Vol. 15, No. 2, June, 2003
무시멘트형 세라믹-세라믹 조합을 이용한 고관절 전치환술
- 최소 3년 이상 추시 관찰 예비보고 -
이수호・권기대・조수현・신승준・염윤석
울산대학교 의과대학 서울아산병원 정형외과학교실
목적: 무시멘트형 세라믹-세라믹 조합의 고관절 전치환술 후 최소 3년 이상 추시 관찰 결과를 보고자 한다.
대상 및 방법: 1998년 5월부터 1999년 7월까지 무시멘트형 세라믹-세라믹 조합의 고관절 전치환술을 시 행한 환자 중 3년 이상 추시 가능한 35명, 43 고관절(남자 25, 여 10)을 대상으로 하였다. 평균 연령 은 47세(28-53세), 평균 추시 기간은 3년 4개월(3년-4년 3개월)이었다. 진단명은 대퇴골두 골괴사 36 예, 고관절 이형성증 5예, 이차성 퇴행성 관절염 1예, 재치환술 1예였다. Harris 고관절 점수, 술 후 대퇴부 동통 및 파행 등으로 임상적 평가를, 술 후 6주, 3개월, 6개월, 1년, 이후로 매 1년마다 전후면 및 측면 방사선 사진을 촬영하여 방사선학적 평가를 시행하였다.
결과: Harris 고관절 점수는 술전 평균 62점에서 최종 추시상 평균 95점으로 향상되었다. 방사선학적 평가에서, 비구컵은 비구경사각이 평균 45도였으며, 비구컵과 대퇴 삽입물 전례에서 골침습적 고정을 얻 었고, 비구컵과 대퇴 삽입물 주위의 골용해소견은 관찰되지 않았다. 합병증으로 술 중 대퇴 근위부 선상 골절 3예, 술 후 고관절 탈구 1예, 이소성 골형성 3예가 관찰되었다.
결론: Harris 고관절 점수는 모두 우수한 호전을 보였으며, 비구컵과 대퇴 삽입물 전례에서 골침습적 고 정을 보였다.
색인 단어: 세라믹-세라믹 조합, 무시멘트형 고관절 전치환술
서 론
고관절 전치환술은 매우 유용한 술기이나, 나이가 젊거나 활동적인 환자에서 장기 추시 결과 무균성 해리가 가장 심각한 합병증 및 흔한 수술 실패의 원 인으로 보고되고 있다6 ). 이러한 삽입물 주위의 골용 해는 인공관절의 마모에 의해 발생하는 미세 입자에
대한 생물학적 반응의 결과이며, 주된 마모 입자는 비구측의 폴리에틸렌 삽입물의 마모 입자임이 밝혀
졌다1 8 ). 이를 해결하기 위한 방법으로 세라믹-폴리에
틸렌, 금속-교차 결합 폴리에틸렌, 금속-금속, 세라 믹-세라믹과 같은 다양한 관절면이 개발되었다1 ).
세라믹-세라믹 관절면은 1 9 7 0년 프랑스의 B o u t i n5 )과 그 후 독일의 Mittelmeier 등1 6 )에 의해 시도되었으나 초기에는 세라믹의 질이 떨어지고, 디 자인과 수술기법의 문제점으로 인하여 조기 실패가 많았다. 이후 세라믹의 질이 향상되고 디자인과 고 정 방법 등이 발전되었으며 나아가 제 3세대의 세라 믹의 개발로 보다 높은 신뢰성을 가지게 되었다. 국 내에서는 발전을 거듭하고 있는 세라믹-세라믹 관절 면의 고관절 전치환술에 관한 보고가 적은바, 저자 들이 경험한 세라믹-세라믹 조합의 무시멘트형 고관
※ 통신저자: 이 수 호
서울시송파구풍납동388-1
울산의대서울아산병원정형외과학교실 Tel: 82-2-3010-3530
Fax: 82-2-488-7877
E-mail: shlee2＠amc.seoul.kr
절 전치환술의 단기 추시 결과를 보고하고자 한다.
연구 대상 및 방법
1. 연구 대상
1 9 9 8년 5월부터 1 9 9 9년 7월까지 세라믹-세라믹 관 절 면 의 무 시 멘 트 형 고 관 절 전 치 환 술 ( B i C O N T A C TⓇ, BIOLOXⓇ forte, PLASMAⓇ SC, Aesculap, Germany)을 시행한 환자 중 3년 이상 추시가 가능했던 3 5명 43 고관절을 대상으로 하였다. 양측으로 시행한 예는 8명이었고, 평균 연 령은 4 7세( 2 8 ~ 5 3세)이었으며 성별로는 남자가 2 5 명, 여자가 1 0명이었다(Table 1). 술전 진단은 대 퇴골두 골괴사 3 6예(83.8%), 고관절 이형성증 5예 (11.6%), 퇴행성 관절염 1예(2.3%), 해리로 인한 재치환술이 1예(2.3%, Fig.1)이었다(Table 2). 평 균 추시 기간은 4 0개월( 3 6 ~ 5 1개월)이었다.
대퇴 삽입물( B i C O N T A C TⓇ)은 c o l l a r가 없는 티 타늄 합금으로 무시멘트형이다. 대퇴부의 근위부에 는 플라즈마 도포방법(plasma spray technology) 에 의한 Plasmapore(pore size 50~200 um, thickness 200 um)가 되어 있다. 양측 모두 압박 고정(press-fit) 방식으로 삽입하였다. BIOLOXⓇ f o r t e로 제조된 비구컵 내 삽입물과 골두는, 각각 비구컵과 대퇴 삽입물에 taper lock 방식으로 결합 된다. 비구컵 또한 플라즈마 도포방법에 의한 방법 으로 미세포말형으로 되어있으며 3개의 나사 구멍을 가지고 있다.
2. 임상적 평가
고관절 기능 평가를 위해 술전, 술후 Harris 고관 절 점수를 측정하여 비교하였고, Harris 고관절 점 수가 9 0점 이상인 경우를 우수, 90점 미만~ 8 0점 이 상인 경우를 양호, 80점 미만~ 7 0점 이상인 경우를 보통, 70점 미만인 경우를 불량으로 분류하였다2 ). 그 외, 술후 대퇴부 동통여부와 보행 분석 결과를 이 용한 고관절의 파행 여부 등을 평가하였다.
3. 방사선학적 평가
술후 6주, 3개월, 6개월, 1년에, 이후로는 매 1년 마다 전후면 및 측면 방사선 사진을 촬영하였다. 대 퇴 삽입물의 수직 침강은 Callaghan 등6 )의 방법을 이용하여, 소전자 상단으로부터 대퇴 삽입물의 외측 상단까지의 거리로 측정하였고 5 mm 이상일 때 의 미 있는 것으로 판단하였다. 대퇴 삽입물 주위의 경 화선, 골내막 신생골의 형성, 골용해 등은 G r u e n
등1 2 )의 7구역으로 나누어 분석하였다. 대퇴 삽입물
주위 골용해는 추시 방사선 사진상 수술 직후 없었 던 진행성이며 연속적인 2 mm 이상의 방사선 투과 부분이 삽입물과 연하여 있는 경우로 정의하였다.
대퇴 삽입물의 고정 상태는 E n g h8 )의 방법에 따라 골침습성 고정, 안정성 섬유성 고정, 불안정성 고정 으로 분류하였다.
비구컵 주위의 경화선, 골내막 신생골의 형성, 골 용해는 D e L e e와 C h a r n l e y7 )의 구역으로 나누어 분 석하고, 비구컵의 수직, 수평 이동, 비구컵 경사각의 변화 등을 측정하였다9 ). 수직 이동은 tear drop을 Table 1. Age Distribution
Age (yr.) Cases
21~30 3 (7%)
31~40 9 (20.9%)
41~50 15 (34.9%)
51~60 8 (18.6%)
61~70 7 (16.3%)
71~80 1 (2.3%)
Total 43 (100%)
Table 2. Preoperative Diagnosis
Diagnosis Cases
Osteonecrosis of the femoral head 36 (83.8%)
Acetabular dysplasia 5 (11.6%)
Secondary osteoarthritis 1 (2.3%)
Revision arthroplasty 1 (2.3%)
Total 43 (100%)
기준으로 하여 2 mm 이상의 이동을 의미 있는 것 으로 보았다. 비구컵 주위 골용해는 연속적인 2 mm 이상의 방사선 투과성의 음영이 있는 경우로 정의하였다. 수술 중 대퇴에 생긴 골절은 M a l l o r y
등1 5 )의 방법으로 분류하였다.
결 과
1. 임상적 결과
Harris 고관절 점수는 술전 평균 6 2점( 3 3 - 7 7점) 에서 최종 추시상 평균 9 5점( 7 4 - 1 0 0점)으로 향상되 어 4 0예( 9 3 % )에서 우수, 3예( 7 % )에서 양호이었고 보통이나 불량인 예는 없었다. 술후 대퇴부 동통을 호소하는 예는 한 예도 없었고, 파행은 술후 보행 분 석 검사상 8예( 1 8 . 6 % )에서 관찰되었으며 대퇴골두 골괴사 7예, 골 관절염이 1예였다.
2. 방사선학적 결과
1) 비구컵 주위
전 예에서 골침습성 고정을 얻었고 비구컵 주위에 경화선이 발견되는 경우는 없었으며, 골내막 신생골 형성은 모든 예에서 관찰되었다. 골용해도 관찰되지 않았으며, 비구컵 이동이 관찰된 예도 없었다. 그 외, 나사의 파열이나 그 주위로의 골용해도 관찰되 지 않았다.
2) 대퇴 삽입물
전 예에서 골침습성 고정을 얻었다. 대퇴 삽입물의 수직 침강은 한 예도 없었다. 대퇴 삽입물 주위 경화 선은 1 0예( 2 3 % )에서 관찰되었으며 주로 m i c r o p o r o c o a t i n g이 안된 Gruen zone III, IV, V에 생 겼다. 골내막 신생골 형성(Endosteal bone forma- t i o n )은 4 1예( 9 5 % )에서 Gruen zone I, II, VI, V I I에 생겼다. 피질골의 비후소견은 6예( 1 4 % )에서 Gruen zone II, III, IV, V, VI에서 관찰되었다.
그리고, 모든 예에서 해리 소견은 관찰되지 않았다.
Fig. 1. Anteroposterior radiographs showing the right hip of a 52-year-old male who underwent a revision total hip arthroplasty. A: the preoperative findings of loosened acetabular and femoral components. B: immediate post- operative radiogarph. C: radiograph taken 30 months after revision total hip arthroplasty, showing good implant stability.
3. 합병증
합병증으로 3예( 7 % )에서 술중 근위 대퇴골 선상 골절이 발생하였고, Mallory 등1 5 )의 분류상 모두 type I형이었으며 강선으로 고정하였다. 최종 추시 시, 골절 부위에서 골유합을 얻었고 대퇴 삽입물은 골침습적 고정을 얻었다. 후방탈구는 1예( 2 . 3 % )에 서 발생하였고, 술후 5일째 발생하여 도수 정복을 시행하였고, 추시 관찰시 재탈구 소견은 없었다. 후 기 합병증으로 이소성 골형성이 3예( 7 % )에서 관찰 되었고, 이중 Brooker 분류의 Grade I이 1예 (2.3%), Grade II가 2예( 4 . 6 % )에서 관찰되었으나 관절운동장애는 없었고, 그 외 합병증은 관찰되지 않았다.
고 찰
최근 폴리에틸렌의 마모에 의한 골용해로 인한 인 공관절의 실패와 이에 따른 재치환술의 증가가 큰 문제로 대두되고 있다. 따라서 이를 해결할 방법으 로 세라믹-교차결합 폴리에틸렌, 금속-금속, 세라믹- 세라믹과 같은 관절면이 개발되었다1 ).
이처럼 마모 입자를 줄이기 위한 목적으로, 상대 적으로 적은 마모율을 보이는 세라믹-세라믹 관절면 이 임상에서 사용되기 시작하였으나, 초기 세라믹- 세라믹 관절면을 사용한 예를 보면, Mittelmeier형 인공고관절을 사용한 Yoo 등2 0 )의 경우 전체 4 6예에 서 술전 Harris 고관절 점수가 평균 4 4점에서 술후 평균 7 8점으로 향상되었으며, 보통인 예가 5예, 불 량이 2예였고, 그 중 한 예에서 심한 고관절 동통을 호소하였다. 같은 모델을 사용한 Garcia 등1 0 )의 경 우에는 술후 대퇴부 동통이 술후 1년째 4 5 %까지 보 고되기도 하였다. 하지만, 본 연구에서는 Harris 고 관절 점수가 평균 6 2점에서 9 5점으로 향상되었으며, 보통이나 불량인 예는 없었고, 대퇴부 동통을 호소 하는 예도 없어, 초기 모델에 비해 향상된 임상양상 을 보였다. 대퇴부 동통은 무시멘트를 이용한 대퇴 삽입물을 사용할 경우, 대퇴 삽입물의 근위부와 피 질골 사이의 접촉이 부적절하거나, 대퇴골 내로 들 어간 대퇴 삽입물 끝이 한쪽으로 치우쳐 대퇴골의
내측부에 충돌을 일으키는 경우, 그리고 대퇴골에 비해 대퇴 삽입물의 경도가 너무 높아, 탄성이 적기 때문에 발생하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서 사용한 대퇴 삽입물은 근위부 1 / 3이 플라즈마 도포 방법(plasma spray technology)에 의 한 P l a s m a p o r e로 처리되었으며, 해부학적 모양 (anatomical shape)이 아닌 직선형 모양( s t r a i g h t s h a p e )으로 제작되어, 대퇴골 내에서 대퇴 삽입물 끝이 한쪽으로 치우치는 현상을 최대한 감소시켰다.
또한 코발트-크롬 합금보다 경도가 낮고, 탄성이 높 은 티타늄 합금으로 만들어져, 대퇴부 동통을 호소 하는 경우가 줄어든 결과를 보였다.
방사선학적으로 초기 모델의 경우, Garcia 등1 0 )은 M i t t e l m e i e r형 비구컵을 사용한 예의 1 0년 이상 추 시관찰에서, 비구컵의 해리 소견이 약 5 3 %에서, 대 퇴 삽입물의 해리 소견이 약 1 5 %에서 나타난다고 보고하였다. Boutin5 )과 B o e h l e r4 )는 이러한 해리가 잘못된 접촉(버섯 모양의 head, vertical socket) 에 의해 세라믹 미립자가 발생하여 생긴다고 하였 다. 그 밖에 초기 세라믹 인공관절의 실패원인은 비 구컵의 과도한 경사, low density, high porosity, large grain size 등 낮은 질의 세라믹1 7 ), taper m i s m a t c h에 의한 세라믹 볼의 파열 및 초기의 부 적절한 고정 등을 들 수 있다. 그러나, 최근 Bierbaum 등3 )이 제 3세대 세라믹-세라믹 관절면을 사용한 결과는 우수한 것으로 보고하고 있으며, G a r i n o1 1 )는 세라믹-세라믹 관절면을 사용한 3 3 3예 의 단기 추시( 1 8 ~ 3 6개월) 결과 해리가 단 한 예에 서도 발생하지 않았음을 보고하기도 하였다. 또한 국내에서도 Kim 등1 4 )은 제 3세대 세라믹을 사용하 여 좋은 결과를 보고하고 있다. 저자들의 경우 비구 와 대퇴골의 확공시 실제로 삽입되는 삽입물보다 비 구컵은 0.8 mm, 대퇴 삽입물은 0.7 mm 작은 확 공기를 사용하여 압박고정을 시도함으로써, 비구컵 과 대퇴삽입물 양측에서 모두 골침습적 고정을 얻었 고, 골용해나 해리 소견은 한 예에서도 발견할 수 없 었다.
합병증도 초기 모델에서는 세라믹 볼의 파열, 높 은 해리율 등이 보고되었는데, Huo 등1 3 )은 M i t t e l m e i e r형 인공고관절 전치환술을 시행받은 1 1 2예에 대한 연구에서 비구컵에서는 21.5%, 대퇴
삽입물에서는 2 2 . 6 %의 금속 실패(metal failure) 를 보고하였다. 1990년 이전에, 세라믹 골두 골절이 1 3 . 4 %1 9 )로 발생했다는 보고가 있지만 이것은 세라 믹 제조 공정상 생긴 문제와 모스 테이퍼( m o r s e t a p e r )의 부적합성에 기인된 것으로 사료되고 있으 며, 당시 사용되었던 모델들은 현재 사용되고 있지 않다. 이와 같이 초기 세라믹-세라믹 관절면을 사용 한 모델에 있어서 세라믹 관련 합병증은 세라믹 물 질 자체의 문제 뿐만 아니라, 삽입물의 부적절한 모 양과 그에 따른 비정상적인 접촉면, 수술술기의 어 려움 등 복합적 요소들에 의해 발생한 것으로 생각 되고 있다. 그러나 제 3세대 세라믹 B I O L O XⓇ는 제 1 , 2세대와는 달리 소결과정( s i n t e r i n g )을 청정실 (clean room)에서 시행하며, 고온 균등 압박 과정 (hot isostatic processing)을 통해 고밀도의 보다 매끄러운 세라믹 표면을 제작함으로써 기계적 강도 가 더욱 향상된 세라믹이다. 저자들이 사용한 세라 믹 i n l a y도 제 3세대 세라믹인 B I O L O XⓇ f o r t e로 서 self-locking 고정으로 taper ratio는 1 : 3이고 taper angle은 1 8도여서 비구컵과 세라믹 inlay 사 이의 부분적 움직임과 탈구를 방지한 모델이다. 그 결과, 비록 단기 추시이지만 특이할만한 합병증은 없었으며 초기 모델에 비해 현저히 개선된 결과를 보였다.
결 론
세라믹-세라믹 조합의 무시멘트형 고관절 전치환 술을 시행 받은 4 3예의 단기 추시 결과, 임상적으로 Harris 고관절 점수의 우수한 호전 양상을 보였으 며, 사용한 비구컵과 대퇴 삽입물 전례에서 골침습 적 고정을 보여 우수한 결과를 보였다. 그러나, 이는 단기 추시 연구 결과로, 앞으로 더 많은 수의 환자를 대상으로 지속적인 중-장기 추시 결과에 대한 연구 가 필요하리라 사료된다.
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Ceramic on Ceramic in Cementless Total Hip Arthroplasty - preliminary reports with minimal 3-year follow up -
Soo-Ho Lee, M.D., Ki-Dae Kwon, M.D., Su-Hyun Cho, M.D., Seung-Jun Shin, M.D., and Yoon-Seok Youm, M.D.
Department of Orthopaedic Surgery, Asan Medical Center, University of Ulsan College of Medicine, Seoul, Korea
Propose: To evaluate the results of a cementless ceramic on ceramic bearing implants, with a mini- mal 3-year follow up.
Materials & Methods: Between May 1998 and July 1999, 35 patients (43 hips) with a total hip arthroplasty, using a cementless ceramic on ceramic bearing implants were performed. The subjects’
average age was 47 years (28-53 years) and the mean duration of follow up was 40 months (36-51 months). The initial diagnoses were osteonecrosis of the femoral head in 36 hips, acetabular dysplasia in 5, secondary osteoarthritis in 1 and a revised arthroplasty in 1. The clinical results were analyzed using the Harris hip scores, the postoperative thigh pain, limping and the radiographical outcomes, from the plain radiographs taken 6 weeks, 3 and 6 months and 1 year, and then yearly, postoperative- ly.
Results: The mean Harris hip score was improved from 62 to 95 points at the time of the last fol- low up. On the last roentgenograms, all the cases showed fixation by bone ingrowth, with no cases of osteolysis or loosening of the acetabular or femoral components. Femoral cracks occurred in 3 hips, a postoperative hip dislocation in 1 and ectopic ossifications in a further 3.
Conclusion: The hips all showed excellent improvement in their Harris hip scores and fixation by bone ingrowth of both the acetabular cup and femoral stem.
Key Words: Ceramic on ceramic, Cementless total hip arthroplasty ABSTRACT
