결 과

771

목 적 :Hydroxyapatite (HA)를 피복시킨 포말형 일차성 무시멘트 고관절 전치환술의 최소 5년 이상 추시 결과를 분석하였다.

대상 및 방법 :최소 5년 이상, 평균 HA군에서 6.2년, 포말형군에서 6.8년의 추시 관찰이 가능했던 HA군의 43명(48예)와 포말형군의 44명(48예)에 대하여 임상적 및 방사선적 결과를 비교분석 하였다.

결 과 :술 후 6개월째 Harris hip score에 대해 포말형군이 평균 78.1, HA군 90.9로 의미있는 차이를 보였으나, 최종 추시 시 각각 94, 96으로 두군간에 통계학적 차이는 없었다. 술 후 6개월째 대퇴부 동통의 빈도는 HA군이 6.3%, 포말형군이 22.5%였고(P=0.047), 최종 추시시 각각 2.1%와 6.3%의 대퇴부 동통이 잔존하였다. 대퇴 주대의 골내 성장은 술 후 1년째 포말형군에서 56.3%, HA군에서 91.7%로 의미있게 나타났으나 최종 추시시 양군 모두 97.9%의 골내 성장을 보였다. 최종 추시시 폴리에틸렌의 평균 마모는 HA군이 1.72 mm, 포말형군이 1.36 mm로 HA군에서 높았으나, 두 군간에 의미있는 차이 는 없었다(P=0.067). 비구골 주위 골용해는 HA군이 16.7%, 포말형군이 8.3%였고, 대퇴골 주위 골용해는 HA군이 37.5%, 포말형군이 20.8%로 HA군에서 포말형군에 비해 다소 높은 빈도로 나타났으나 의미있는 차이는 없었다.

결 론 :초기 HA군의 임상적 및 방사선적 결과는 포말형군에 비해 우수하였지만, 최종 추시시 양군간에 의미있는 차이는 없었다. 최종 추시시 폴리에틸렌 마모나 골용해는 양군간에 통계적 차이가 없었고, HA로 피복된 삽입물과 현재 사용중인 다른 인공관절과 비교하기 위해서는 10-15년 이상의 장기적인 추시관찰이 필요할 것으로 생각된다.

색인 단어 : 고관절치환술, 미세 포말형, Hydroxyapatite

771

미세포말형과 수산화인회석을 도포한 포말형 무시멘트 고관절 전치환술의 최소 5년 이상 추시 결과

황성관∙이두희∙임무학*

연세대학교 원주의과대학 정형외과학교실

서 론

인구의 고령화에 따라 골관절염, 대퇴골두 괴사, 대퇴 경부 골절 등의 빈도가 증가하고 있으며, 이에 대하여 고관절 전치환 술은 고관절 질환의 치료 방법으로 중요한 비중을 차지하고 있

다^19,21-23). 따라서 고관절 전치환술에 사용되는 재료 및 내고정

방법에도 많은 변화를 보였는데, 1960년대 Charnly에 의해 골 시멘트를 이용한 고정방법이 소개되었으나, 장기 추시 결과 삽입 물의 해리와 시멘트병(cement disease) 등의 문제가 생겨나^1,2,6). 이후 1980년대에는 시멘트를 사용하지 않고 골내 성장을 증가시 킬수 있는 생물학적 고정법이 소개되었고^4,7), 보다 강한 생물학 적 고정과 골내 성장의 증가를 위해, 실험적 과정을 거쳐 hydroxyapatite (HA)로 피복된 내고정법이 개발되어 그 관심 이 높아지고 있다9,10,12,13,15,24).

1987년부터 Geesink 등^12,13,25)이 생물학적으로 활성적이면서 골조직과 화학 구조식이 동일한 HA를 삽입물위에 도포하여 골

조직과 삽입물간의 결합 및 생체 친화성(biocompatibility)을 극 복하는 성공적인 실험과 임상 결과를 보고하였으며, 1990년에는 HA로 피복된 고관절 전치환술의 초기 임상결과를 보고하면서 무시멘트성 고관절 전치환술의 표준화된 방법으로서 매력적인 결과를 발표한 바 있다¹⁶⁾. 1987년 Osborn 등²⁰⁾은 HA로 피복된 고관절 전치환술의 사후 제거 연구에서도 훌륭한 골내 성장을 보고한 바 있다.

이에 대하여 본 연구에서는 Mallory Head형을 이용하여 고 관절 전치환술을 시행한 환자를 대상으로 미세포말형과 HA로 피복된 포말형 무시멘트 고관절 전치환술에 대한 최소 5년 이상 (5년-7.2년)의 중기 추시를 통해 임상적 및 방사선학적 결과를 분석 보고하는 바이다.

연구 대상 및 방법

1991년 2월부터 1994년 3월까지 Mallory Head형을 이용하여 무시멘트 고관절 전치환술을 시행한 포말형군의 58명 67예와 HA군의 45명 60예를 대상으로 전향적 연구방법으로 비교 분석 하였다. 본 연구에서는 두 군의 통계학적 비교를 위해 양군의 크기를 서로 유사하게 하였는데, 최소 5년 이상 추시관찰이 가 771

771 통신저자 : 황 성 관

강원도 원주시 일산동 162

연세대학교 원주의과대학 정형외과학교실 TEL: 033-741-1351∙FAX: 033-741-1355

E-mail: [email protected]

능했던 예는 포말형군의 44명 48예와 HA군의 43명 48예로 동 일하였고, 이들에 대하여 임상적 및 방사선적 결과를 비교분석 하였으며, 평균 추시기간은 HA군이 6.2년(5년-7.2년), 포말형 군이 6.8년(7년-7.1년)이었다. 특히 포말형군중 비구컵에 있어 서 초기 실패를 보였던 Hexlock system을 사용한 경우는 제외 하였고, 양군의 대퇴주대 사용에는 특별한 원칙없이 무작위 선 택을 하였다. 이들은 포말형군에서 남자가 27명 30예(62.5%), 여자가 17명 18예(37.5%)였고, 평균연령은 58.6세(24-78세)였 으며, HA군에서는 남자가 25명 29예(60.4%), 여자가 18명 19 예(39.6%)였고, 평균 연령은 59.2세(21-79세)로 두 군간에 통 계학적 차이는 없었다. 수술시 진단은 HA군과 포말형군에서 대 퇴골두 무혈성 괴사가 각각 19예와 17예, 대퇴골 경부 골절 및 후유증이 각각 16예와 17예, 퇴행성 관절염이 각각 6예와 5예였 고, 그 외 LCP 및 고관절 결핵의 후유증순으로 두 군에서 유사 한 분포를 보였다.

본 연구에서는 Mallory Head 삽입물을(Biomet Inc, War- saw, IN) 모든 예에서 사용하였다. 비구컵은 반구형 컵으로 나 사못 또는 핀 고정을 하게 되어있고, 다공성 피막이 있어 골내 성장이 일어나도록 제작되었다. 대퇴 주대는 관상면과 시상면에 서 모두 3도씩 가늘어지는 형태로 근위부 1/3은 환형으로 다공 성 피막이 되어 있으며, HA는 다공성 표면위에 피복되는 형태 로 제작되었다. 사용된 HA는 칼슘/인산 비율이 1.65이고, puricity는 97%였으며, 150-200 m 두께로 air plasma 분사 방법에 의해 다공성 표면위에 피복되었다. 수술방법은 전 예에 서 단일 정형외과의(S.K. Hwang)에 의해 후외방 도달법을 이 용하여 측와위에서 대전자 절골술없이 고관절 전치환술을 시행 하였고, 특히 비구컵은“line to line”으로 삽입하였다. 방사선학 적 분석을 위해 술전, 수술 직후, 술 후 3개월, 술 후 6개월, 그 후 매 1년마다 임상적 및 방사선적 추시관찰을 하였다.

임상적 평가는 Harris Hip Score와 대퇴부 동통을 분석하였 고, 방사선학적으로는 비구컵의 경우 비구컵의 이동과 경사각 변화, 비구컵의 골내 성장, 비구골의 용해, 폴리에틸렌의 마모, 무균성 해리에 대해 분석하였으며, 대퇴 삽입물에 대해서는 대 퇴 주대의 골내 성장, 삽입물 주위의 반응선, 대퇴 피질골 비후, 대퇴주대의 침강, 대퇴골의 용해와 무균성 해리 및 Brooker 분 류에 따른 이소성 골형성에 대해서 분석하였다. 비구컵의 수평 이동은 비구컵 외연과 Kohler 선 사이의 수평 거리변화로 측정 하였고, 비구컵의 수직이동은 tear drop의 밑부분을 연결한 선 을 기준으로 비구컵 중심과의 거리변화를 측정하였으며⁵⁾, 수평 이동과 수직이동은 2 mm 이상시, 경사각의 변화는 5도 이상시 의미있는 것으로 생각하였다. 골내 성장은 비구컵에서는 DeLee 와 Charnley¹¹⁾의 3구역에 대하여, 대퇴 주대에서는 Gruen 등¹⁷⁾ 의 7구역에 대하여 분석하였다. 폴리에틸렌 삽입물의 평균 마모 와 연평균 마모율은 Livermore 등¹⁸⁾의 방법을 이용하여 측정하 였으며, 대퇴주대의 침강은 대전자의 상단에서 대퇴주대의 외연 까지의 거리변화로 측정하였고, 수술 직후 방사선 사진과 비교

하여 5 mm 이상 차이가 있을 때 의미있는 것으로 생각하였다.

통계 방법으로 평균 Harris hip score와 폴리에틸렌 삽입물의 마 모에 대해서는 student t-test를, 그 외에 대해서는 Chi-square test를 이용하였다.

결 과

평균 Harris hip score는 포말형군과 HA군에서 각각 술전 평 균 52.4, 56.1점에서 술 후 6개월째 각각 78.1점, 90.9점으로 의 미있는 차이를 보였으며, 최종 추시시 각각 94.2, 96.0점으로 향 상되었으나 의미있는 차이는 없었다(P=0.117)(Table 1). 술 후 6개월째 포말형군에서 11예(22.5%), HA군에서 3예(6.3%) 의 대퇴부 동통이 발견되었고 통계학적으로 의미있는 차이를 보 였다(P=0.047). 최종 추시결과 포말형군에서 3예(6.3%), HA 군에서 1예(2.1%)정도의 경미한 대퇴부 동통을 호소하였는데 (P=0.617)(Table 1), 이들은 모두 중등도 이하의 동통을 호소 하였으며, 활동정도와는 관련이 없었고, 일상 생활에 지장을 주 지 않을 정도였다.

2. 방사선학적 결과

1) 비구컵

비구컵의 수직 이동은 HA군이 2예(4.2%), 포말형군이 3예 (6.3%)에서 나타났는데, 이중 포말형군의 1예는 6 mm의 수직 이동과 함께, 3 mm의 수평이동 및 20도의 경사각 변화를 보여 재치환술을 시행하였다. 나머지 예에서 진행되는 수직이동이나 수평이동은 없었다(Fig. 1). 비구컵 주위의 골내 성장을 보면, 술 후 1년째 HA컵에서는 DeLee의 zone 1에서 21예(43.8%), zone 3에서 19예(39.6%)의 골형성을, 포말형컵에서는 DeLee 의 zone 1에서 20예(41.7%), zone 3에서 18예(37.5%)의 골형 성을 보였고, 마지막 추시결과 HA군에서는 DeLee zone 1에서 45예(93.8%), zone 3에서 29예(60.4%)의 골형성을, 포말형군 에서는 DeLee zone 1에서 43예(89.6%), zone 3에서 25예 (52.1%)의 골형성을 보였으며, 양군에서 통계학적으로 의미있

HA Porous Harris hip score Preop 56.1 52.4

6 mth 90.87 78.06 1 yr 95.08 90.04 last f/u 95.98 94.20 Thigh pain ( % of cases ) 6 mth 6.3 22.5

1 yr 6.3 4.6

last f/u 2.1 6.3 Table 1.Clinical results

는 차이는 없었다(P=0.125)(Table 2).

최종 추시시 HA군중 1예(2.1%), 포말형군중 2예(4.2%)의 비구컵에서 DeLee의 zone 2에 반응선이 형성되었지만 모두 zone 1과 3에 음영 증가가 있었고, 전 영역에 걸친 연속적인 반 응선은 없었으며, 증상이 없는 상태로 양군에서 통계학적 차이 는 없었다(P=0.125). 비구골의 골용해는 최종 추시시 포말형군 에서 4예(8.3%), HA군에서 8예(16.7%)가 관찰되었는데, 포말 형군에서는 DeLee의 zone 2에 2예, zone 3에 2예의 골용해가 관찰되었고, HA군에서는 DeLee의 zone 1에 2예, zone 2에 4 예, zone 3에 2예가 관찰되었으나, 양군에서 통계학적 차이는 없었다(P=0.726)(Fig. 2). 폴리에틸렌의 평균마모는 포말형군 에서 1.36 mm (0.5-5.6 mm), HA군에서 1.72 mm (0.5-6.2 mm)였으며, 연평균 마모율은 각각 0.20 mm/yr와 0.29 mm/yr로 양군에서 통계학적 차이는 없었다(P=0.067).

2) 대퇴주대

골내 성장은 술 후 3개월째 HA군에서만 19예(39.6%)가 나 타났으며, 술 후 6개월째 HA군 에서 35예(72.9%), 포말형군에

서 16예(33.3%)가 나타나 통계학적 차이를 보였으나, 최종 추 시 결과 양군 모두에서 47예(97.9%)의 골내 성장을 보여 양군 간에 통계학적 차이가 없었다(P=1.000)(Fig. 3). 삽입물 주위 의 반응선은 술 후 6개월째 HA군에서만 4예(8.3%)가 나타났 고, 포말형군에서는 보이지 않았다. 최종 추시시에는 HA군에서 26예(54.2%), 포말형군에서 28예(58.3%)로 증가하였으며, 양 군간에 통계학적 차이는 없었다(P=0.837).

마지막 추시 시점에서의 피질골 비후는, 포말형군에서 15예 (31.3%), HA군에서 9예(18.8%)로 나타났고 양군간에 통계학 적 차이는 없었다(P=0.358). 대퇴주대 침강은 포말형군에서만 8예(16.7%)(2.0-5.0 mm)에서 나타났으며, 양군 모두에서 대퇴 주대의 후기 침강은 나타나지 않았다. 최종 추시 결과 HA군에 서 18예(37.5%), 포말형군에서 10예(20.8%)의 환자에게서 국 Fig. 1. Cup migration and change of inclination. A: The radio-

graph of immediate postoperation shows acceptable acetabular inclination. B: The radiograph shows change of inclination about 20 degree and migration of cup at 6 months after surgery.

A B

Porous

Postop

POD 6M Porous

DeLee zone HA Porous P value

1 yr I 43.8 41.7 0.124

II - -

III 39.6 37.5

3 yr I 87.5 85.4 0.126

II 10.4 8.3

III 56.3 45.6

last f/u I 93.8 89.6 0.125

II 14.6 10.4

III 60.4 52.1

Table 2.Bone formation around cups (%)

Fig. 2. Osteolysis around cup. A: The immediate postoperatve radiograph shows no radiolucent area around cup. B: The radio- graph shows osteolysis around cup in DeLee and Charnley zone II at 5 years after surgery.

A B

Postop

HA HA

POD 5Y

Fig. 3. Endosteal bone formation. A: There was no radiodense trabeculation around stem in immediate postoperative radio- graph. B: 1 year after surgery,“spot welds”was noted.

A B

Postop

HA HA

POD 5Y

소적인 골용해가 보였지만 모두 Gruen zone 1, 7에 국한되었고 양군간에 통계학적 차이는 없었다(P=0.072).

3. 합병증

본 연구에서 추시결과 고관절 탈구는 HA군에서 2예, 포말형 군에서 1예가 나타났고, 수술 중 대퇴근위부에 금이간 경우가 각각 2예와 3예로 나타났다. 이소성 골형성은 모두 5예에서 발 견되었고, HA군이 3예, 포말형군에 2예였으며, 모두 Brooker grade 1 또는 2로 증상이 있는 예는 없었다.

고 찰

본 연구에서 초기 HA군에서의 Harris hip score는 우수한 임 상적 결과를 보여준다. 특히 HA군에서 술 후 6개월째 임상적으 로 동통이 소실되는 것은 주목할 만한 결과이며, 지속적으로 남 아 있는 경미한 동통의 빈도가 2.1%정도에 불과한 것은 1972년 Charnley⁸⁾에 의해 보고된 4%의 시멘트성 고관절 전치환술에서 나타나는 대퇴부 동통의 빈도와 견줄만하다. 하지만 최종추시시 임상적결과는 양군 모두 유사하게 나타나 통계학적 차이를 보이 지 않았다.

비구컵의 골형성은 대퇴 주대에 비해 늦게 나타났는데, 술 후 1년째 평균 약 40%정도의 골형성을 보여, Geesink 등¹⁶⁾이 보 고한 53%에 비하면 낮은 비율이었지만, 최종 추시시 HA군에 서는 zone 1에 93.8%, zone 3에 60.4%, 그리고 포말형군에서 는 zone 1에 89.6%, zone 3에 52.1%의 양호한 골형성을 보였 고 두 군간에 통계학적 차이는 없었다(P=0.125). 폴리에틸렌의 평균 마모는 HA군에서 평균 1.72 mm의 마모를 보였으며, 포 말형군에서는 평균 1.36 mm의 마모를 보였고, 연평균 마모율 은 각각 0.29 mm/yr와 0.20 mm/yr로 양군간에 통계학적 의 의는 없지만 HA군에서 다소 높은 경향을 보였다. 폴리에틸렌의 마모는 특히 젊은 연령의 환자에게서 중요한 문제로 생각되는 데, 충고에도 불구하고 HA군의 몇몇 환자들은 과도한 활동을 시행하였으며, 이로 인하여 폴리에틸렌의 마모가 가속화된 것으 로 생각된다. 1944년 Bauer 등³⁾은 HA 피복 자체가 폴리에틸 렌 마모를 증가시키는 것은 아니라고 주장하였고, 따라서, 환자 들의 동통이 완전히 없어진 것이 폴리에틸렌 마모에 부분적으로 나마 기여를 할 것으로 생각된다.

양군에서의 대퇴주대 골내 성장을 보면 포말형군과는 다르게, HA군에서는 술 후 3개월부터 Gruen zone 2와 6에 각각 14.6%, 25%가 나타나, 다발성으로 발생된 예를 포함해서 총 39.6%에서 골내성장의 방사선학적 징후를 보였고, 술 후 1년째 방사선적 결과를 볼 때, HA군이 포말형군에 비해 초기에 대퇴 주대에 골내 성장이 일어나는 것을 알 수 있었다. 그러나 최종 추시결과 골내 성장은 양군에서 모두 97.9%로 동일하였다. 양

군에 있어서 골내 성장의 양상은 유사하였는데, Gruen zone 2 또는 6에 방사선적 음영 증가가 나타나고, 이어서 피복이 되지 않은 부위에 반응선이 형성되었다. Geesink 등¹⁴⁾은 이러한 원 위부의 반응선이 경성(stiff)의 대퇴주대 원위부와 연성(elastic) 의 대퇴골 사이에서 발생하는 미세운동이 원인이라고 보고하였 으나, 본 연구에서 반응선의 발생 빈도는 양군간에 통계학적 차 이를 보이지 않았다(P=0.837).

최종 추시결과 비구골과 대퇴골의 용해가 HA군에서 다소 높 은 빈도로 발견되어졌고, 이는 아마도 폴리에틸렌 마모로 발생 되는 이물질에 의한 반응때문인 것으로 생각되며, HA입자에 의 한 영향도 완전히 배제할 수는 없을 것이다. 이소성 골형성의 빈도와 정도는 다른 유형의 고관절 전치환술에서 나타나는 것과 유사하게 보였다. 이론적으로는 HA가 골친화력이 있기 때문에 HA군에서 이소성 골형성의 빈도가 높을 것으로 예상되었으나 방사선학적 결과는 이론과 다르게 양군에서 통계학적 차이가 없 었다(P=0.125).

최소 5년간의 추시결과 대퇴주대에 대해서는 양군 모두 100%의 생존율을, 비구컵에 대해서는 포말형군이 97.9%, HA 군이 100%의 생존율을 보였으며, 이는 매우 우수한 결과이다.

HA군의 초기 임상적 결과는 시멘트성 고관절 전치환술과 유사 하였으며, 무시멘트성 삽입물의 경우보다는 월등히 우수하였다.

하지만 HA로 피복되어 잘 고정된 삽입물에 대하여, 폴리에틸렌 마모에 따른 생물학적 반응의 결과로 나타나는 삽입물의 후기 실 패는 특히 활동량이 많은 젊은 환자에게서 유의해야 할 점으로 보인다.

결 론

미세 포말형과 HA로 피복된 포말형 무시멘트 고관절 전치환 술의 최소 5년 이상 추시결과 술 후 6개월째의 Harris hip score 와 대퇴부 동통의 빈도를 볼 때, 초기 임상적 결과는 HA군이 포말형군에 비해 우수하였고, 방사선적으로도 대퇴 주대의 골내 성장이 HA군에서 포말형군에 비해 초기에 나타났으나 최종 추 시시 HA군과 포말형군의 임상적 및 방사선적 결과는 통계학적 차이가 없었다. 따라서 HA로 피복된 삽입물과 현재 사용중인 다른 인공관절과 비교하기 위해서는 10-15년 이상의 장기적인 추시관찰이 필요할 것으로 생각된다.

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Purpose :To compare the results of hydroxyapatite (HA)-coated with porous coated prosthesis for a minimum of five years.

Materials and Methods :We reviewed radiographs of 43 patients in HA group (48 cases) and 44 patient in porous group (48 cases) that followed for a minimum of five years after primary cement- less total hip arthroplasty. Average follow up period was 6.2 years in HA group and 6.8 years in porous group.

Results : Harris hip score was improved to 78.1 point in porous group, 90.9 point in HA group at 6 months after surgery, but at last follwo up, 94 point in HA group, 96 point in porous group, there was no significancy. Thigh pain was noted 22.9% in porous group and 6.3% in HA group at 6 months after surgery (P=0.047). At last follow up, thigh pain was noted 6.3% and 2.1% respective- ly. The mean wear of polyethylene liner was 1.36 mm in porous group and 1.72 mm in HA group (P=0.067). Endosteal bone formation of femoral stem was noted 56.3% of porous group and 91.7%

of HA group at one year after surgery, but there was 97% of endosteal bone formation was noted in both group at last follow up. Osteolysis around acetabular cup was noted 8.3% in porous group and 10.4% in HA group, and osteolysis around femoral stem was noted in 20.8%, 37.5% respec- tively.

Conclusion :The results of HA coated implant was better than that of porous group at initial, but there was no significant differency at last follow up. The difference in rate of osteolysis and polyethylene wear between both groups were not significant at the last follow up. Final acceptance must await follow-up at least of 10 to 15 years in comparison with current hip prostheses.

Key Words : Hip arthroplasty, Porous, Hydroxyapatite

Minimum Five Year Follow-Up Study of Porous-Coated Versus Hydroxyapatite Porous-Coated Cementless Total Hip Replacement

Sung Kwan Hwang, M.D., Doo Hee Lee, M.D., and Mu Hak Lim, M.D.*

Department of Orthopaedic Surgery, Wonju College of Medicine, Yonsei University, Wonju, Korea

Abstract

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Department of Orthopedic Surgery, Wonju College of Medicine, Yonsei University 162 Ilsan-dong, Wonju, Gangwondo 220-050, Korea

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