일정한 신전 간격 절제를 위한 대퇴 경골 연계식 슬관절 절골술

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목 적 :슬관절 전치환술시 저자가 고안한 대퇴 경골 연계식 절골술이 일정한 신전 간격과 폴리에틸렌의 두께를 얻는지

기존 방식의 독립식 절골술과 비교하여 그 차이점과 유용성을 알아보고자 한다.

대상 및 방법 :슬관절 전치환술을 받은 42예 중 기존 방식의 독립식 절골술을 시행한 20예와 연계식 절골술을 시행한 22 예를 두 군으로 분리하여 절골술 후 신전 간격의 크기를 분석하였다. 대퇴와 경골 부위의 표식간 거리(Inter-Landmark Dis- tance: ILD)를 신전 상태에서 측정하여 두 군 사이를 비교하였다. 두 술기간의 일정성(consistency)을 비교하기 위하여 절골 술 후 신전 간격 크기 및 폴리에틸렌의 두께의 분포를 비교 분석하였다.

결 과 :기존의 절골술군의 신전 간격은 18.1±4.2 mm (2SD), 대퇴 경골 연계식은 20.3±1.3 mm (2SD)로 양측간에 유의한 차이를 보였으며(P=0.028), 폴리에틸렌의 두께도 8.1±2.6 mm (2SD), 9.4±0.9 mm (2SD)로 유의한 차이를 보였다 (P=0.043).

결 론 :슬관절 전치환술시 삽입물의 두께를 고려한 대퇴 경골 연계식 절골술은 기존 방식의 독립식 절골술에 비해 일정한 신전 간격의 크기 및 폴리에틸렌 두께를 술자가 의도한 대로 얻을 수 있었다.

색인 단어 : 슬관절 전치환술, 대퇴 경골 연계식, 절골술, 신전 간격

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일정한 신전 간격 절제를 위한 대퇴 경골 연계식 슬관절 절골술

서재곤∙정민욱

성균관대학교 의과대학 삼성서울병원 정형외과학교실

서 론

슬관절 전치환술에서 인대의 균형 및 절골을 시행하는 방법으 로 두가지의 술기가 통용되어 왔다. “flexion-extension gap technique"과“measured resection technique"으로써 이 둘중 한가지나 두가지를 복합적으로 사용하는 것이 최근의 추세이다

8,9). 두 가지 술기의 공통점으로는 경골부 절골, 대퇴부 절골 및 인대의 균형이 각기 시행되며 가삽입물(trial component)을 삽 입하여 최종적으로 총체적인 축상 배열(axial alignment)의 교 정, 폴리에틸렌 삽입물의 크기 확정 및 인대 등의 연부조직의 균형을 교정하게 되는 점이다. 가삽입(trial reduction)시에 발 견되는 굴곡-신전 간격의 변화의 판별과 그것의 적절한 교정은 슬관절 전치환술의 술기 중 가장 어려운 부분이다.

슬관절 전치환술에서 발생하는 오차의 대부분이 독립적으로 시행된 절골술과 연부조직 이완술 등에 기인하는 것으로 생각된 다. 현재의 술기로는 술자가 원하는 폴리에틸렌 삽입물을 가삽 입시에 결정할 수 밖에 없고 이로 인하여 일차 절골술 후의 교 정 작업이 필요한 실정이다. 절골된 면이 관상면, 시상면 상에서 기계적 축(mechanical axis)과 직각을 이루면서도 연부조직의 균형 및 일정한 신전 간격을 한번의 절골술로 이루기 위해서는

대퇴의 하부 절골, 경골 상부의 절골 및 연부조직의 이완술이 서로 옳바른 연관관계를 가져야 할 것이다. 이 세가지 요소를 연계하는 요소로는 기계적 축이 중요하다. 대퇴 및 경골의 절골 은 기계적 축에 직각을 이루어야 하며 연부조직 이완술은 대퇴 경골의 종축(longitudinal axis)이 기계적 축과 일치할 수 있도 록 하여야 함을 뜻한다.

기존의 술기는 대퇴 하부 절골과 경골 상부 절골이 각기 독립 적으로 이루지기 때문에 이 두 절골면이 이루는 신전 간격이 일 정할 수가 없었고 때로는 복잡한 교정과정을 통해서 적절한 신 전 간격을 얻을 수 있었다.

대퇴 하부 절골면과 경골 상부 절골면이 인공 관절 삽입물의 두께와 일치하는 간격을 이룰 수 있도록 대퇴 하부 절골선이 결 정될 때 경골 상부 절골선을 동시에 정할 수 있다면 복잡한 교 정과정을 거치지 않고 술자가 의도한대로 쉽고도 적절한 신전 간격을 얻음으로써 술기의 단순화 및 일정성을 얻을 수 있다고 생각된다.

저자는 이 두 절골선이 서로 직사각형을 이루면서 술자가 원하 는 크기로 조정할 수 있는 기구(Linker)를 이용한 대퇴 경골 연 계식 절골술을 고안하여 그 임상적 유용성을 연구하고자 하였다.

연구 방법 및 재료

1999년 7월부터 2000년 5월까지 후십자인대 보존형 슬관절 233

233 통신저자 : 서 재 곤

서울시 강남구 일원동 50 삼성서울병원 정형외과

TEL: 02-3410-3509∙FAX: 02-3410-0061 E-mail: seo531@samsung.co.kr

전치환술을 시행한 42예를 대퇴와 경골을 독립적으로 절골술을 시행한 기존 방식의 독립식 절골술군(independent osteotomy group)과 대퇴와 경골의 절골을 미리 정해진 신전 간격(exten- sion gap)과 일치하도록 시행한 연계식 절골술군(linked osteotomy group)으로 나누어 절골술 후 생긴 신전 간격의 크 기 및 사용된 폴리에틸렌의 두께의 분포를 분석하였다. 2000년 이후로는 인공 슬관절 삽입물 두께와 일치하는 신전 간격을 얻 기 위해 저자가 고안한 Linker를 이용한 연계식 절골술을 사용 하였다.

환자의 평균 연령은 66세(56-80세)였으며 수술의 적응증으로 는 내반 변형을 동반한 퇴행성 관절염에서 시행하였으며 전례에 서 후십자인대 보존형의 인공 슬관절(Osteonics^� 또는 Nexgen^�) 을 삽입하였고 골시멘트를 사용하여 고정하였다. 신전 간격을 계측하기 위하여 대퇴와 경골 부위에 약 100 mm의 간격으로

골 천공공(drill hole)을 만든 후에 절골술 전후에 그 간격의 변 화(Inter-Landmark Distance; ILD)를 기록하였다. 골극 제거 와 연부 조직 이완술 시행 후 하지를 기계적 축(mechanical axis)에 일치시킨 후 대퇴 경골 표식간의 길이를 측정하고 이 때의 표식간의 길이를 ILD-1로 표기 하였다(Fig. 1A). 절골술 은 독립식 절골술군에서는 대퇴와 경골을 각각 독립적으로 삽입 물의 두께에 맞게 절골하는 기존의 방식(measured resection technique)을 적용 하였으나 연계식 절골술군에서는 대퇴 하부 절골선이 결정됨과 동시에 경골 상부의 절골선을 신전 간격에 맞추어 정하는 과정을 삽입하였다. 대퇴 하부의 전면 절골 (anterior femoral cut)은 대퇴의 후과선(posterior condylar line)을 기준으로 3도 혹은 5도의 외회전 상태에서 시행하였고 대퇴의 하부절골(distal femoral cut)은 대퇴 삽입물의 두께 (Osteonics^�: 8 mm, Nexgen^�: 8.5 mm)와 일치하도록 하였 다. 대퇴의 하부 절골선이 결정되면 슬관절을 0도 또는 3도 굴 곡위치에서 연부조직을 박리하여 하지의 기계적 축(mechanical axis)에 일치하도록 경골을 위치시키고 대퇴 하부 절골선에서 삽입될 폴리에틸렌의 최소 두께가 10 mm가 될 수 있도록 Osteonics^� (30예)인공 삽입물을 사용할 때는 신전 간격이 20 mm (대퇴 삽입물 두께 8 mm+경골 삽입물 두께 2 mm+폴리 에틸렌 두께 10 mm), Nexgen^� (12예)인공 삽입물을 사용할 때는 21 mm (대퇴 삽입물 두께 8.5 mm+경골 삽입물 두께 2.5 mm+폴리에틸렌 두께 10 mm)가 되도록 경골 상부 절골선 을 정하였다. 경골 상부 절골선의 위치를 정하기 위하여 저자가 고안한 Linker system (Fig. 2)을 사용하였다. Linker system 은 대퇴 하부 절골시 사용되는 대퇴 하부 절골기구(distal femoral cutting guide)의 홈(slot)에 Linker의 상단이 연결될 수 있도록 고안되었으며 술자가 원하는 신전 간격에 따라 하단 에 위치한 구멍을 통하여 경골부에 핀을 고정하면 경골 상부 절 골선이 결정될 수 있도록 하였다(Fig. 3A). 경골 부위에 20 mm 또는 21 mm의 신전 간격을 얻을 수 있도록 핀을 고정한 Fig. 1.Landmarks were made on the femur and tibia. The exten-

sion gap which was created after osteotomy can be calculated using the relative positions of these landmarks. After realingment along the mechnical axis, the inter-landmark distance was desig- nated as ILD-1 (A) and after the femoral and tibial osteotomy, designated as ILD-2 (B).

ILD-1 ILD-2

A B

Fig. 2. A: Linker (anterior aspect). A variety of extension gaps can be adjusted by choosing the proper pair of holes. B: Linker (lateral aspect). Proximal limb of the linker is matched to the slot of the distal femoral resection guide.

A B

뒤에는 Linker를 제거하고 대퇴부의 절골을 시행한다(Fig. 3B).

대퇴후과(posterior femoral condyle)를 절골할 때는 그 두께가 대퇴 삽입물(femoral component)과 같거나 약간 크도록 하였 다. 대퇴 절골술이 완성된 후에는 슬관절을 90도로 굴곡시킨 위 치에서 미리 고정된 경골부 핀을 통하여 경골 절골 기구(tibial resection guide)를 설치한 후 경골 상부 절골을 시행한다(Fig.

3C). 이때 후십자인대를 보존할 수 있도록 주의한다. 대퇴 하부 절골과 경골 절골이 완료된 후 형성된 신전 간격이 저자가 의도 한 대로 이루어졌는지 확인하기 위하여 절골된 면이 신전위치에 서 서로 접촉한 상태로 표식간의 길이를 측정하여 이를 ILD-2 로 하였다(Fig. 1B). 신전 간격은 절골 전후의 표식간의 거리차 이로 이는 ILD-1과 ILD-2 값의 차이에 해당하며 이는 삽입될 인공 삽입물의 적정 두께에 해당한다(Fig. 4). 인공 슬관절물을

가삽입 후 굴곡-신전 간격이 적정한지를 확인한다. 관절 간격이 슬관절 전치환술 후 확대되었는지 여부는 연부조직 이완술 후 기계적 축과 하퇴가 일치되었을 때 대퇴와 경골의 표식간 거리 의 변화로 측정하였다. 기존 방식의 독립식 절골술군과 연계식 절골술군간의 신전 간격과 이에 삽입된 폴리에틸렌의 두께의 분 포의 균일성을 독립 2-표본 검정을 이용하여 95% 신뢰도를 가 지고 통계 분석하였다.

결 과

기존 방식의 독립식 절골술군은 20예였고 연계식 절골술군은 22예였으며 두군간의 연령이나 성별의 차이는 없었다. 독립식 절골술군의 신전 간격은 18.1±4.2 mm (2SD), 연계식 절골술 군은 20.3±1.3 mm (2SD)로 전자보다 신전 간격의 일정한 분 포를 보여 재현도(reproducibility)와 일정성(consistency)이 우 수함을 알 수 있었다(P=0.028) (Table 1) (Fig. 5). 사용된 폴리에틸렌의 두께도 각각 8.1±2.6 mm (2SD), 9.4±0.9 mm (2SD)로서 대퇴 경골 연계식 절골술군에서 보다 일정한 분포를 보여 술자가 의도한 두께의 폴리에틸렌의 삽입이 보다 용이함을 알 수 있었다(P=0.043) (Table 1).

고 찰

슬관절 전치환술 후 가장 흔한 재수술의 원인으로 Dorr 등^4-6) 은 경골부의 무균성 이완(aseptic loosening)을 주요인으로 꼽 았으며 이를 방지하기 위해 경골의 최소 절제(minimal proxi- Fig. 4.The difference of ILD-1 and ILD-2 is the extension gap and

represents the ideal component (femur, tibia and polyethyelene) thickness.

ILD-1-ILD-2

�Component thickness

Fig. 3.A: A linker was applied to the slot on the femoral resection guide. Then pins were inserted through the linker holes to secure the exten- sion gap. B: After pins were fixed to the tibia, the linker should be extracted to proceed the operation. C: A proximal tibial resection guide replaced the linker by means of these pins. The slot of the femoral resection guide is parallel to that of the proximal tibial resection guide, which allows a consistent rectangular extension gap.

A B C

mal tibial resection)를 권장하였다. 많은 저자들도 경골의 상 부에 강력한 골소주(trabecular)가 위치하기 때문에 이 의견에 동의하였다^4-6,9,12).

그러나 경골 절제선을 연골하 골(subchondral bone)에 국한 시킴으로 인해 관절선(joint line)이 상향되거나 폴리에틸렌 삽 입물의 두께가 얇아질 수 밖에 없었으며 이는 인공 슬관절의 수 명에 악영향을 끼치게 되었다. 1985년경 Collier 등³⁾, Walker

등^13-15), Bartel 등^1,2), Weight 등^16,17)은 각기 다른 연구를 통하

여 폴리에틸렌의 최소 두께가 6-8 mm되어야 함을 주장하였다.

폴리에틸렌의 두께와 함께 금속성 경골판의 등장으로 경골 삽입 물의 전체 두께는 상대적으로 두꺼워졌고 이는 상당한 양의 골 절제를 필요로 하게 되었다.

경골의 적정 절제 기준으로는 최소 절제 보다는 슬관절이 좀 더 두꺼운 인공 관절물을 삽입할 수 있도록“moderate proxi- mal resection level"을 선호하게 되었다^8,11). 적절한 절골의 기 준은 술자가 원하는 인공 관절물 삽입시에 과도히 긴장되거나 이완이 일어나지 않아야 한다. 인공 슬관절 삽입물의 두께를 고 려하여 경골의 절골 부위를 늘 일정하게 하기는 어렵다. 경골의 절골선을 일정하게 하기 어려운 점은 경골과의 결손이 많거나 경골 상부가 말안장(saddle) 모양을 하는 등 해부학적 구조가 일정치 않기 때문이다¹⁰⁾.

술자가 원하는 굴곡-신전 간격 및 측부인대 등의 균형을 적절 히 하기 위해선 가삽입 후에 적절한 조정을 하도록되어 있다.

현재로서는 술자가 원하는 관절 삽입물의 크기에 맞추어 일률적 으로 절골할 수 있는 술기는 없는 바 이는 대퇴 절골과 경골 절 골이 원하는 신전 간격과 관계없이 독립적으로 시행되기 때문이 다. 독립식 절골술에 의해 형성된 신전 간격은 대부분 적정 신 전 간격보다 적게 절제되는 경향을 보였으며 이로 인해 추가로 골절제술이나 연부 조직 이완 등의 보완적 시술이 필요하였고 그 결과로 삽입될 폴리에틸렌의 두께도 일정치 않았다. 대퇴 경 골 연계식 절골술 시 적정 신전 간격 재현이 독립식 절골술 보 다 쉬웠으며 오차도 매우 적어 적정 신전 간격을 늘 일정하게 얻을 확률이 매우 높았다. 따라서 사용된 폴리에틸렌의 두께도 비교적 일정하였다(Table 1).

굴곡 신전 간격의 균형을 맞추는 것은 슬관절 전치환술의 성 공을 결정하는 중요한 과정이다. 독립식 절골술은 늘 일정한 신 전 또는 굴곡 간격의 획득이 어렵기 때문에 인공 관절물 가삽입 후에 신전-굴곡 간격의 불균형을 이루는 여덟 가지의 경우를 판 별해야 한다. 이에 비하여 대퇴 경부 연계식 절골술은 술자가 원하는 신전 간격이 이미 정해진 상태에서 굴곡 간격의 균형을 맞추게 됨으로 굴곡시 긴장되거나 이완되는 두가지 경우만 고려 하게 되어 이 균형을 맞추는 과정이 상당히 단순화 됨을 알 수 있다(Table 2).

저자는 신전 간격을 대퇴 하부 절골술과 연계하여 경골 절골 선을 정하는 기구(Linker system)를 고안하여 삽입할 폴리에 틸렌의 두께와 일치시킬 수 있었다. Linker system은 절골 간 격을 직사각형에 가깝게 하여 관상면에서 내반 또는 외반 변형 을 최소화 하며 측상면(sagittal plane)에서는 대퇴 삽입물과 경 골 삽입물이 평행하게 삽입되게 할 수 있었다. 이는 Insall 등^8,9) 이 주장한 직사각형의 굴곡-신전 간격을 형성하는 동시에 적정 신전 간격을 항상 확보할 수 있어 가삽입(trial reducion) 후에 굴곡-신전 간격을 맞출 경우 굴곡 간격이 과도하게 긴장하거나 이완되는 두가지 경우만을 조정하게 됨으로써 가삽입 후의 미세

*P=0.028; ^�P=0.043.

Independent osteotomy

group Linked osteotomy group Extension gap* 18.1±4.2 mm (2SD) 20.3±1.3 mm (2SD) Polyethylene^�

8.1±2.6 mm (2SD) 9.4±0.9 mm (2SD) Thickness

Table 1.The distribution of the extension gap and polyethylene thickness between two groups

Flexion

loose OK tight

loose 1 2 3

Extension OK 4 OK 5

tight 6 7 8

Table 2.Numbers of occasions to achieve flexion-extension gap balance in two groups of the osteotomy technique

A. Eight situations should be considered to achieve flexion-extension gap balance in the independent osteotomy technique.

Flexion

loose OK tight

Extension OK 1 OK 2

B. In the linked osteotomy technique, the occasions could be reduced into two.

Fig. 5.The linked osteotomy group showed a more uniform distri- bution of the extension gap than the independent group.

Extension gap (ILD-1-ILD-2, mm)

I: Independent osteotomy, L: Linked osteotomy

24.00

20.00

16.00

12.00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42

L I

조정 과정(fine tunning of trial component)을 단순화할 수 있다(Table 2).

일정한 신전 간격 획득을 위해 Linker system을 이용한 대퇴 경골 연계식 절골술의 장점을 요약하면 다음과 같다.

1. 적절한 두께의 폴리에틸렌이 삽입될 수 있도록 예정한대로 신전 간격 절골술을 시행할 수 있다.

2. 가삽입 후(trial reduction) 교정과정이 필요없거나 단순화 되었다.

결 론

슬관절 전치환술 시 삽입될 인공 관절물의 두께를 감안한 대 퇴 경골 연계식 절골술은 기존 방식의 독립식 절골술에 비하여 신전 간격의 크기 및 폴리에틸렌의 두께를 술자가 의도한대로 재현하는 점이 우수하며 그 오차의 범위도 적어서 술기의 단순 화, 인공 슬관절 수명의 연장 및 숙련 기간(learning curve)의 단축에 도움을 줄 것으로 생각된다.

참고문헌

1. Bartel DL, Bicknell VL and Wright TM:The effect of conformity, thickness, and material on stress in ultra-high molecular weight compo- nents for total replacement. J Bone Joint Surg, 68-A: 1041-1051, 1986.

2. Bartel DL, Burstein AH, Toda MD and Edward DL: The effect of conformity and plastic thickness on contact stresses in metal-backed plas- tic implants. J Biomech Eng, 107: 193-199, 1985.

3. Collier J, Mayer MB, McNamara JL, et al:Analysis of the failure of 122 polyethylene inserts from uncemented tibial knee components. Clin Orthop, 273: 232-242, 1991.

4. Dorr LD and Boiardo RA:Technical consideration in total knee arthro- plasty. Clin Orthop, 205: 5-11, 1986.

5. Dorr LD, Conaty JP, Schreiber R, Mehne DK and Hall D:Techni- cal factors that influence mechanical loosening of total knee arthroplasty.

The knee. Papers of the first scientific meeting of the knee society. Balti- more, University Park Press: 121-135, 1985.

6. Dorr LD and Yee L:Preservation of the joint line in total knee arthro- plasty. The knee. Papers of the first scientific meeting of the knee society.

Baltimore, University Park Press: 75-82, 1985.

7. Hofmann AA, Bachus KN and Wyatt RW: Effect of the tibial cut on subsidence following total knee arthroplasty. Clin Orthop, 269: 63-69, 1991.

8. Insall JN:Technique of total knee replacement. AAOS Instr Course Lect, 30: 324-331, 1981.

9. Insall JN: Surgical Techniques and Instrumentation in total knee arthro- plasty. In: Insall JN ed. Surgery of the knee. 2^nded. New York, Churchill Livingstone, 1555-1566, 1993.

10. Lotke PA and Ecker ML:Influence of positioning of prosthesis in total knee replacement. J Bone Joint Surg, 59-A: 77-79, 1977.

11. Merrill A, Ritter MD, Thomas J, et al: The clinical significance of proximal tibial resection level in total knee arthroplasty. Clin Orthop, 360:

174-181, 1999.

12. Rand JA and Bryan RS: Alignment in porous coated anatomical total knee arthroplasty. The knee. Papers of the first scientific meeting of the knee society. Baltimore, University Park Press: 111-116, 1985.

13. Walker PS: Bearing surface design in total knee replacement. Eng Med, 17: 149-153, 1988.

14. Walker PS: Requirements for successful total knee replacements. Orthop Clin North Am, 20: 15-21, 1989.

15. Walker PS, Hsu HP and Zimmerman RA:A comparative study of uncemented tibial components. J Arthroplasty, 5: 245-252, 1990.

16. Wright TM and Bartel DL:The problem of surface damage in polyethy- lene total knee components. Clin Orthop, 205: 67-72, 1986.

17. Wright TM, Hood RW and Burstein AH: Analysis of material fail- ures. Orthop Clin North Am, 13: 33-41, 1982.

Purpose :We designed a new osteotomy technique in order to get a consistent extension gap along with a tibial polyethelene insert in TKRA. The results were compared to the independent osteotomy technique.

Material and Methods :Forty two patients were divided into an independent osteotomy group and a linked osteotomy group according to the technique adopted. In the linked osteotomy group, the extension gap was made by using a linker which was designed to provide a consistent gap between the distal femur and the proximal tibia during knee extension. The widths of the extension gap and the polyethylene thickness was compared between the two groups.

Results : The extension gap of the independent osteotomy group was 18.1±4.2 mm (2SD) and that of the linked femorotibial osteotomy group was 20.3±1.3 mm (2SD). The polyethylene thick- ness was 8.1±2.6 mm (2SD) in the independent group and 9.4±0.9 mm (2SD) in the linked group.

Conclusion : This linked femorotibial osteotomy technique provided an improved method for obtaining a tibial insert matched extension gap in TKRA. This technique might also increase the longevity of the polyethylene insert.

Key Words : Total knee replacement arthroplasty, Linked femorotibial osteotomy, Extension gap

Component Size Matched Extension Gap Osteotomy for TKRA - A New Concept in Knee Osteotomy for TKRA -

Jai Gon Seo, M.D. and Min Wook Jung, M.D.

Department of Orthopaedic Surgery, Samsung Medical Center, Sungkyunkwan University School of Medicine, Seoul, Korea

Abstract

Address reprint requests to Jai Gon Seo, M.D.

Department of Orthopaedic Surgery, Samsung Medical Center 50 Ilwon-dong, Kangnam-gu, Seoul 135-710, Korea Tel : +82.2-3410-3509, Fax : +82.2-3410-0061 E-mail: seo531@samsung.co.kr