인공고관절 전치환술에서 P o r o u s - c o a t i n g 과 HA/TCP-coating 비구삽입물의 비교
- 최소 2년 이상 추시결과 -
연세대학교 의과대학 정형외과학교실
한창동・이우석・성승용
－ Abstract －
Comparison of Porous-Coated Cup with HA/TCP-Coated Cup in Total Hip Arthroplasty
– Minimum 2-year Follow-up Results –Chang Dong Han, M.D., Woo Suk Lee, M.D., and Seung Yong Sung, M.D.
Department of Orthopaedic Surgery, Yonsei University College of Medicine, Seoul, Korea
We evaluated the results of 24 matched pairs of cementless total hip arthroplasties with or without hydroxyapatite/tricalcium phosphate (HA/TCP)-coating on the porous-coated (PC) surface of the Harris-GalanteⅡacetabular component. There were no differences in gender, age, weight, and diag- nosis between PC group (24 hips) and HA/TCP group (24 hips). The patients were followed up for an average of 2.9 years (range, 2 to 4 years).
There were no clinical differences between the two groups by Harris hip score. Gaps at the acetabu- lar component-bone interface after surgery were not visible in all cases of HA/TCP group on the 2- year follow-up radiographs, but gaps remained in 17% on those of PC group. The incidence of radi- olucent line was higher in PC group (17%) than in HA/TCP group (4%), but the radiolucency was not progressive in the two groups. There was no loosening of the acetabular components in both groups.
HA/TCP-coating on the porous-coated surface of the acetabular component provided good gap healing and decreased the incidence of radiolucency at the acetabular component-bone interface.
Key Words : Porous-coated, Hydroxyapatite/tricalcium phosphate-coated, Harris-GalanteⅡacetabu- lar component, Cementless total hip arthroplasty
※통신저자: 한 창 동
서울특별시서대문구신촌동1 3 4 연세대학교의과대학정형외과학교실 Tel : 02) 361-5640, Fax : 02) 363-1139
서 론
시멘트를사용한인공고관절전치환술에서비구컵의해 리는1 %에서많게는4 2 %까지보고되고있으며, 대퇴삽입
물과달리시간이경과함에따라비구컵의해리는증가하 여최근에는무시멘트비구컵을널리사용하고있다2 1 ). 무 시멘트고관절전치환술은삽입물의표면과골조직사이에 생체학적인결합을유도하여삽입물의안정적인고정을 유지하여야한다1 8 , 2 6 ). 대표적인방법으로 p o r o u s - c o a t i n g을
이용하여골내성장을유도하는방법8 )이이용되고있으나 회수된삽입물의연구결과골내성장은다양하게나타나고
5 ), hydroxyapatite(HA)를비구컵의표면에c o a t i n g하는방법이 개발되어, 신생골유도와안정성에좋은결과를보였으나
1 , 2 , 1 3 )중장기추시보고시, coating된H A와비구컵사이에분리
( d e l a m i n a t i o n )와third body 마모에의한마모율과골용해의 발생률이높다는보고가있었다1 1 ). 한편상기방법의조합 으로porous-coating 삽입물의골내성장을촉진하기위해 H A나 H A와tricalcium phosphate(TCP)의복합체( H A / T C P )를 porous-coated 삽입물표면에도포하는방법들이개발되었
는데3 , 4 , 1 2 , 2 9 , 3 0 ), HA/TCP-coating 삽입물의동물실험에서는초기
삽입물주위의신생골유도와안정성에좋은결과를보였 으나임상적연구는적었다7 , 1 0 , 1 2 ). 이에저자들은p o r o u s - c o a t- i n g된비구삽입물에H A / T C P를추가로도포하는것이비구 컵의안정성에어떠한영향을미치는지를평가하기위하 여, porous-coating된비구삽입물과동일한디자인에H A / T C P 를추가로도포한비구삽입물을최소2년이상추시하여 후향적비교연구를시행하였다.
연구대상및방법
1 9 9 5년7월부터1 9 9 6년 1 2월까지c o a t i n g된f i b e r - m e s h 에HA/TCP 복합체를추가로도포한HA/TCP-coated Harris G a l a n t eⅡ( H GⅡ) 비구컵( H A / T C P군)으로 무시멘트 인공 고관절 전치환술을 시행하였던 2 7례중 2년이상 추시되 고표준화된방사선촬영이가능하였던2 4례와1 9 9 1년8
월부터 1 9 9 4년 7월까지 f i b e r - m e s h만을 c o a t i n g한 H GⅡ 비구컵( P C군)을 이용하여 무시멘트 인공고관절 전치환 술을 시행하였던 1 9 5례의 환자중에서, HA/TCP군과 연 령, 성별, 체중, 진단에맞추어추출한2 4명의환자를대상 으로비교, 분석하였다(Table 1). 삽입물의차이에대한오 차를줄이기위해동일한디자인의삽입물을사용하였으 며, 환자와관련된변수를줄이기위해비슷한환자군을 대상으로 하였고, 수술수기의 변수를 줄이기 위해 동일 한술자(제 1저자)에의한 동일한수술방법과 수술후처 치방법을 사용하여, HA/TCP coating의 영향을 분석하였 다. 추시기간은P C군이6 . 6 ( 5 ~ 7 . 7 )년으로H A / T C P군삽입 물의 2 . 9 ( 2 ~ 4 )년보다길었으나 동일 시점(수술후 2년)에 서비교분석하였다.
비구삽입물은양군에서H GⅡ비구컵(Zimmer, Warsaw, IN, U.S.A.)을 사용하였는데, PC군은비구삽입물에 f i b e r - mesh(pure titanium, porosity 50%, pore sized 350㎛)를c o a t i n g 한것이고, HA/TCP군은 c o a t i n g된 f i b e r - m e s h에 7 : 3으로구 성된HA/TCP 복합체(Calcicoat, Zimmer)를plasma-spray 방 식으로 4 0㎛로 도포되어 있다. 대퇴삽입물은 양군에서 s t r a i g h t형의Multilock 삽입물(Zimmer, Warsaw, IN, U.S.A.)을 사용하였는데, 대퇴삽입물의 근위 1 / 3에 f i b e r - m e s h ( p u r e titanium, porosity 50%, pore sized 350㎛)를c o a t i n g한후 7 : 3으 로 구성된 HA/TCP 복합체(Calcicoat, Zimmer)를 p l a s m a - spray 방식으로4 0㎛로도포되어있다. 금속헤드는 c o b a l t - chromium 합금으로직경은 2 8㎜로동일하였다. 폴리에틸 렌 라이너는 초고분자량 폴리에틸렌 압출기둥( e x t r u d e d Table 1. Demographics and parameters.
Clinical data/ PC* Group HA/TCP†Group
Parameter (n=24) (n=24)
Age(yrs) 45.2±12.2 45.3±12.8
Gender(M : F) 12 : 12 12 : 12
Weight(kg) 58.3±6.3 61.5±10.0
Height(cm) 163.2±6.9 161.6±10.1
DX(AVN:OA:RA:FX)‡ 12 : 8 : 3 : 1 12 : 7 : 3 : 2
Cup Size(mm) 52.4±3.0 50.4±4.6
Cup Abduction Angle(˚) 39.5±6.0 41.2±4.9
Screw Number(n) 2.8±0.6 2.8±0.5
Follow-Up(yrs) 6.2±0.8 2.9±0.6
All data are presented as mean±one standard deviation.
* PC : porous-coating
†HA/TCP : hydroxyapatite/tricalcium phosphate-coating
‡DX : diagnosis, AVN : avascular necrosis of femoral head, OA : osteoarthritis, RA : rheumatoid arthritis, FX : femoral neck fracture
bar stock ultrahigh molecular weight polyethylene)을기계로깎 아서만들어졌다.
수술은모두제1저자에의해후외측도달법2 0 )으로시 행되었으며, 대전자부 절골술은 시행하지 않았다. 비구 는 비구컵의 크기보다 1 ~ 2㎜ 작게 확공하고, 비구컵의 압박삽입후 2 ~ 4개의자가압박해면골나사로고정하였 으며, 대퇴삽입물은압박고정(press fit)하는것을원칙으 로 하였다. 예방적 목적의 항생제( E p o c e l i nⓇ, 1g)를 수술 중에 투여하였고, 수술후 2일간 계속 투여( E p o c e l i nⓇ, 4 g / d a y )하였다. 특별한 내과적 문제가 없는 한 항응고제 는 사용하지 않았으며, 심부정맥 혈전증을 방지하기 위 해 색전방지 스타킹을 양하지에 착용시켰다. 수술직후 토마스부목에환측지를1일간현수하였고, 이후환자의 상태가허락하는범위에서목발이나보행기로부분체중 부하를시작하였고, 완전체중보행은수술후2개월부터 시행하였다.
수술후6주, 3개월, 6개월, 12개월, 이후1년마다외래 추시를통하여 임상적 결과와표준화된전후면 및측면 방사선사진을촬영하였다. 임상적결과는Harris 고관절
점수1 5 )로측정하였는데 9 0이상을우수(excellent), 80점에
서 8 9점까지를 양호(good), 70점에서 7 9점까지를 보통 (fair), 70점미만을불량으로평가하였다. 방사선소견의 해석은수술 직후방사선사진과 추적방사선사진에서 비구컵의경사각, 수술후골-비구컵접촉면간격의변화, 비구컵의수평및수직이동변화, 비구컵주위의방사선 투과성선(radiolucent line)의양상과진행, 삽입물의해리, 이소성골형성등을관찰하였다.
비구컵의영역은D e L e e와 C h a r n l e y1 4 )의영역으로나누 어 분석하였다. 비구컵의 수평이동은 비구컵의 중심과 Köhler line까지의 거리와 낙루(tear drop) 중심까지의 거 리 변화로, 수직이동은 낙루 밑부분을 있는 낙루간선 (inter-tear drop line)과비구컵의중심과의거리변화및경 사각으로측정하였다2 2 ). 비구컵의경사각변화는3도이 상, 수평및수직이동은각각2㎜이상인경우, 골-비구컵 사이의방사선투과성선이2㎜이상이면서진행하는경 우, 비구컵에있는나사못의단절이있는경우해리가있 는 것으로 판단하였다2 2 ). 통계학적 분석은 M a n n - W h i n e y t e s t를이용하였다.
결 과 1. 임상적결과
Harris 고관절점수는P C군과H A / T C P군이술전에각각 5 7 . 3 ( 0 ~ 8 3 . 0 )점 , 56.6(0~86.4)점 , 2년 추 시 시 9 4 . 4 ( 7 2 . 6 ~ 1 0 0 . 6 )점, 93.2(72.6~100.6)점으로양군간의의 미있는차이는없었다( P＞0.05). PC군에서우수2 1례, 양 호2례, 보통1례였고, HA/TCP군에서는우수2 0례, 양호3 례, 보통1례였다.
2. 방사선학적결과
수술후 골-비구컵접촉면 간격(postoperative gap)은 P C 군에서9례( 3 8 % )가발생하였고, 발생부위는제1영역이 6례, 제 1영역과 제 2영역에 3례가 있었으며, 이중 4례 ( 1 7 % )는최종추시까지관찰되었다(Fig. 1). HA/TCP군에서 는 1 1례( 4 6 % )에서발생하였고발생부위는제1영역8례, 제2영역2례, 제3구역1례가있었으나전례에서평균2 . 2 년에소실되어(Fig. 2), HA/TCP군이 P C군보다수술후골- 비구컵접촉면간격의소실율이의미있게높았다(Table 2, p＜0.05). 추시기간중 새롭게발생된 방사선 투과성선은 P C군에서제1영역1례, 제1영역과제2영역1례, 제2영 역과제3영역1례, 전영역에1례로모두4례( 1 7 % )에서 발생하였고, HA/TCP군에서 제1영역과 제 2영역에 1례 ( 4 % )가발생하여, HA/TCP군보다 P C군에서더많이발생 하였으나(Table 2, p＜0.05), 양군의 방사선투과성선은 1
㎜이하로비진행성이었으며비구컵의해리는없었다.
비구컵경사각의변화는 P C군이1 . 0±0 . 9도, HA/ TCP군 은 1 . 1±1 . 0도로 양군간의 의미있는 차이는 없었다( p＞
0.05). 비구컵의수직이동은P C군이0 . 8±0 . 7㎜, HA/TCP군 은 0 . 9±0 . 6㎜로양군간의차이는없었으며( p＞0.05), 비구 컵의수평이동도P C군이0 . 7±0 . 7㎜, HA/TCP군은0 . 7±0 . 6
㎜로양군간의차이가없었다( p＞0.05). 골용해는P C군에 서는1례( 4 . 2 % )가3년추시시발생하였고, HA/TCP군은2 례( 8 . 3 % )로추시2년과3년에발생하였다. 이소성골형성 은 P C군에서6례(25.0%), HA/TCP군에서8례( 3 3 . 3 % )가발 생하였는데, Brooker 등6 )의분류상전례가제1형이었다.
재치환술은 H A / T C P군에서 2례( 8 % )에서 시행되었는 데, 각각2 0개월과3 3개월에비구컵의해리와무관한폴 리에틸렌라이너의해리( d i s s o c i a t i o n )로금속대퇴골두와 폴리에틸렌을교환하였고, 양군에서대퇴삽입물의재치 환술은없었다.
고 찰
무시멘트고관절전치환술에서삽입물표면이 p o - r o u s -
Fig. 1. Plain radiographs showing porous-coated acetabular component. A . Postoperative gap of 1㎜(arrow) was noted in zone Ⅰand Ⅱ. B . Radiolucent line in zone
Ⅰand Ⅱ(arrow) was unchanged at 2 years follow- u p .
A
B
Fig. 2. Radiographs showing hydroxyapatite/tricalcium phosphate-coated acetabular component. A . P e r i - pheral gap of 1㎜(arrow) was seen in zone Ⅰ. B.
Peripheral gap(arrow) disappeared at 2 years fol- low-up radiograph.
A
B
c o a t i n g은골내성장을유도하여생물학적고정을 유도하 려고개발되어임상적으로널리이용되고있으나 p o r o u s - coating 삽입물을몇가지제한점을가지고있다. 즉, 골내 성장을유도하는데일정한시간이 필요하여수술후 6 ~ 8 주간을체중부하에제한을두어야한다는점과골-삽입물 의접촉력을향상시키고미세운동을방지하기위하여수 술시tight fit을시켜야한다는점등이있다1 0 ). 삽입물의회 수연구에서도삽입물과골의결합은2 0 ~ 7 0 %로다양하게 보고되고있다2 6 ). 따라서p o r o u s - c o a t i n g의골결합력을향상 시키기위하여HA, TCP 등을도포함으로좀더우수한골 결합력을얻으려는노력이있었고실제로임상에서널리 이용되고 있다7 , 2 4 - 2 7 ) .삽입물의동물실험과 사체에서얻어 진조직학적 검사상 p o r o u s - c o a t i n g된삽입물은골성결합 보다는섬유성결합이더뚜렷한반면에, HA-coating된삽 입물주위에는골성결합이견고하게이루어져있다고보 고되고있다. Soballe 등2 8 )은 H A - c o a t i n g된삽입물이p o - r o u s - c o a t i n g된삽입물보다골-삽입물사이의결합력이더크다 고보고하였으며 Bloebaum 등5 )도 H A - c o a t i n g된삽입물이 p o r o u s - c o a t i n g된삽입물에서보다골접촉율이3배가높다 고보고하였다. Lind 등1 9 )의보고에의하면 T C P의경우생 리적인조건하에서H A보다흡수율이빠르지만역학적인 실험에서H A - c o a t i n g이더견고하다고하였고, Dean 등1 3 )은 porous-coating 부위의골내성장은도포된 H A와 T C P에방 해받지않는다고보고하였다. 본연구에서사용된H A / T C P 복합체는H A와 T C P의조성이 7 : 3으로구성되어HA gran- u l e을상대적으로줄이고흡수력이더빠른T C P을혼합함 으로각각의장단점을보완하려는의도에서개발되었다
2 7 ). HA-coated 삽입물을이용한인공고관절전치환술의보
고들에의하면초기임상적결과가다른디자인에비해우 수한 것으로보고하였으나본 연구결과에서는수술후2
년에서P C군과H A / T C P군간의Harris 고관절점수의차이 는없어porous-coated 삽입물에HA/TCP 복합체를추가로 도포함으로임상적결과에미치는영향은없는것으로보 인다.
porous-coated 삽입물에HA/TCP 복합체를추가로도포 하면비구컵의 직경이 다소증가하여 골-삽입물 간격의 발생률이나비구골절의가능성이있으나본증례에서는 골-삽입물 간격의 발생률은 양군간의 차이가 없었으며, 비구골절은 양군에 발생하지 않았다. 수술후 발생하였 던골-삽입물간격의소실의측면에서는H A / T C P군이P C 군보다 우수하였으나, 이 점이 삽입물의 안정성에 얼마 나 큰 영향을 미치는지는 속단하기 어려우며 장기간의 추시가필요할것으로판단된다.
방사선투과성선은 P C군의4례, HA/TCP군에서는1례 가발생하여, 방사선투과성선의발생률은 P C군에서높 았고, PC군중 1례에서는 전 영역에 방사선 투과성선이 관찰되어, 골-삽입물접촉면에서초기골결합은 H A / T C P 군이다소앞서는것으로생각된다. 이점은Hofmann 등1 6 ) 이보고한바와같이골과 H A / T C P사이공간이양방향에 서 메워지면서 좀더 빠르게 신생골을 유도하여 조기에 골성결합을유도하여비구삽입물의안정성에좋은영향 을준것으로판단된다. 이러한점은골-삽입물간격의소 실율의차이를설명할수있는이론으로제시되어질수 있다. 그러나 P C군에서비록방사선투과성선의발생률 은높았으나2년이상의추시시전례에서1㎜이하로비 진행성이었고, 양군의 삽입물의 안정성에는 차이가 없 었다. 본연구의추시기간이짧아, 초기비구컵의안정화 과정을 비교하는데 초점을 두었으나 장기추시를 통해 초기에관찰되었던방사선투과성선의진행여부와폴리 에틸렌 라이너의 마모율과 골용해의 발생에 관한 문제 는지속적인추적관찰이필요할것으로사료된다.
비구컵의이동이나경사각의변화에대해Moila-nen 등
2 3 )은 H A를 c o a t i n g하지 않은 군에 비해 H A를 c o a t i n g한
press-fit 비구삽입물에서 시상축 주위로 더 적은 회전 ( r o t a t i o n )이 있었으나 비구컵의 수직이동에는 차이가 없 었다고 하였으며, Thanner 등2 9 )은 수평축 주위로 회전이 적었다고하였으나본연구에서는양군간의비구컵의수 직, 수평이동이나 경사각의 변화에 의미있는 차이는 없 었다. 이점은실제로양군간차이가없을수도있고, 앞선 연구자들이 방사선학적 입체측정법( r a d i o s t e r e o m e t r y )을 사용하여더정확한측정이가능한것에비해본연구에 서는측정상의오차나오차범위가커서통계학적으로의 Table 2. Radiolucency around acetabular component
(< 2㎜).
PC* Group HA/TCP†Group
(%) (%)
Postoperative gaps
Postoperatively 38 46
2-year follow-up‡ 17 40
New radiolucent line‡ 17 44
* PC : porous-coating
†HA/TCP : hydroxyapatite/tricalcium phosphate-coating
‡p < 0.05
미있는차이를발견하지못하였을수도있다.
본 연구에서는 방사선 투과성선의 발생률이 P C군에 서 높았다는 점을 제외하고 비구컵의 기계적인 실패를 의심할 비구컵의 해리, 비구컵의 이동이 없어 양군에서 비구컵의 안정성이 유지된 것으로 사료되었다. 다만 H A / T C P군에서 폴리에틸렌 라이너의 d i s s o c i a t i o n이 H A / T C P군에서2례가발생하여비구컵재치환술을시행 하였는데, 이는 삽입물의 표면처리와는 무관한 비구컵 의폴리에틸렌라이너고정방식(locking mechanism)의문 제로본연구에서분석하고자한 H A / T C P - c o a t i n g의역할 과는무관한것으로생각된다.
결 론
무시멘트 고관절 전치환술에서 porous-coating 비구삽 입물에 HA/TCP coating은 수술후 발생된 골-비구컵접촉 면의 간격에서 신생골을 유도하였으며, 방사선 투과성 선의발생을감소시켰다.
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