 각(femoral mechanical- distal anatomical angle)이다. E각은 족관절의 수평 축과 경골의 역학적 축 사이의 하외측(inferolateral) 축 사이의 각으로, 족관절의 내측 기울기(medial obliquity of the ankle joint)를 반영하는 것이다(Fig. 2A).
해부학적 골격 구조를 알기 위해 방사선 상 하지의 장 골인 대퇴골, 경골 그리고, 비골의 길이를 측정하였고,
대퇴-경골의 비와 경-비골의 비를 구하였다.
내반 변형의 기여 인자로 생각되는 근위 경골의 골간 단-골간 각(metaphyseal-diaphyseal angle, MDA) 과 비골의 높이를 구하였다. 근위 경골의 골간단-골간 각은 근위 경골의 골간단의 가장 넓은 부위에서의 수평 축에 대한 수직선과 경골 간부의 장축 사이의 각으로 측 정하였고(Fig. 2B), 비골의 높이는 슬관절의 수평축과 비골의 최상점과의 거리로 측정하였다(Fig. 2C). 하지의 축성 배열을 평가한 5개의 각(A-E 각)을 구하여, 서양 인의 평균치와 차이가 있는지 비교하였고, 비교한 대상 은 동일한 방법으로 하지의 축성 배열을 평가하여 보고 하였던 Moreland 등6)과 Hsu 등3)의 문헌의 측정치로 하였다. 연구 대상자가 느낀 주관적 하지 내반 소견이 방사선학적 내반 배열 또는 해부학적 골격 구조와 연관 성이 있는지를 알아 보기 위해, 하지 장골의 길이 및 그 비율, 근위 경골의 골간단-골간 각, 비골의 높이 그리 고, 하지 배열을 평가한 5개의 평가각 등의 항목들을 하 지의 내반이 있다고 생각하는 군과 없다고 생각하는 군 간에 차이가 있는지 비교하였다.
C
A B
Fig. 2.(A) Drawing showing the axes and the angles. Angle A is femorotibial angle, angle B represents medial obliquity of the knee joint, angle C is femoral mechanical proximal anatomical angle, angle D is femoral mechanical distal anatomical angle, and angle E represents medial obliquity of the ankle. (B) Radio- graphy showing the metaphyseal-diaphyseal angle of the prox- imal tibia. (C) Radiography showing the fibular height.
Center of femoral head
Femoral shaft center I
Angle D
Angle A Angle B
Angle E
Fibular height
Angle C
Femoral anatomical axis I
Ankle center Knee center Femoral shaft center II Femoral anatomical axis II
MDA
외국 문헌의 같은 연령의 평균치와 비교할 때는 appro- ximate t-test를 이용하였고, 하지 내반에 대한 주관 적 평가에 대한 방사선적 관련성을 위해 두 군을 비교할 때는 t-test를 이용하여 통계적 유의성을 판정하였으 며, p값이 0.05보다 작은 경우 두 군간에 통계적으로 유 의한 차이가 있는 것으로 판정하였다.
결 과
피검자 전체의 대퇴골의 역학적 축과 경골의 역학적 축 사이의 각인 A각은 평균 177.4±2.4°, 슬부의 수평 축과 경골의 역학적 축의 하외측(inferolateral) 각인 B 각은 평균 94.3±2.0°, 대퇴골의 역학적 축과 대퇴골의 제 2 해부학적 축사이의 각인 C각은 5.61±1.0°, 대퇴 골의 역학적 축과 대퇴골의 제 1 해부학적 축 사이의 각 인 D각은 평균 3.8±0.9°이고, 족관절의 수평축과 경골 의 역학적 축 사이의 하외측(inferolateral) 각인 E각은 평균 91.2±2.5°이었다.
Moreland 등과 Hsu 등의 결과와 비교한 결과 하지 의 역학적 축 사이의 각(A)은 1.5° 더 내반되어 있었고 (p<0.02), 슬관절의 내측 기울기는 약 1.5-2.3° 더 내 반되어 있었으며 이는 통계적으로 유의하였다(p<0.001).
그러나 대퇴골의 역학적-해부학적 축 사이의 각(C, D각) 과 족관절의 내측 기울기(E각)는 Moreland 등과 Hsu 등 의 결과와 통계적으로 유의한 차이가 없었다(Table 1, 2).
방사선 사진상 대퇴골의 길이는 평균 470.6±15.6 mm, 경골의 길이는 평균 366.9±13.2 mm, 비골의 길 이는 365.9±13.6 mm이나, 실제 하지 장골의 길이를 방사선 상의 확대 비율로 환산한 결과, 방사선상 길이 대 실제 길이가 1.02:1의 비율을 보이게 되어 대퇴골의 실 제 평균 길이는 461.4 mm, 경골은 359.8 mm, 그리고 비골은 358.7 mm이었다. 대퇴골-경골 간 길이의 비는 1.28:1, 전체 하지 길이의 56.2%와 43.8%이었으며, 경-비골 간 길이의 비는 1.002:1이었다. 근위 경골의 골간단-골간 각(metaphyseal-diaphyseal angle)은 평균 4.3±2.3°이며 비골두의 최상점과 슬부의 수평축 과의 거리는 14.4±16.9 mm이었다.
피실험자에게 시행한 하지 외형에 관한 주관적 느낌에 대한 설문 조사의 결과는 대상자 46명 중‘내반되어 보 인다’고 답한 군이 19명(41%),‘모르겠다’라고 답한 군이 5명(11%)이고,‘정상적으로 보인다’고 답한 군이 22명
A, femorotibial angle; B, medial obliquity of the knee joint; C, femoral mechanical-proximal anatomical angle; D, femoral mechanical-distal anatomical angle; E, medial obliquity of the ankle joint.
Rt. Lt. Rt. & Lt. Rt. Lt. Rt. & Lt. Rt. Lt. Rt. & Lt.
Moreland et al. This study (mean±standard deviation) p-value
Angle
A 178.5±2.0° 178.9±2.1° 178.7±2.4° 177.3±2.4° 177.5±2.5° 177.4±2.4° <0.02 <0.02 <0.02 B 93.0±1.6° 92.6±1.4° 92.8±1.5° 94.4±2.0° 94.1±2.1° 92.23±2.0° <0.002 <0.001 <0.001
C 5.8±0.7° 6.0±1.0° 5.9±0.9° 5.7±1.0° 5.5±1.0° 5.6±1.0° >0.5 >0.05 >0.1
D 4.0±0.7° 4.1±0.9° 4.1±0.8° 4.1±0.9° 3.7±0.9° 3.8±0.9° >0.2 >0.05 >0.2
E 90.7±3.2° 89.6±2.3° 90.2±2.8° 91.5±2.7° 91.0±2.3° 91.2±2.5° >0.2 <0.05 >0.1 Table 1.Axial alignment angle of this study and Caucasian (Series of Moreland et al.)
Hsu et al. (N=30) Rt. & Lt.
This study (N=46) Rt. & Lt.
Angle p-value
A 177.7±2.3° 177.4±2.4° >0.5
B 91.0±1.4° 94.3±2.0° <0.001
D 4.4±1.7° 3.8±0.9° >0.1
Table 2.Axial alignment angle in this study and Caucasian (Series of Hsu et al.)
A, femorotibial angle; B, medial obliquity of the knee joint; D, femoral mechanical-distal anatomical angle (mean±standard deviation).
Varus-appearance (N=19)
Straight-appear- ance (N=22)
Parameter p-value
Femur length 471.1±12.5 mm 476.2±18.4 mm >0.2 Tibia length 364.3±11.7 mm 370.7±15.5 mm >0.05 Fibula length 362.3±12.4 mm 368.4±16.3 mm >0.1 Ratio of femur to tibia .1.29:1 .1.29:1 >0.2 Ratio of tibia to fibula .0.98:1 .1.004:1 >0.1
A 176.8±2.5° 178.1±2.1° <0.01
B 94.7±2.4° 93.7±1.7° <0.02
C .5±1.1° 5.5±0.9° >0.5
D 3.8±1.0° 3.8±0.9° >0.5
E 91.9±2.6° 90.7±2.4° <0.05
MDA* 5.0±2.4° 3.9±2.2° <0.02
Fibular depth 12.6±2.7 mm 12.4±2.3 mm >0.2 Table 3.Arthropometric and axial alignment data according to subjective appearance
*MDA, metaphyseal-diaphyseal angle; A, femorotibial angle; B, medial obliquity of the knee joint; C, femoral mechanical-proximal anatomical angle; D, femoral mechanical-distal anatomical angle; E, medial obliq- uity of the ankle joint (mean±standard deviation).
(48%)이었다. 또한 하지 배열에 관한 주관적 판단상 내 반되어 보인다고 답한 군과 정상적으로 보인다고 답한 군과의 방사선학적 비교에서는, 내반되어 보인다고 답 한 군이 정상적으로 보인다고 답한 군보다 대퇴골, 경골, 비골의 길이 및 경-비골의 비는 더 짧았으나, 통계적으 로 유의한 차이는 없었다. 그리고 하지의 역학적 축 사이 의 각(A각), 슬관절의 내측 기울기(B각)와 족관절의 내 측 기울기(E각)는 내반되어 보인다고 답한 군이 정상적 으로 보인다고 답한 군보다 그 값이 더 작아 내반되어 있 었으며, 근위 경골의 골간단-골간 각(metaphyseal- diaphyseal angle)은 내반되어 보인다는 군에서 그 값 이 더 증가되어 있었고 통계적으로 유의한 차이가 있었 다(p<0.05). 그러나 대퇴골의 역학적-해부학적 축 사 이의 각들(C, D각)과 비골의 높이는 두 군 간에 유의한 차이가 없었다(Table 3).
고 찰
이상적인 하지의 역학적 축은 대퇴 골두에서 족관절의 중심점까지 일직선을 이루고 있으며, Insall, Hunger- ford 등4,5)은, 하지의 축성 배열의 범위에 대해서 대퇴골 과 경골의 장축은 7°의 외반, 경골의 역학적 축에 대해 슬관절에서 3° 내반되어 있다고 하였으나, 개인 간의 차 이 및 다양한 요인으로 인해 정상 범위를 결정하기 힘들 다고 하였다. 본 연구에서는 하지의 축성 배열의 범위를 서양인의 그것과 비교하였고, 그 차이점이 유발될 수 있 는, 슬관절의 내반과 관계된 인자들을 분석하였다.
저자들은 자원한 46명의 의과대학 남학생을 연구의 모집단으로 정하였는데, 이는 저자들이 외래 진료시에 슬관절의 내반에 대해 외관상 또는 신체적 문제점을 호소 하는 환자가 젊은 연령임을 고려하여 젊은 남성의 실제 하지의 축성 배열의 객관적인 자료를 얻기 위해서이다.
하지의 축성 배열에 관한 평가 각에 대해 저자들은 Moreland 등6)과 Hsu 등3)의 결과와 비교하였는데, 이 는 저자들의 평가 방법을 위의 두 문헌과 동일한 방식을 채택함으로써, 측정 방법의 차이로 기인하는 오차를 줄 이고자 함이었다. 저자들의 결과 중 대퇴골과 경골의 역 학적 축 사이의 각인 A각은 우측은 177.3±2.4°, 좌측 은 177.5±2.5°, 그리고 좌-우 전체는 177.4±2.4°로 Moreland 등의 보고(우측은 178.5±2.0°, 좌측은 178.9±2.1°, 그리고 좌-우 전체는 178.7±2.1°)보다
통계적으로 유의하게 작고 내반되어 있었으며(p<0.02), 슬관절의 내반 기울기를 반영하는 B각은 저자들의 연구 결과에서는 우측은 94.4±2.0°, 좌측은 94.1±2.0°, 그 리고 좌-우 전체는 94.3±2.0°으로 Moreland 등의 보 고(우측: 93.0±1.6°, 좌측: 92.6±1.4°, 좌-우측 전 체: 92.8±1.5°)와 Hsu 등의 보고(91.0±1.4°)에 비해 통계적으로 유의하게 증가되어 있었다(p<0.001). 즉, 한국인에서의 하지의 역학적 축은 서양인보다 약 1.3°
가량 더 내반되어 있어 슬관절의 중심에 대해 내측을 지 나게 되고, 슬관절은 서양인보다 약 1.5-2.3°가량 더 내 반되어 있다고 볼 수 있는데, 역시 동일한 측정 방법으 로 중국인의 축성 배열을 연구한 Tang 등7)의 문헌에서 도 중국인의 경우에서 하지의 역학적 축이 서양인보다 내반되어 있다고 보고한 것을 고려할 때 서양인 보다 동 양인에서 슬관절이 내반되어 있다고 볼 수 있으리라 사 료된다.
피실험자가 하지 배열에 대해 내반된 것으로 느끼는 것에 대한 평가에서는, 내반되어 보인다는 군에서 정상 으로 보인다는 군보다 하지의 역학적 축 사이의 각(A각), 슬관절의 내반 기울기(B각), 그리고 족관절의 내반 기울 기(E각) 등이 통계적으로 유의하게 내반되어 있었고, 근 위 경골의 골간단-골간 각도 정상으로 답한 군보다 통계 적으로 유의하게 증가된바, 외형적인 내반 소견이 방사 선적 내반 소견과 관계가 있음을 알 수 있었다. Hunger- ford4), Townley 등8)은 정상 범위의 축성 배열에서 외 형적으로 내반되어 보이게 할 수 있는 해부학적 인자로 골반의 넓이, 대퇴 경부의 내반, 대퇴골과 경골의 bow- ing, 대퇴 장골의 길이 등을 지적한 바 있으며, 저자들 의 결과에서는 외형상 내반되어 있다는 군과 그렇지 않 다는 군과의 하지의 역학적 축 사이의 각의 차이가 1.3°
로 큰 차이를 보이지 않았지만 외형상 내반되어 있다고 답한 피실험자들이 뚜렷하게 내반되어 있다고 생각하게 하는 해부학적 인자로 경골의 bowing을 반영하는 경골 의 골간단-골간 각이 작용하는 것으로 판단된다. 저자 들의 결과에서 대퇴골, 경골 그리고, 비골 등 하지 장골 의 길이 및 경-비골의 비는 내반되어 보인다고 답한 군 에서 더 작아 비록 통계적 유의성은 없지만 외형적 내반 소견과 하지의 길이가 관계가 있다고 생각된다. 또한 슬 관절의 내반 변형은 슬관절의 골관절염의 발생 빈도에도 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 실제로 Zhang
등9)은 중국에서의 골 관절염의 발병률이 미국보다 더 많 다고 하였다. Hoaglund 등2)도 중국인의 슬관절의 골관 절염 발병률이 미국인보다 3배, 스웨덴인보다 18배나 더 많다고 보고하고 있어, 하지 배열의 내반으로 인한 슬관절의 골관절염 발병 소인이 동양인에서 더 많다고 볼 수 있다. 이는 한국인에서도 적용될 수 있다고 추론 할 수 있으나 본 연구에서 보인 1.3°의 내반이 실제로 어 느 정도의 골 관절염의 발생과 연관이 있는지에 대해서 는 추가적인 연구가 필요하리라 사료된다.
결 론
한국 남자 대학생의 하지의 역학적 축성 배열에서 하 지의 역학적 축과 슬관절은 서양인보다 통계적으로 유의 하게 내반되어 있으며, 하지의 주관적 내반 소견은 축성 배열과 관계가 있음을 알 수 있었다.
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