176 대퇴골 전자간 골절의 수술적 치료에서 안정성 골절인 경우 내고정물에 상관없이 그 결과가 좋은 것으로 알려졌
고9) 불안정성 골절인 경우 Jensen 등4)은 활강 고나사가 가장 적합한 내고정 장치라고 주장하였으며 지금까지 널
불안정성 대퇴골 전자간 골절에서 전자부 안정화 금속판 사용 후 발생한 고정실패
- 생역학적 분석 및 3예 보고 -
강수용․이은우․강기서․송광섭․이상학․박영욱․장승환*
중앙대학교 의과대학 정형외과학교실, 공과대학 기계공학부*
불안정성 대퇴골 전자간 골절에서 활강 고나사와 전자부 안정화 금속판(TSP)을 사용한 후에 생긴 고정실패의 기전은 발표된 보고가 거의 없다. 본 저자는 불안정성 대퇴골 전자간 골절에서 TSP를 사용하여 고정한 환자들 중 3예에서 발생한 금속파절을 보고하고자 한다. 이들 3예는 모두 같은 양상의 고정실패의 기전을 보이고 있으며 이는 금속판과 나사못의 연결부에서 생긴 피로골절의 양상을 나타내고 있다. 이들 중 2예는 불유합이 관찰되었고 1예는 골유합 4년 후에 우연히 발견되었다. 함께 시행한 생역학적 분석에서는 외측 피질골의 지지대역할을 해주는 TSP가 원위부 나사못에 전단력을 증가시켜 피로골절에 이르게 하는 것으로 분석되었다. 또한 파절된 나사못 표면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진은 금속파절이 적은 힘이 반복적으로 가해져서 생긴 피로골절임을 말해주었다. 이런 피로골절을 예방하기 위해 내고정물(TSP)의 개량과 수술술기의 개선이 필요할 것으로 보인다.
색인 단어: 불안정성 대퇴골 전자간 골절, 전자부 안정화 금속판, 금속파절
Mode of Fixation Failures of Dynamic Hip Screw with TSP in the Treatment of Unstable Proximal Femur Fracture
- Biomechanical Analysis and a Report of 3 Cases -
Soo Yong Kang, M.D., Eun Woo Lee, M.D., Ki Ser Kang, M.D., Kwang Sup Song, M.D., Sang Hak Lee, M.D., Young Uk Park, M.D., and Seung Hwan Chang, Ph.D.*
Department of Orthopaedic Surgery, College of Medicine,
Department of Mechanical Engineering, College of Engineering*, Chung-Ang University, Seoul, Korea There are few reports of the failure m ode of a dynam ic hip screw w ith a trochanteric stabilizing plate (TSP) in the treatm ent of unstable proxim al fem ur fractures. W e present 3 cases of fixation failure of a TSP used to treat unstable intertrochanteric fractures. All cases had the sam e type of failure m ode, which represented a fatigue fracture of the distal screw at the junction of a plate and screw . Non-union occurred in 2 cases, and one case was an incidental finding 4 years after union.
Biom echanical analysis and SEM (scanning electron m icrograph) exam ination w as also perform ed.
Adding TSP to the plate m ight increase the level of shear stress and slip m otion in the distal screw follow ed by a fatigue fracture. SEM of the surface of the broken screw revealed a m ultiple cycle and low stress fatigue fracture. Recom m endations are m ade regarding the im plant design and surgical technique.
K e y W o rd s : Unstable intertrochanteric fracture, Trochanteric stabilizing plate, Metal failure
통신저자：이 은 우
서울시 용산구 한강로 3가 65-207 중앙대학교 의과대학부속 용산병원 정형외과 TEL: 02-748-9805․FAX: 02-793-6634 E-mail: [email protected]
*본 논문은 2004년도 중앙대학교 교내 연구비 지원에 의해 이루어졌음.
Address reprint requests to Eun Woo Lee, M.D.
Department of Orthopaedic Surgery, Yong-San Hospital Chung-Ang University, 65-207 Hangang-ro 3-ga, Yongsan-gu, Seoul 140-757, Korea
Tel: +82.2-748-9805, Fax: +82.2-793-6634 E-mail: [email protected]
리 보편화되어 사용되어 왔다. 그러나 관절 내 돌출, 내반 변형, 과도한 활강으로 인한 대퇴골 간부의 내측 전위 및 회전 변형 그리고 내고정물 파괴 등의 문제가 발생하는 것으로 알려졌고2) 이의 보완으로 전자부 안정화 금속판 (trochanteric stabilizing plate, TSP)이나 골수강 내 금 속정을 사용하게 되었다1,6). 활강 고나사와 골수강 내 금 속정의 고정실패 양상은 많이 보고되어 있으나3,8,10) 전자 부 안정화 금속판의 고정실패 양상은 거의 보고되어 있지 않다. 저자들은 불안정성 대퇴골 전자간 골절치료시 전자 부 안정화 금속판을 사용하여 치료하였으나 추시관찰 도 중 유사한 양상의 금속파절 증례를 3예 경험하였기에 파 절된 나사못의 생역학적 분석과 함께 보고하고자 한다.
증례 보고
1. 증례 1
67세 여자 환자로 넘어져 수상 후 Evans-Jensen classification type 5 (AO 31-A 3.3)의 우측 대퇴골 전 자간 골절이었으며(Fig. 1A) 제2형 당뇨병과 고혈압이 있 었다. 해부학적 정복술 후 활강 고나사와 135도 5홀 금속 판 및 전자부 안정화 금속판으로 고정 시행하였다.
술 후 즉시 가능한 범위 내에서 체중 부하 보행을 시행 하였으며 술 후 3주째 보행기를 사용하며 퇴원하였다. 술 후 2개월에 시행한 단순 방사선 촬영상 경도의 활강 고나 사 활강 소견을 보였으며 대퇴 경간각의 변화 없이 골유 합이 진행되는 소견이 관찰되었다(Fig. 1B).
환자는 그 후 외래 방문하지 않았으며 술 후 4개월에
Fig. 1. Case 1. (A) Preoperative radiography of the right hip in a 66 year old women shows an A-3.3 intertrochanteric fracture. (B) Follow up radiograph taken 2 months after surgery shows good alignment of the fracture treated by an anatomic reduction with DHS and TSP. (C) 4 months after surgery, the patient complained of severe pain while attempting to ambulate. Full weight bearing was permitted 2 months after surgery. (D) Antero-posterior view shows salvage by reoperation with a blade plate and bone graft.
A C
B D
특별한 외상없이 1달 전부터 시작된 점차 진행되는 우측 고관절의 통증 및 보행불가를 주소로 응급실을 방문하였 다. 단순 방사선 소견상 금속 파절 및 대퇴 전자간 불유합 소견 관찰되었다(Fig. 1C). 금속 제거술 및 고정각 칼 금 속판 고정술과 자가 골 이식술 시행하였다(Fig. 1D). 술 후 1년 추시 관찰에서 골 유합 소견이 관찰되었으며 통증 없이 보행이 가능한 상태였다.
2. 증례 2
75세 여자 환자로 넘어져 수상 후 Evans-Jensen classification type 4 (AO 31-A 2.2 type) 우측 대퇴골 전자간 골절로 활강 고나사와 135도 4홀 금속판으로 고 정시 압박고 나사못 삽입을 위한 확공시 외측 피질골 삽
입부에 골절이 생겨 전자부 안정화 금속판을 추가로 고정 하였다(Fig. 2A).
술 후 즉시 가능한 범위 내에서 체중 부하 보행을 시행 하였으며 술 후 2주째 보행기를 사용하며 퇴원하였다. 술 후 1개월에 외래 방문하여 시행한 단순 방사선 촬영상 경 도의 활강 고나사 활강 소견을 보였으며 대퇴 경간각의 변화는 없었다(Fig. 2B).
그 후 4년 간 특별한 문제없이 지내던 중 척추관협착증 의 치료를 위해 입원했을 때 시행한 단순 방사선 촬영상 원위 피질골 나사의 파절소견이 관찰되었다(Fig. 2C). 금 속제거시 원위 피질골 나사 3개가 파절되어 있는 것을 관 찰하였다(Fig. 2D).
Fig. 2. Case 2. Antero-posterior radiography of an A-2.2 intertrochanteric fracture of the right hip of a 75 year old woman (A). The patient was treated with DHS and TSP because an additional fracture occurred at the lateral cortex around the insertion site of the lag screw. Follow up X-ray shows anatomic alignment and minimal slippage of the lag screw at 1 month (B). The patient had been an independent ambulator for 4 years after surgery. The incidental X-ray view shows unexpected breakage of a few distal screws (C).
Fracture might be united prior to fixation failure (D).
A B
D C
3. 증례 3
79세 여자 환자로 넘어지며 수상 후 Evans-Jensen classification type 5 (AO 31-A 3.3 type) 우측 대퇴골 전자간 골절로 활강 고나사와 135도 5홀 금속판 및 전자 부 안정화 금속판으로 고정을 시행하였다.
술 후 1개월에 외래 방문하여 시행한 단순 방사선 촬영 상 경도의 활강 고나사 활강 소견을 보였으며 대퇴 경간 각의 변화는 없었다.
그 후 특별한 문제없이 독립보행하며 지내던 중 술 후 18개월에 특별한 외상없이 2주 전부터 시작된 진행성의 우측 고관절의 통증 및 보행불가를 주소로 응급실을 방문 하였다. 단순 방사선 소견상 금속 파절 및 대퇴 전자간 불유합 소견이 관찰되었다. 금속 제거술 및 금속판 고정 술과 자가 골 이식술 시행하였다.
고 찰
활강 고나사에 전자부 안정화 금속판을 부가한 치료에 서의 금속파절은 보고된 바가 거의 없으며 그 기전 또한 알려져 있지 않다. 본 저자들은 추시관찰 도중 3예에서 원위부의 금속파절을 경험하였고 이들 경우가 모두 특별 한 외상의 과거력이 없이 발생하였으므로 이 원인에 대하 여 활강 고나사 금속판에 전자부 안정화 금속판이 더해져 서 금속판 두께의 증가로 인한 하중 증가가 원인일 가능 성을 생각하고 생역학적 분석 및 금속 파절 단면에 대한
분석을 시행하였다. 생역학적 분석에서 전자부 안정화 금 속판이 금속판에 더해지기 때문에 대퇴 전자부의 외측 전 이를 막음으로 인하여 생기는 전단력으로 인해 원위부 피 질 나사에 수직으로 발생하는 굽힘 응력과 인장력이 증가 하게 된다. 또 하나의 원인으로 나사가 전자부 안정화 금 속판 때문에 금속판에서 약간 떨어져서 고정되어 나사와
Fig. 3. Mechanical Analysis of fatigue fracture. Increased stiff- ness of the plate with added TSP (A) and slip movement between the plate and TSP (B) create more pull out forces and friction on the distal screw, which creates a deformity of the screw, followed by fatigue fracture.
F
θ
M
M
Fy Fy
A
Proximal femur
f1 f1
M1
P
M2
f2 f2
Supporting plate Proximal femur
(a)
(a) Without supporting plate
(b) Reinforced by supporting plate B
(b) Fc
M
Fy1
Fy2
Fig. 4. SEM (scanning electron micrograph). Scanning electron micrograph of the surface of the broken screw shows parallel striations of multiple cycles indicating a low stress fatigue fracture.
Initial crack line
Final fracture
피질골의 거리가 길어지고 두개의 판 사이의 약간의 미끄 러짐 운동(slip movement)을 통한 나사 접촉 부위의 부 가적인 전단응력(shear stress)이 더해져서 이들이 금속 파절의 원인이었을 것으로 분석되었다(Fig. 3).
금속파절 단면에 대한 분석에서 한쪽 끝부분에서 중앙 부를 향해 뻗어있는 흰색 선들이 최종 파단면(5%)을 제외 한 거의 대부분을 차지하고 있는 것을 알 수 있는데 이는 작은 하중이 오랜 시간에 걸쳐서 작용하였음을 나타낸다 (multiple cycle, low stress fatigue fracture)(Fig. 4).
저자들은 이 분석을 통하여 금속 파절의 원인이 반복적 인 하중에 의한 피로 골절일 것으로 생각하고 전자부 안 정화 금속판을 사용한 군에서 가능한 조기 보행을 허용할 수 있으나 수술 후 6-8주 경과 후 하퇴부 통증을 호소할 때나 증상이 없어도 단순 방사선 검사(tangential view) 를 통한 금속판 원위부 나사에 피로 골절 여부를 주의 깊 게 관찰하여야 할 것으로 생각하였다. 또한 활강 고나사 와 전자부 안정화 금속판의 길이의 차이(long barrel plate, short TSP)를 두거나 유연한 전자부 안정화 금속 판을 사용해서 굽힘 응력을 감소시키는 방법7), Medoff axial compression 개념을 적용하여 axial force가 골절 편 간에만 적용되게 하는 방법5), locking plate를 사용하 여 미끄러짐 운동 및 굽힘응력, 인장력을 감소시키는 방 법 및 반경이 좀더 큰 피질골 나사를 사용하여 stress에 대한 저항성을 크게 하는 방법7) 등으로 원위부 나사에 하 중을 줄일 수 있을 것으로 생각된다. 이 논문은 단지 이론 적인 수학적 분석이므로 finite element analysis 등을 이 용한 실험적인 생역학적 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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