646
목 적: 자기 공명 영상을 이용하여 측정한 슬개골의 두께를 분석하여 우리 나라 성인의 슬개골 두께에 대한 기초적인 자료 를 얻는 것과 동시에, 슬관절 전치환술시 슬개골 치환물 선택에 도움이 될 자료로 제시하기 위한 목적으로 본 연구를 시 행하였다.
대상 및 방법: 2002년 10월부터 2004년 6월까지 시행한 20세에서 39세 사이(평균 29세)의 성인 남녀 165예의 슬관절 자 기 공명 영상을 이용하였다. 슬개골의 골절 또는 각종 변형이 있는 경우는 제외하였으며, 대상에 포함된 슬관절은, 반월 상 연골 손상이 54예, 십자 인대 손상이 53예, 슬부 좌상이 24예, 정상 슬관절 17예, 기타 17예 등이었다. 계측 방법은 슬 부 자기 공명 영상의 축상면 영상과 시상면 영상에서 슬개골의 전방 피질골에서 관절면의 연골까지 가장 두꺼운 부분의 두께를 0.1 mm 단위로 측정하여 평균치를 구하였으며, 남녀간의 차이 및 체중과 신장에 대한 연관성도 분석하였다.
결과: 자기 공명 영상으로 측정한 슬개골 두께의 평균은 축상면 영상에서 남자는 23.8 (SD 1.4) mm, 여자에서 21.7 (SD 1.4) mm이었다. 축상면 영상에서 측정한 것과 시상면 영상에서 측정한 수치의 차이는 없었으며, 남성의 슬개골 두께가 여 성보다 의미 있게 두꺼웠으며(p<0.01), 성인의 신장이 클수록, 체중이 무거울수록 슬개골 두께도 두꺼운 것으로 분석되었 다(p<0.01).
결 론: 한국인의 평균 슬개골 두께는 남자가 23.8 mm, 여자가 21.7 mm로서, 여자보다는 남자가 두꺼웠고, 신장이 클수록, 몸무게가 무거울수록 슬개골이 더 두꺼웠다.
색인 단어: 슬개골 두께, 자기 공명 영상
Purpose:To provide information on the thickness of the patella in Korean adults and to provide a stan- dard for the selection of a proper patella implant in total knee arthroplasty.
Materials and Methods:From October 2002 to June 2004, the patellar thickness was measured by MRI in 165 knees. The mean age of the patients was 29 years (20-39 years). Patients with either patellar fractures or deformities were excluded. Of the knees included in this study, 54 knees had meniscal injuries, 53 had cruciate ligament injuries, 24 had knee contusions, and 17 had other disorders. The remaining 17 knees were normal. The measurements were taken in the axial and sagittal images of the MRI scans. The maximum distance in millimeter between the anterior cortex of the patella and the sur- face of the articular cartilage was measured to the first decimal place. The relationship between the patellar thickness and gender, weight and height was also analyzed.
Results:The average patellar thickness on the axial image was 23.8 (SD 1.4) mm in males and 21.7 (SD 1.4) mm in females. The measurement estimated in the axial image was not significantly different from that in the sagittal image. The patellar thickness in males was significantly thicker than in females (p<0.01).
There was a significant correlation between the patellar thickness and both the body weight and height (p<0.01).
Department of Orthopaedic Surgery, College of Medicine, Dankook University, Cheonan, Korea
Myung-Ho Kim, M.D., Moon-Jib Yoo, M.D., Joong-Bae Seo, M.D., Hee-Gon Park, M.D., and Shang-Ho Shim, M.D.
Statistical Analysis of the Patellar Thickness in Adults by MRI
646
성인에서 자기 공명 영상을 이용한 슬개골 두께에 대한 통계학적 분석
김명호ㆍ유문집ㆍ서중배ㆍ박희곤ㆍ심상호
단국대학교 의과대학 정형외과학교실
646 646 통신저자 : 유 문 집
충남 천안시 안서동 16-5
단국대학교 의과대학 정형외과학교실 TEL: 041-550-3951∙FAX: 041-556-3238 E-mail: mjyoo@dku.edu
*본 논문의 요지는 2004년도 대한정형외과학회 추계학술대회에서 발표되었음.
*본 논문은 2004년도 단국대학교 연구지원금으로 수혜받아 연구되었음.
Address reprint requests to Moon-Jib Yoo, M.D.
Department of Orthopaedic Surgery, College of Medicine, Dankook University, 16-5 Anseo-dong, Cheonan 330-715, Korea
Tel: +82.41-550-3951, Fax: +82.41-556-3238 E-mail: mjyoo@dku.edu
슬관절 전치환술시 적절한 슬개골 추적(patellar trac- king)은 수술 후 슬관절의 기능 및 통증 없이 슬관절을 사 용하는데 결정적인 역할을 한다16). 그리고 적절한 슬개골 추적을 얻기 위해서 슬개골 삽입물 두께의 선택이 중요하 다. 실제로 수술 후 슬개골의 과도한 절제 또는 두께의 증 가로 인한 문제점이 빈번히 발생하고 있는데, 현재까지도 우리는 슬개골 두께에 대한 통계학적 자료가 거의 없어 서 양인의 조사에 의한 슬개골 두께를 참조하고 있으며, 서양 인의 기준에 맞추어 만들어진 슬개골 치환물을 사용하고 있는 실정이다. 저자들은 슬개골 치환술 후 발생하는 슬개 골 두께의 변화를 최소화하는 방법의 하나로서, 한국인의 슬개골 두께에 대한 표준치를 구하여 활용하는 것이 필수 적이라고 판단하여 본 연구를 시행하였으며, 이를 서양인 의 그것과 비교함과 동시에 향후 전개될 슬개 대퇴 관절과 관련된 각종 연구에 필요한 기초 자료를 제시하는 것도 목 적으로 하고 있다.
연구 대상 및 방법
2002년 10월부터 2004년 6월까지 1년 8개월간 본원에 내원하여 슬관절부 자기 공명 영상을 시행한 환자 중 슬개 골 두께에 영향을 미칠 가능성이 있다고 판단되는 질환을 제외한 165예를 대상으로 하였다. 이들 중 반월상 연골 손 상이 54예, 십자 인대 손상이 53예, 슬개골을 포함하지 않 은 슬관절부 좌상이 24예, 정상 슬관절 17예, 기타 17예 (슬관절 부종, 경골의 골연골종, 원판형 반월상 연골, 활 액막염 등)였고, 이들은 대부분 스포츠 활동 중 발생한 증 상으로 본원에 내원한 젊은 환자였다. 대상에서 제외된 질 환은 슬개골 골절 및 골절의 과거력이 있는 경우, 슬개골 연화증, 이분 슬개골, 슬개골 내의 골종양 등이었다. 대상 에 포함된 165명의 연령은 20세에서 39세까지로 평균 29.3세였고, 남자가 100명 여자가 65명이었다. 슬개골 두께의 측정은 자기 공명 영상(1.5T Signa; GE, USA, 1994)으로 얻은 이미지를 사용하였다. 측정 방법은 슬관 절부 자기 공명 영상의 축상면 영상과 시상면 영상에서 슬 개골의 전방 피질골에서 관절면의 연골까지 가장 두꺼운
부분의 슬개골 두께를 0.1 mm 단위로 각각 측정하였다.
축상면 영상에서는 슬개골의 내측단과 외측단을 지정하여 서로 선으로 연결한 다음, 슬개골의 전방 피질골의 최전 방과 후방 관절면에 첫 번째 선분과 평행한 접선을 그은 후, 이 두 접선의 수직 거리를 슬개골의 두께로 하였다. 시 상면에서는 슬개골의 후방 관절 연골의 상단과 하단에 동 시에 접하는 선을 그은 뒤 이와 평행한 선을 슬개골의 전 방 피질골에 그어 이 두 평행선간의 거리로 측정하였다 (Fig. 1). 통계적 분석은 축상면에서의 측정과 시상면에서 의 측정 간의 차이가 있는지를 보기위해 Paired t-test 를 사용하였고, 남성과 여성의 두께 차이가 있는지 여부를 알기 위해 Student t-test를 사용하였다. 골의 두께가 키와 몸무게와의 상관관계가 있는지 여부는 선형 회귀 분 석(Linear regression analysis)을 통하여 분석하였다.
결 과
측정한 슬개골 두께의 평균은 축상면 영상에서 23.0
±1.8 mm, 시상면 영상에서 23.2±1.8 mm이었다.
이를 남녀를 구분하여 각각 계산한 결과, 남성의 슬개골 두께는 축상면 영상에서 23.8±1.4 mm, 시상면 영상 에서 24.1±1.5 mm이었다. 여성의 경우 축상면 영상 Conclusion:The average patellar thickness in Korean adults was 23.8 mm in males and 21.7 mm in females. The patella was thicker in males than in females. Moreover, the patellar thickness was propor- tional to the height and weight of each individual.
Key Words:Patellar Thickness, MRI
Fig. 1.Measurement of patellar thickness. (A) In the axial image, a temporary line was drawn connecting the medial and lateral ends of patella. Two tangential lines were then drawn on anterior cortex and posterior joint cartilage, which was parallel to each line. The patellar thickness is the distance between the latter two parallel lines.
(B) In the sagittal image, a tangential line was draw connecting the superior and inferior ends of the articular cartilage. The thickness is the distance between this and a parallel line tangential to the ante- rior cortex.
B A
에서 21.7±1.4 mm, 시상면 영상에서 21.8±1.2 mm 이었다. 축상면 영상에서의 계측과 시상면 영상에서의 계측 사이에 방법상의 차이가 다소 있음에도 불구하고, paired t-test를 이용한 분석 결과 두 방법사이에 유의 한 차이는 없는 것으로 밝혀졌다(p<0.01). Student t-
test를 이용한 남녀간의 측정치를 비교한 결과 축상면 영상과 시상면 영상 모두에서 남자가 유의하게 두꺼운 것으로 나타났다(p<0.01) (Table 1).
신장 및 체중과의 관계는 선형 회귀 분석을 이용하여 분석하였으며, 그 결과 신장이 클수록, 체중이 무거울수 록, 슬개골이 두꺼운 것으로 나타났으며(p<0.01), 체중 이 10 kg 무거우면 슬개골의 두께는 축상면에서 0.8 mm, 시상면에서 0.9 mm씩 두꺼운 것으로 나타났으 며, 신장이 10 cm 크면 슬개골의 두께는 축상면에서 1.2 mm 및 시상면에서 1.3 mm씩 두꺼운 것으로 나타 났다(Fig. 2, 3).
Fig. 2.(A) Scattered marks showing the correlation between the height and thickness of the patella on the axial image (Thickness=0.120×
height+2.725, r2=0.349, p<0.01). (B) Scattered marks showing the correlation between the weight and thickness of the patella on the axial image (Thickness=0.08165×weight+17.782, r2=0.293, p<0.01).
Axial image Axial image
Thickness of patella Thickness of patella (axial, mm) (sagittal, mm) Male (100 cases) 23.8±1.4 24.1±1.5 Female (65 cases) 21.7±1.4 21.8±1.2 Total (165 cases) 23.0±1.8 23.2±1.8 Table 1.The thickness of the patella
(mm)
28
26
24
22
20
18
16
140 150 160 170 180 190
Height (Cm) A B
(mm)
28
26
24
22
20
18
16
30 40 50 60 70 80 90 100
Body weight (kg)
Fig. 3.(A) Scattered marks showing the correlation between the height and thickness of the patella on the sagittal image (Thickness=0.135×
height+0.451, r2=0.410, p<0.01). (B) Scattered marks showing the correlation between the weight and thickness of the patella on the sagittal image (Thickness=0.09094×weight+17.364, r2=0.340, p<0.01).
Height (Cm) A
Sagittal image
(mm)
30
28
26
24
22
20
18
140 150 160 170 180 190
Sagittal image
B
(mm)
30
28
26
24
22
20
18
30 40 50 60 70 80 90 100
Body weight (kg)
고 찰
슬개골의 가장 중요한 기능은 슬관절의 신전을 효과적 으로 할 수 있도록 도와주는 것이다. 지난 수십년간 슬관 절 전치환술을 시행하면서 얻은 경험과 이에 따라 발행된 많은 문헌에서도 알 수 있듯이, 슬개골의 두께는 슬관절 기능 및 수술 후 동통 등에 많은 영향을 미친다. 예를 들 어 Marmor11)와 Rosenberg 등17)은 슬관절 전치환술 시 슬개골의 절제가 부족하면 수술 후 두께가 증가하여 슬개 골이 전방으로 이동하고, 슬관절의 굴곡이 제한되며, 슬 개골에 가해지는 힘이 편심성으로 작용하게 되어 슬개골 탈구가 발생할 수 있으며, 대퇴 슬개 관절의 전단력의 증 가로 이어져 슬개골 치환물의 고정 실패, 폴리에틸렌의 박리, 마모의 원인이 된다고 하였다. 반면 Reuben 등16)은 수술 후 슬개골 두께가 감소하였을 경우 슬관절 신전근의 근긴장이 증가하여 슬개골 골절로 이어질 수 있다고 하였 다. 슬개골 두께의 변화에 따른 이러한 문제점들은 대퇴 슬개 관절에 가해지는 힘(대퇴 슬개 관절 반응 힘, Patel- lo-femoral joint reaction force; PFJR)의 변화에 기 인한다고 보고, 많은 학자들이 이 힘을 측정하는 방법을 고안하였다. Reilly와 Martens15)는 수식을 이용한 계산 결과 대퇴 슬개 관절 반응 힘은 걷는 동안 몸무게의 최대 0.5배, 계단을 오르거나 내려갈 때 몸무게의 최대 3.3배 에 이른다고 하였다. Huberti와 Hayes5)는 압력 감지 필 름을 이용하여 측정한 결과 슬관절 90°굴곡시 대퇴 슬개 관절 표면에 4600N (대략 6.5×body weight)의 압박력 이 가해진다고 하였다. 여러 가지의 수식 중 가장 간편하 면서 사용하기 쉬운 계산식은 대퇴 사두근의 인장력과 슬 개 인대 인장력의 벡터 합을 나타낸 것으로, 슬관절 굴곡 각도를 , 대퇴사두근 힘을Fq, 슬개 인대 힘을Fp로 하 였을 때 다음과 같이 표시할 수 있다3).
저자들은 이 수식을 이용하여 대퇴사두근 힘과 슬개 인 대 힘이 같다고 가정(Fq=Fp=F)할 때, 슬관절 굴곡 90°상 태에서 대퇴 슬개 관절 반응 힘은 1.28F로 나타났으며, 2 mm씩 두께가 증가할수록 대퇴 슬개 관절 반응 힘도 약 0.04F 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 체중이 70 kg인 경우 두께가 2 mm 증가하면 압박력이 약 15 kg 정도 증 가함을 의미한다.
압박력 외에 대퇴 슬개 관절에 가해지는 전단력에 대
한 실험도 이어져서, Oishi 등12)은 슬개골의 정상 두께 보다 2 mm 및 4 mm 더 두꺼운 폴리에틸렌 슬개골 치 환물을 사용하였을 때, 대퇴 슬개 관절에 가해지는 전단 력을 측정하였는데, 2 mm와 4 mm가 더 증가한 경우 에 상하 전단력(superoinferior shear force)및 전체 전단력(total shear force)에서 상당한 증가가 있었고, 특히 4 mm가 두꺼운 경우에는 내외측 전단력(medio- lateral shear force)에서도 뚜렷한 증가가 관찰되었다 고 하였다.
결론적으로 슬개골 두께의 변화에 따른 압박력의 변 화, 그리고 이에 따른 부작용 등을 고려할 때, 슬관절 전 치환술 시 원래의 슬개골 두께를 그대로 재현하는 것이 가장 이상적이라 할 수 있다. 이를 실현하기 위해서는 삽입될 슬개골 치환물의 두께만큼 충분한 슬개골 절제가 필요한데, 문제는 절제 후 남겨 놓아야 할 슬개골의 두께 도 어느 정도 이상 되어야 심각한 부작용을 예방할 수 있 다는 것이다. Marmor11)는 슬개골 과절제시 슬개골 골 절 위험이 있어 최소 15 mm의 두께는 남겨놓아야 한다 고 하였다. Reuben 등16)도 절제된 슬개골 두께에 따른 응력 변화를 측정한 실험에서 최소한 15 mm 이상은 남 겨놓아야 한다고 분석하였다. 또한 Scott 등18)도 슬개골 골절을 피하기 위해 가능하면 많은 골을 남길 것을 강조 하였다. 저자들의 조사 결과 한국인 슬개골의 두께가 남 성에서 23.8 mm, 여성에서 21.7 mm로서 남자의 경 우 최대 15 mm를 남길때 7 mm 이상인 슬개골 치환물 을 삽입해도 원래 슬개골 두께를 충분히 재현할 수 있지 만, 여자의 경우는 수술 후 슬개골의 두께가 증가할 수 밖에 없는 문제가 발생한다. 이 문제를 해결하는 방안의 하나로 슬개골 치환술을 하지 않는 것도 생각해볼 수 있 다. Keblish 등7)은 슬관절에 대해 슬개골 치환술을 시 행한 경우와 시행하지 않은 비교 연구에서 슬개골 치환 술의 장점을 발견하지 못하였다고 하였다. Bindeglass 등2)은 만약 전방 슬관절 동통이 심하지 않고 슬개골 연 골이 마모가 없고, 슬개골의 추적(patellar tracking) 에 문제가 없는 경우, 활액막 염증이 없는 경우, 그리고 슬개골이 작은 경우에는 제한적으로 슬개골 보존이 가능 하다고 하였다. Levitsky 등10)도 슬개골 연골이 비교적 정상이거나, 슬개골 골절의 위험이 많은 젊고 활동적인 환자, 활액막 염증이 없는 경우에는 슬개골 치환술을 시 행하지 않을 것을 주장하였다. Kulkarni 등9)은 슬개골 PFJR= F2q+F2p+2FqFpcos
을 치환한군과 치환하지 않은 군을 비교하여 10-15년 추시 결과 생존율 및 임상적 결과에 차이가 없었으며, 예후에 영향을 주는 요소는 대퇴 치환물의 디자인과 수 술적 술기가 중요하다고 하였다. Barrack 등1)도 슬관절 동통은 슬개골 치환술의 시행 여부보다는 삽입물의 구조 나 술기에 의해 영향을 받는다고 보고하였다. 반면 Rae 등13)이 보고한 바와 같이 슬관절 인공 관절 치환술에 있 어서 슬개골 치환술을 동시에 시행하는 것이 임상적으로 우수한 결과를 나타낸다는 보고도 있어 슬개골 치환을 무조건 하지 않는 것은 성급한 판단이 될 수도 있다고 생 각된다.
이와 같이 슬개골의 두께는 슬개골 치환술 시 절제 정 도 및 삽입물의 크기를 결정하는데 있어서 매우 중요한 요소인데, 서양인의 자료를 조사한 결과, Rauh 등14)은 200명의 슬관절 전치환술을 시행한 환자에 대해 슬개골 두께를 캘리퍼스로 쟀을 때 남자는 23.6 mm, 여자는 20.3 mm였다고 보고하였으며, Chmell 등4)은 슬개골 두께를 남자는 26.1 mm, 여자는 22.6 mm로 측정되 었다고 하였다. 반면 이탈리아의 Introna 등6)은 40명 의 남녀 사체의 슬개골을 캘리퍼스로 측정하여 남자는 20.4 mm, 여자는 18.3 mm였다고 보고하여 같은 서 양인이라도 인종간에 다소 차이가 있음을 시사하였다.
우리와 같은 동양권 국가인 싱가폴의 한 보고에 의하면 슬개골 두께가 남자는 24.0 mm, 여자는 21.9 mm였 다고 한다8). 이는 본 연구에서 측정한 남성 23.8 mm, 여성 21.7 mm와 크게 다르지 않는 수치이다. 대부분의 다른 보고가 캘리퍼스 등을 이용한 계측인데 반해 본 저 자들은 자기 공명 영상을 사용하였는데, 자기 공명 영상 은 화소수가 적어 측정 오차가 커서 실제 슬개골 두께와 차이가 있을 수 있다고 우려하였으나 결과는 캘리퍼스로 측정한 것과 크게 다르지 않아, 자기 공명 영상도 실측 치에 매우 근접한 정확한 측정 방법이라고 판단된다.
van Leersum 등19)은 자기 공명 영상을 이용한 슬개골 연골의 두께 측정은 정확하고 신뢰성이 있어 관절 연골 질환의 경과를 추적하는 데에 도움이 될 수 있다고 보고 하여 자기 공명 영상의 유용성을 강조하였다. 이 연구는 슬개골의 두께와 관련된 슬관절의 역학에 대한 연구에도 기초 자료로서 제시될 수 있을 것으로 기대하며, 전 슬 관절 동통(anterior knee pain)의 원인 규명에 대한 연구에도 부분적으로 기여할 수 있을 것으로 생각된다.
결 론
165예의 슬관절부 자기 공명 영상에서 슬개골의 두께 를 측정한 결과 한국인의 평균 슬개골 두께는 남자가 23.8 mm, 여자가 21.7 mm로서, 여자보다는 남자가 두꺼웠고, 신장이 클수록, 몸무게가 무거울수록 슬개골 이 더 두꺼웠다. 이 결과는 슬개골 치환술과 같이 슬개 골 두께의 변화가 발생할 가능성이 있는 각종 수술을 시 행할 때, 슬개골의 정확한 절제 및 치환물의 선택 시 참 고할 수 있는 좋은 자료가 될 수 있을 것으로 기대된다.
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