링커 기기와 네비게이션을 이용한 슬관절 전치환술의 방사선학적 결과 비교
성균관대학교 의과대학 삼성서울병원 정형외과학교실
문영완∙서재곤∙강홍제∙김융성
= 국문 초록 =
목 적: 슬관절 전치환술의 예후를 결정하는 요소로서 적절한 하지 정렬 및 삽입물의 위치가 중요하다. 이 에 링커 기기와 네비게이션을 이용한 슬관절 전치환술의 방사선학적 하지 정렬 및 삽입물 위치의 정확도를 비교하려고 하였다.
대상 및 방법: 2004년 2월에서 2005년 4월까지 한 술자에 의해서 시행된 링커 기기를 이용한 인공 슬관 절 전치환술 25예(A군, Scorpio�)와 네비게이션을 이용한 25예(B군, Orthopilot�, Aesculap)를 방사선학 적으로 비교 분석 하였다. 방사선학적 계측은 수술 후 6주에 검사한 기립 장 하지 전후면 방사선 사진 (standing long leg anteroposterior radiograph)에서 기계적 축의 편향, 대퇴 삽입물 내외반각(α각), 경 골 삽입물 내외반각(β각)을 측정 하였으며 앙와위 측면사진에서는 대퇴 삽입물 굴곡각(γ각) 및 경골 후방 경 사각(δ각)을 측정하였다. 방사선학적 결과는 우수, 양호, 불량으로 구분하였고 5개 각이 모두 양호 이상인 경우를 우수한 방사선학적 결과로 보았다.
결 과: 기계적 축의 편향은 A군에서 평균 1.1�, B군에서 13.6�였으며 두 군 모두 우수 하였다. α각은 A 군에서 우수 19예, 양호 6예, B군에서 우수 21예, 양호 4예였고 β각은 A군에서 우수 22예, 양호 3예, B군 에서 우수 23예, 양호 2예였다. γ각은 A군에서 우수 15예, 양호 8예, 불량 2예, B군에서 우수 15예, 양호 9예, 불량 1예였고 δ각은 A군에서 우수 19예, 양호 3예, 불량 3예였으며 B군에서 우수 23예, 불량 2예로 기계적 축의 편향, α각, β각, γ각, δ각 모두 두 군간에 차이가 없었다. 또한, 5개 각이 모두 우수한 경우는 A군에서 6예, B군에서 15예로 B군이 더 우수 하였으며 5개 각 모두가 양호 이상인 우수한 방사선학적 결 과는 A군에서 20예, B군에서 21예로 차이가 없었다.
결 론: 링커 기기와 네비게이션을 이용한 슬관절 전치환술간의 방사선학적 하지 정렬 및 삽입물 위치는 우 수한 방사선학적 결과는 각각 80% 와 84%로 통계학적으로 차이는 없었으나 5개 각 모두가 우수한 경우는 네비게이션을 이용한 군에서 더 많았다.
색인단어: 슬관절 전치환술, 링커 기기, 네비게이션, 방사선학적 계측
Volume 18, Number 1, June 2006
Corresponding Author: Jai-Gon Seo M.D.
Department of Orthopedic Surgery, Samsung Medical Center, Sungkyunkwan Unniversity School of Medicine, Ilwon-dong 50, Kangnam-Gu, Seoul 135-710, Korea
TEL : 02-3410-3502, FAX : 02-3410-0061, E-mail : [email protected]
서 론
슬관절 전치환술에서 치환물의 수명은 적절한 치환
물의 선택, 하지의 정열, 치환물의 고정, 연부조직 균형 등 여러 요소에 의해 영향을 받는다1,2,12,14,15). 특 히, 적절한 하지 기계적 축의 재정렬과 적절한 치환 물의 위치는 슬관절 전치환술의 장기 예후를 결정짓
는 중요한 요소 중 하나 이다1,4,14,18). 치환물의 부적 당한 위치는 폴리에틸렌의 해리와 마모 및 재수술의 빈도를 증가시킬 수 있다. Rand와 Coventry15)는 기계적 축이 4�이내 내외반인 경우 10년 생존율이 90% 이지만 4�이상인 경우 73% 라고 하였으며 Jeffrey6)는 3�이내의 내외반의 경우 12년 유리율이 3% 이지만 그 이상인 경우 24% 라고 하였다.
Laskin9)은 고전적인 수술 방법의 경우 불만족스러 운 방사선학적 치환물의 삽입(implantation)은 10% 가량 된다고 하였다. 따라서 많은 연구자들에 의해 정확한 하지 정렬을 얻기 위한 많은 방법들이 연구 되었고, 여러 가지 새로운 슬관절 치환술이 개 발되어 시행 되고 있다.
많은 논문들에서 네비게이션 시스템이 기존의 고전 적인 수술 방법보다 하지 기계적 축의 재정렬과 적절 한 치환물의 위치를 더 향상 시킬 수 있다고 하였다
2,3,7,10,17)
. 하지만, 이런 장점에도 불구하고 네비게이 션 시스템은 고가의 비용과 삽입물의 제한 등으로 일
반적으로 사용하기는 어려운 실정이다. 따라서 기존 의 고전적인 수술 방법의 단점 및 오차 유발요인을 개선 하기 위한 많은 노력도 시도 되었는데 이중 하 나가 제2 저자가 개발한 링커 시스템이다.
저자는 이 논문에서 링커 기기와 네비게이션을 이 용한 슬관절 전치환술의 방사선학적 하지 정렬 및 삽 입물 위치의 정확도를 비교 분석 하고자 하였다.
대상 및 방법
2004년 2월부터 2005년 4월까지 한 술자에 의해 시행된 링커 기기를 이용한 슬관절 전치환술 25예(A 군, Scorpio�)와 네비게이션을 이용한 25예(B군, Orthopilot�, Aesculap, Tuttlingen, Germany) 를 대상으로 방사선학적으로 비교 분석 하였다. 진단 은 모든 예에서 퇴행성 관절염이였으며 성별은 A군 에서 남자가 1명, 여자가 24명, B군에서 여자 25명 이었으며, 평균 연령은 A군에서 67.1세(57~75세),
Table. 1. Patient demographics.
Group 1 (n = 25) Group 2 (n=25)
Age (yr) 65.6 (55~78) 8.6 (56~77)
Gender M:F = 1:24 M:F = 0:25
Pre op. diagnosis OA OA
Pre op. femorotibial angle 4.3 2.7
(6 valgus~8 varus) (4 valgus~9 varus)
Fig. 1. (A) In Linker technique, first step is soft tissue balancing and limb alignment correction, followed by parallel bone cutting for obtaining of rectengular space. (B, C) After distal femoral cutting, Linker instrument is applied in position that is parallel to tibial anatomic axis and 20 mm dstance from distal femoral cutting line.
B군에서 64.9세(52~72세)였다. 수술 전 대퇴 경골 각은 A군에서 평균 4.3�내반(6�외반~8�내반), B군 에서 평균 2.7�내반(4�외반~ 9�내반)으로 양군에 서 통계학적 차이는 없었다(p>0.05)(Table 1). A군 에서 원위 대퇴골 절골술은 골수강내 정렬유도 방식 을 이용하였으며, 술 전 기립 장하지 전후면 사진상 에서 대퇴골의 해부학적 축과 역학적 축이 이루는 정 확한 각도를 측정하였으며, 다음과 같이 세분하였다.
5.0�-5.5�는 5�, 5.6�-6.0�는 6�, 6.0�-6.5�는 6�
도, 6.6�-7.0�는 7�, 그리고 7�-7.5�는 7�의 각을 선택하는 방식으로 최대한 전방 절제 가이드를 역학 적 축에 수직에 가깝게 위치시켜 오차를 최소화 하였 다. 근위 경골 절골술은 골수강외 정렬유도 방식을 이용하여 시행하였다. 먼저 연부조직의 이완술을 시 행하여 관상면과 시상면에서 하지 정렬을 맞춘 후 원 위 대퇴골 절골술은 대퇴골의 역학적 축에 90�가 되 도록 일정하게 8 mm 두께로 시행하고 원위 대퇴 절 골선에서 20 mm 원위부와 경골의 해부학적 축의 연장선이 만나는 지점에 링커 기기를 장착하여 20 mm의 신전 간격 형성을 위해 원위 대퇴 절골선과 평행한 근위 경골 절골선을 결정하였다16)16,21). 이후
슬관절 90�굴곡 상태에서 하지 무게 만큼의 견인력 을 주어 양측 측부인대가 동일한 긴장 상태가 유지되 도록 하고 gauge를 이용하여 12 mm 두께의 폴리 에틸렌을 사용할 때의 대퇴골 후과부 절제선과 이에 일치되는 대퇴 삽입물 크기를 결정하였다. 사용될 대 퇴 삽입물 크기가 결정되면 나머지 대퇴골 절골술을 시행하고, 경골 후경사각은 3�이내의 일정한 각도로 근위 경골 절골술을 시행하였다(Fig. 1). 굴곡 구축 및 연부조직의 구축이 심한 경우 후방 골극 제거 등 의 후방 유리술을 먼저 시행한 후 원위 대퇴골 절골 술을 시행 하였다.
B군에서는 Orthopilot� (Aesculap, Tuttlin- gen, Germany)을 사용하였다. 대퇴 원위부와 경 골 근위부에 해면 나사를 고정 하고 송신기를 장착 후 적외선 카메라로 고관절, 슬관절, 족관절의 중심 을 찾은 후 관상면과 시상면에서 대퇴골과 경골의 기 계적 축을 정하였다. 이후 슬관절의 기준점을 기록 후 근위 경골 절골선을 정한 후 근위 경골 절골술을 시행 하였다. 이후 신전 간격과 굴곡 간격을 측정하 여 연부 조직 균형에 맞게 원위 대퇴골 절골술을 시 행하였다. 수술 후 6주에 대퇴 골두에서 족관절까지
Fig. 2. Radiological evaluation. (A) Mechanical axis deviation is formed between the mechanical axis of femur and tibia. (B) Coro- nal femoral component angle ( ) and coronal tibial component angle ( ). (C) Sagittal femoral component inclination( ) and sgittal tibial component inclination ( ).
포함하는 기립 장 하지 전∙후면 방사선 사진 (standing long leg anteroposterior radi- ograph, 17×42 inch)에서 대퇴골의 기계적 축과 경골의 기계적 축이 이루는 기계적 축의 편향, 대퇴 골의 해부학적 축과 대퇴 삽입물 관절면이 이루는 내 측각인 대퇴 삽입물 내외반각(α각), 경골의 기계적 축과 경골 삽입물의 관절면이 이루는 내측각인 경골 삽입물 내외반각(β각)을 측정 하였으며 앙와위 측면 사진을 검사하여 대퇴골의 해부학적 축과 대퇴 삽입 물과 수직을 이루는 선이 이루는 대퇴 삽입물 굴곡각 (γ각) 및 비골 골간의 해부학적 축과 경골 삽입물의 관절면이 이루는 경골 후방 경사각(δ각)을 측정하였 다(Fig. 2). 방사선학적 결과는 기계적 축의 편향과 경골 후방 경사각은 이상적인 각보다 3�이내 차이가 있는 경우 우수, 3�에서 5�차이가 있는 경우 양호, 5�이상인 경우 불량으로 구분 하였고, 나머지 각은 이상적인 각보다 2�이내 차이가 있는 경우는 우수, 2�에서 4�차이가 있는 경우는 양호, 4�이상인 경우 는 불량으로 구분하였다. 또한, 5개 각 모두가 양호 이상인 경우를 우수로 보았다. 두 군간의 수술 후 방 사선학적 하지 정렬 및 삽입물 위치의 정확도를 통계 학적(SPSS ver.11.5, chi-square test, Fisher Exact test)으로 비교 분석하였다.
결 과
기계적 축의 편향은 A군에서 1.1�±0.7, B군에서 1.36�±0.6 였으며 두 군 모두 우수 하였고 대퇴 삽 입물의 내외반각(α)은 A군에서 평균 95.2�±1.7로 우수 19예(76%), 양호 6예(24%), B군에서 평균 96.6�±1.0로 우수 21예(84%), 양호 4예(16%)였 다. 경골 삽입물의 내외반각(β)은 A군에서 89.9�± 1.3로 우수 22예(88%), 양호 3예(12%), B군에서 86.1�±1.1로 우수 23예(92%), 양호 2예(8%)였 다. 대퇴삽입물의 굴곡각(γ)은 A군에서 1.8�±1.4로 우수 15예(60%), 양호 8예(32%), 불량 2예(8%),
B군에서 1.9�±1.1로 우수 15예(60%), 양호 9예 (36%), 불량 1예(4%)였다. 경골 삽입물의 후방경 사각(δ)은 A군에서 87.9�±1.8로 우수 19예(76%), 양호 3예(12%), 불량 3예(12%)였으며 B군에서 87.9�±1.3로 우수 23예(92%), 불량 2예(8%)였 다. 기계적 축의 편향, 대퇴 삽입물의 내외반각, 경 골 삽입물의 내외반각, 대퇴 삽입물의 굴곡각, 경골 삽입물의 후방경사각 모두 두 군간에 통계학적으로 유의한 차이가 없었으며 임상적 결과에 영향을 미치 는 관상면상에서의 방사선학적 결과인 기계적 축의 편향, α각, β각은 양군에서 모두 양호 이상 이였다 (P>0.05). 또한, 5개 각 모두가 우수인 경우는 A군 에서 6예(28%), B군에서 15예(60%)로 B군이 더 우수하였으며(P<0.05)(Fig. 3), 양호 이상인 경우 는 A군에서 20예(80%), B군에서 21예(84%)로 차 이가 없었다(P>0.05)(Fig. 4).
고 찰
슬관절 전치환술에서 치환물의 수명은 적절한 치환 물의 선택, 하지의 정열, 치환물의 고정, 연부조직 균형 등 여러 요소에 의해 영향을 받는다1,2,12,14,15). 특 히, 적절한 하지 기계적 축의 정확한 정렬과 적절한 치환물의 위치는 슬관절 전치환술의 임상적 경과와 장기 예후의 중요한 요소이다1,4,14,18). 슬관절 전치환 술 후 하지의 부정 정렬은 삽입물에 대한 편측 하중 부하를 가져와서 삽입물의 불안정성과 해리를 초래하 기 때문에 치환술의 실패의 주요한 요인으로 작용하 기 때문이다8,9,11,14). 많은 연구자들에 의해 정확한 하 지 정렬을 얻기 위한 방법들이 연구 되었고 최근에는 네비게이션 시스템을 이용하여 이를 향상 시키고 있 다. Clemens와 Miehlke2)은 네비게이션을 이용하 여 슬관절 전치환술을 한 555예와 고전적인 방법으 로 시행한 266예의 기계적 축을 비교하여 네비게이 션의 경우 3.3%가 4�이상 내외반 이였으나 고전적 인 방법의 경우 10%이상 이였다고 보고 하였
Fig. 3. Excellent implantation. Fig. 4. Acceptable radiological implantation.
다.Jenny와 Boeri7)는 하지의 기계적 축의 편향이 3�이내인 경우는 83%였으나 고전적인 방법은 70%
였고 관상면에서 삽입물의 위치가 2�이내인 경우는 네비게이션의 경우 93%, 고전적인 방법은 83%였다 고 하였으며 기계적 축과 삽입물의 위치가 우수한 경 우는 네비게이션은 76%, 고전적인 방법은 26%라고 하였다. 이와 같이 네비게이션 시스템 이용한 슬관절 전치환술시 기존의 방법보다 정확한 하지 정렬과 적 절한 삽입물의 위치를 얻을 수 있다2,3,7,10,17). 하지만, 이런 장점에도 불구 하고 네비게이션 시스템은 고가 의 비용과 삽입물의 제한으로 일반적으로 사용하기는 어려운 실정이다. 따라서 기존의 고전적인 수술 방법 의 단점 및 오차 유발요인을 개선 하기 위한 많은 노 력도 시도 되었는데 이중 하나가 링커 시스템이다.
고식적인 방법에서는 원위 대퇴 절골과 근위 경골 절 골술을 각각 독립적으로 일차적으로 시행하여 굴곡과 신전 간격의 불일치를 이차적인 교정 과정을 통하여 직사각형의 공간(rectangular space)및 굴곡 신전 간격을 맞추게 되지만, 이런 경우 오차가 생기면 슬 관절에서의 내반 및 외반 변형으로 나타나게 된다.
링커 방법은 첫 단계로 연부 조직 이완술을 시행하여 하지 정렬을 맞춘 후 일정한 두께(8 mm)를 갖는 원 위 대퇴 절골선을 정한 후 이 상태에서 링커 기기를 장착 한다. 링커 기기의 역할은 슬관절 신전 상태에 서 원위 대퇴 절골선과 평행한 적정한 신전 간격(20 mm)과 직사각형의 공간을 갖는 근위 경골 절골선을 정하게 해주며, 슬관절 굴곡 상태에서 근위 경골 절 골선으로부터 적정한 굴곡 간격을 갖는 대퇴골 후과 부 절골선의 위치와 이 때의 대퇴 삽입물의 크기를
결정하게 해준다(Fig. 5). 따라서 고전적 방법에서 생기는 이차 교정 과정을 생략할 수 있어 수술 시간 을 줄일 수 있으며, 대퇴골과 경골의 관상면과 시상 면의 축을 맞추어 평행하게 절골술을 시행하게 되어 오차 요인을 줄여 슬관절에서의 내외반 변형을 최소 화 할 수 있게 한다. 그러나, 원위 대퇴골 절골술은 골수강내 정렬유도 방식을 사용하여 골수강 내 rod 를 삽입할 때 삽입위치의 선정과 rod의 크기가 골수 강 보다 작아 생기는 오차가 발생할 수 있다. 비만하 거나 대퇴골과 경골의 변형이 있는 경우는 물론 하지 정렬의 확인과 골 절제 정도를 수술자에 의존하기 때 문에 오차를 유발할 수 있다5,6,18). 따라서 저자들은 술전 대퇴골의 해부학적 축이 역학적 축과 이루는 정 확한 각도를 측정하였으며, 그 값을 세분화하여 적용 하였다. 이는 전방 절제 가이드를 역학적 축에 수직 에 가장 가깝게 위치시켜 오차 범위를 최소화 시킬 수 있을 것으로 생각되며 본 연구에서 네비게이션군 과 링커 기기군 모두 관상면에서의 각인 기계적 축의 편향, α각, β각은 모두 양호 이상이었다.네비게이션 이용 시 오차는 대부분 자료의 등록 과정 중에 발생 하게 되는데 슬관절 기준점 등록 시 연골 등의 연부 조직에 가리거나 골의 균열에 의해 정확한 위치가 등 록 되지 않을 수 있으며 송신기의 흔들림이 있을 수 있고, marker의 위치를 적외선을 통해 컴퓨터가 기 록할 때 0.1 mm에서 1 mm가량의 오차가 발생 할 수 있으며 소프트웨어의 알고리즘 자체에 문제가 있 을 수 있다. 또한, 골절제가 수술자에 의해 시행되어 골의 강도에 따라서 골절제가 불규칙하게 이루어져 오차가 발생할 수도 있다. 평균 시간은 고전적인 방
Fig. 5. Flexion-extension gap balancing and determination of the size of femoral component using gauge (Linker gauge). (A) Exten- sion gap. (B, C) Flexion gap.
법에 비해 10~20 분 가량 더 소요되며 고관절과 족 관절의 관절 유합술을 시행한 경우에는 적용할 수 없 다. 하지만 더 중요한 오차 요인은 주로 수술자의 learning curve에 있다. 따라서 이러한 문제들은 지속적인 소프트웨어와 로봇을 이용한 골절제 등의 하드웨어의 개발, 수술 시 골절제 정도와 하지 정렬 의 이중 점검 등으로 좀 더 줄일 수 있을 것으로 기 대된다.
본 연구에서 관상면에서 측정한 기계적 축의 편향, 대퇴 삽입물 내외반각(α각), 경골 삽입물 내외반각(β 각)은 링커 기기군과 네비게이군에서 모두 우수, 또 는 적절하였지만 시상면에서 측정한 대퇴 삽입물 굴 곡각(γ각)은 링커 기기군에서 2예, 네비게이션군에서 1예가 불량이었는데 이는 일부 예에서 notching을 피하기 위하여 굴곡 상태로 대퇴 치환물을 삽입하였 기 때문으로 생각되며 경골 후방 경사각(δ각)이 불량 한 경우는 링커 기기군에서는 수술전 굴곡 구축이 심 한 환자에서, 네비게이션군에서는 관절운동범위를 향 상시키기 위한 이차 교정 과정 시 증가한 것으로 생 각된다.
결 론
네비게이션을 이용한 슬관절 전치환술과 링커 기기 를 이용한 슬관절 전치환술 모두 적절한 방사선학적 하지 정렬을 얻을 수 있었으나 우수한 결과는 네비게 이션을 이용한 군에서 링커 기기를 이용한 군보다 많 았다.
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─ Abstract ──
Comparison of the Radiological Results Between
Linker-Guided and Navigation-Guided total Knee Arthroplasty
Young-Wan Moon M.D., Jai-Gon Seo M.D., Hong-Je Kang M.D., Yung Sung Kim, M.D.
Sungkyunkwan University School of Medicine, Seoul , Korea
Purpose: To compare the accuracy of implantation by radiologic results between 3D Linker and navi- gation guided total knee arthroplasty.
Materials and Methods: Between February 2004 and April 2005, total knee arthroplasties were done in 25 knees with balanced gap-resection technique (group A) and 25 using kinematic navigation system (group B) by a single surgeon. All patients had standing long anteroposterior (AP) radiographs of the lower extremities and supine lateral radiographs of the knees at 6 weeks postoperatively. Mechanical axis deviation, and ‚ angles were measured on standing long leg AP views and and angles on supine knee lateral views. Results were classified according to the deviation from the reference line and graded as excellent, good, and poor. The result was regarded as satisfactory when all five angles were excellent or good.
Results: The mean mechanical axis deviation was 1.11 in group A and 1.36 in group B and all were excellent in both groups. Regarding · angles, 19 cases were excellent and, 6 good in group A and, 21 excellent and 4 good in group B. Regarding •‚ angles, 22 cases were excellent and, 3 good in group A and, 23 excellent and 2 good in group B. Regarding •„ angles, 15 cases were excellent, 8 good and 2 poor in group A and, 15 excellent, 9 good, and 1 poor in group B. Regarding angles, 19 cases were excellent, 3 good and 3 poor in group A and, 23 excellent, and 2 poor in group B. There were no statistical differ- ences between two groups in all five angles (p>0.05). An excellent implantation in all five angles was obtained in 28% in group A and 60% in group B (p<0.05). There were 80% of satisfactory cases in group A and 84% in group B with no statistical difference (p>0.05).
Conclusion: Radiological results (mechanical axis and component angles) of total knee arthroplasty were satisfactory in 80% with balanced gap-resection technique and 84% with kinematic navigation sys- tem and showed no statistical difference.
Key Words: Total knee arthroplasty, Linker system, Navigation system, Radiological result
