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Comparison of Results of Total Knee Arthroplasty Performed using a Navigation System and the Conventional Technique

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1002

서 론

1940년대 Campbell과 Boyd가 mold hemiarthro- plasty를 개발한 이후 슬관절에 대한 이해가 깊어지고 신 소재들이 개발되면서 인공 슬관절 치환술은 발전을 거듭 해왔다. 이러한 hardware 분야의 발달뿐만 아니라 최근 에는 컴퓨터와 인공 지능 기술의 발달로 인해 새로운 수 술 기법의 하나로 로봇에 의한 수술이나 컴퓨터의 도움을

받아 수술을 시행하는 방법이 소개되고 있다5,9,12,13,22)

. 인공 슬관절의 장기 생존율은 10년 추시 상 약 80%에 서 90%로 보고되고 있다11,15,21). 이러한 장기 생존율은 적절한 환자의 선택, 삽입물의 디자인, 수술 술기 및 수술 전후 처치 등의 영향을 받으며 특히 수술 후 생리적인 하 지 정렬의 회복과 가장 밀접한 관련이 있는 것으로 알려 져 있고, Jeffery 등8)은 8년 이상 추시 결과를 분석하여

네비게이션 시스템과 고식적 방식을 이용한 인공 슬관절 치환술의 결과 비교

송은규*†․선종근*†․정재윤*․조상권․공일규*

전남대학교 의과대학 정형외과학교실*, 화순전남대학교병원 관절센터

Comparison of Results of Total Knee Arthroplasty Performed using a Navigation System and the Conventional Technique

Eun Kyoo Song, M.D.*

, Jong Keun Seon, M.D.*

, Jae Yoon Chung, M.D.*, Sang Gwon Cho, M.D.

, and Il Kyo Kong, M.D.*

Department of Orthopedics, Chonnam National University School of Medicine*, Gwangju, Center for Joint Disease, Chonnam National University Hwasun Hospital, Hwasun, Korea

P u rp o s e : To compare the radiologic and clinical outcomes of total knee arthroplasty (TKA) per- form ed using a navigation system w ith those obtained using the conventional technique.

M a te ria ls a n d M e th o d s : Forty-one TKAs were performed using a navigation system (navigation group) and forty-eight by conventional surgery (conventional group). Radiologic results outside the range defined by ±3o of optim um w ere classified as outliers. Range of m otion and HSS scores at final follow -up were also com pared.

R e s u lts : Mean mechanical axes were 0.3o valgus for navigation and 0.5o varus for the conventional group, which were not statistically different. However, two outliers occurred in the navigation group, which w as significantly less than the 14 that occurred in the conventional group. M ean coronal inclination of the fem oral com ponent was significantly different in the two groups as were the outlier num bers. Although outlier num bers significantly differed in sagittal inclination of the fem oral or tibial com ponents or coronal inclination of the tibial com ponent, there were no statistical differences in term s of m ean values. Differences in ROM and HSS scores were also not observed between the tw o groups.

C o n c lu s io n : The navigation system helped increase alignment accuracy of the lower extremity, but no significant difference w as observed in clinical results betw een the tw o study groups.

K e y W o rd s : Total knee arthroplasty, Navigation system, Conventional technique, Alignment, Cli- nical result

통신저자:선 종 근

전남 화순군 화순읍 일심리 160 화순전남대학교병원 관절센터

TEL: 061-379-7676․FAX: 061-379-7681 E-mail: [email protected]

Address reprint requests to Jong Keun Seon, M.D.

Department of Orthopedics, Chonnam National University School of Medicine, Center for Joint Disease, Chonnam National University Hwasun Hospital, 160, lisim-ri, Hwasun-eup, Hwasun 519-809, Korea

Tel: +82.61-379-7676, Fax: +82.61-379-7681 E-mail: [email protected]

(2)

하지 정렬이 회복된 환자들은 해리율이 3%에 지나지 않 았지만 정렬 회복이 불충분한 환자들은 해리율이 24%에 이른다고 보고하였다.

하지 정렬의 회복에 있어 고식적 방식을 이용한 인공 슬관절 치환술을 이용한 술기는 어느 정도의 정확도는 있 지만 한계점이 있으며22), 네비게이션을 이용한 인공 슬관 절 치환술의 경우 더 나은 하지 정렬을 얻을 수 있다고 보고하고 있으나1,2,4,20,21)

, 정확한 하지 정렬이 좋은 임상 적 결과로까지 이어지는지에 대한 보고는 아직 부족한 실 정이다3).

이에 본 저자는 네비게이션 시스템을 이용한 인공 슬관 절 치환술과 고식적 방식을 이용한 인공 슬관절 치환술의 방사선학적 정확도 및 임상적 결과를 비교하고자 하였다.

대상 및 방법

원발성 퇴행성 슬관절염에 대해 인공 슬관절 치환술을 시행받고 2년 이상 추시가 가능하였던 환자 89예(81명) 를 대상으로 하였다. 네비게이션군은 네비게이션 시스템 (Orthopilot, Aesculap, Tuttlingen, Germany)을 이 용하여 인공 슬관절 치환술을 받은 41예, 고식적 군은 고 식적 방식을 이용하여 인공 슬관절 치환술을 받은 48예 였으며, 두 군 간에 성별, 연령, 관절염의 정도(Kellgren

& Lawrence grade10)) 및 변형의 정도에 있어서 의의있 는 차이는 보이지 않았다(Table 1).

네비게이션 시스템을 이용한 인공 슬관절 치환술은 슬 개골 내측에 약 12 cm 가량의 피부 절개를 시행하고 슬 개골의 탈구를 통하여 슬관절을 노출시킨 후, 적외선 카 메라 감지를 위한 transmitter를 근위 경골 부위와 원위 대퇴골부, 족배부에 부착하고, 고관절, 슬관절, 족관절의

관절 운동을 시행하여 Orthopilot이 각 관절의 중심점 을 찾도록 하였으며, 그 결과를 등록하였다. Probe를 이 용하여 근위 경골의 내측과 외측의 관절면, 경골극, 양측 대퇴과의 원위부, 후과부, 상과, 족관절의 중심점과 내외 과의 위치를 등록하였다. Transmitter가 부착된 경골 절 제 가이드(tibial cutting guide)를 근위 경골에 위치시키 고 Orthopilot의 화면을 보면서 적절한 근위 경골 절제 높이, 후방 경사를 찾은 후 핀으로 고정하고 절제하였다.

근위 경골 절제 후 transmitter가 부착된 대퇴골 절제 가 이드(femoral cutting guide)를 원위 대퇴골에 위치시키 고 하지의 기계적 축을 0도로 하여 대퇴골 원위부 절제를 시행하였다.

고식적 방식을 이용한 인공 슬관절 치환술은 네비게이 션 군과 같은 방법으로 슬관절을 노출시키고 내반슬 변형 을 교정하기 위해 경골 근위부 내측의 골막을 유리시킨 후 슬개골을 탈구시켰다. 대퇴골의 intramedullary guide 를 장착하여 크기를 결정한 후 골 절제 block을 이용하여 골 절제를 시행하고 경골의 extramedullary guide에 장 착된 경골 절제 block을 이용하여 경골 절제 높이를 결 정, 경골을 절제하였다. 그 후 대퇴 및 경골 삽입물의 trial 및 insert를 삽입하여 슬관절의 안정성을 판단한 후 실제 삽입물을 시멘트를 이용하여 경골 삽입물, 대퇴 삽 입물 순으로 삽입하였다. 두 군 모두에서 슬개골 표면 치 환술(patellar resurfacing)은 시행하지 않았고 후방 십 자인대는 보존하였으며, 삽입물은 e-motion (Aes- culap, Tuttlingen, Germany)을 사용하였다.

방사선학적으로는 수술에 참여치 않은 2명의 관찰자가 독립적으로 수술 후 2년에 시행한 체중 부하 하지 전장 전후면 사진을 이용하여 기계적 축, 대퇴 경골 각 및 대퇴 삽입물의 관상면상 경사도(대퇴 삽입물과 대퇴골의 기계 적인 축과 이루는 각(θ)을, 슬관절 전후면 사진에서 경골 삽입물의 관상면상 경사도(β)를 측정하였고, 대퇴 삽입 물의 시상면상 경사도(γ)와 경골 삽입물의 시상면상 경 사도(δ)는 슬관절 측면 방사선 사진에서 측정하였다6) (Fig. 1, 2). 그리고 결과 평가14)는 기준값 ±3도 이내를

“양호”, 기준값 ±3도 초과를 “불량”으로 하였다.

임상적으로는 최종 추시 시 외래에서 시행한 관절 운동 범위와 슬관절 동통, 걷기, 계단 오르기, 교통수단 이용 등의 대표적인 일상생활 능력과 관절 운동 범위, 대퇴 사 두근의 근력, 슬관절의 굴곡 변형 및 불안정성을 점수로 Table 1. Comparisons of Patients' Preoperative Data

ꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏ Navigationgroup Manualgroup p-value ꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏ

Number of patients 41 48

Sex (M:F) 6:35 12:36 0.225

Age 65.0±8.6 64.9±8.4 0.978

BMI

Mean±SD 26.4±4.5 25.3±3.9 0.214

OA grade 0.742

Grade 3 14 18

Grade 4 27 30

Femoro-tibial angle 7.6±9.7 5.1±6.4 0.097 ꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏ

(3)

환산한 HSS (Hospital for Special Surgery) 점수7)를 이용하여 평가하였다.

통계 분석은 SPSS 11.0 통계 프로그램을 사용하였으 며 각 군 간의 비교는 Independent T-test 및 Pearson chi-square test를 이용하여 비교하였으며 신뢰도는 95%로 하였다.

결 과

방사선학적으로 수술 전 대퇴 경골각(네비게이션군:

내반 7.6도, 고식적 군: 내반 5.1도) 및 관절 운동 범위 (네비게이션군: 굴곡 구축 13.2도, 후속 굴곡 123.7도, 고식적 군: 굴곡 구축 9.8도, 후속 굴곡 129.5도)는 두 군 간에 차이가 없었다(p>0.05). 또한 수술 전 평균 HSS 점수는 네비게이션군에서 66.6점, 고식적 군에서 64.2점으로 통계학적으로 의의 있는 차이는 없었다 (p=0.193)(Table 1, 2).

수술 후 체중 부하 전후면 사진에서 기계적인 축은 네 비게이션군에서 0.3±1.7도 외반, 고식적 군에서 0.5±

3.4도 내반이었으며, 네비게이션군에서 2예(5.0%)가 불 량이었으나 고식적 군에서는 14예(29.1%)에서 불량의 결과를 보였다. 대퇴 경골각은 네비게이션군에서 수술 후

5.7±2.5도 외반으로 교정되었으며, 고식적 군에서는 6.4±3.1도 외반으로 교정되었고, 불량은 각각 4예 (10.0%), 13예(27.1%)였다. 전후면 사진에서 대퇴 삽입 물의 관상면상 경사도(θ)의 불량은 네비게이션군에서 1 예(2.5%), 고식적 군에서 11예(22.9%)였으며, 평균값은 각각 네비게이션군에서 90.2±1.5도, 고식적 군에서 89.1±2.3도였다. 대퇴 삽입물의 시상면상 경사도(γ)는 평균 각각 2.7±1.4, 3.3±1.9, 불량의 결과는 각각 0예 Fig. 1. Diagrams showing the measurements of the inclination

angle. (A) Inclination angle of the tibial component is formed with the mechanical axis of the tibia (β). (B) Inclination angle of the femoral component is formed with the mechanical axis of the femur (θ). (C) Angle of the femoral component is formed between the anatomical axes of the femur and is perpendicular line to prosthesis (γ); Angle of the tibial component is formed with the mechanical axis of the tibia (δ).

A B C

Fig. 2. Diagram showing mechanical axis deviation (A, angle is formed between the mechanical axis of the femur and tibia) and femorotibial angle (B, angle is formed between the anatomical axis of the femur and tibia).

Table 2. Clinical Measurements

ꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏ Navigationgroup Manualgroup p-value ꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏ

HSS score Preoperative 66.6±6.4 64.2±10.6 0.193 mean±SD Postoperative 90.2±6.6 89.0±5.7 0.343 Flexion Preoperative 13.2±7.8 9.8±7.5 0.048 contracture Postoperative 1.9±3.2 1.5±2.6 0.581 mean±SD

Further Preoperative 123.7±16.5 129.5±11.6 0.060 flexion Postoperative 126.5±10.3 126.6±10.1 0.876 mean±SD

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(4)

(0.0%), 5예(10.4%)였다. 전후면 사진에서 경골 삽입물 의 경사도(β)는 네비게이션군에서 불량이 0예(0.0%), 고식적 군에서 7예(14.6%), 평균값은 각각 네비게이션군 에서 90.2±1.5도, 고식적 군에서 90.4±2.0도였다. 측 면 사진에서 경골 삽입물의 경사도(δ)의 평균은 네비게 이션군에서 87.8±1.7도, 고식적 군에서 87.4±2.0도 였으며 불량이 각각 5예(12.2%) 및 15예(31.3%)였다 (Table 3).

임상적으로는 수술 후 2년에 측정한 관절 운동 범위는 네비게이션 군에서 굴곡 구축 1.9, 후속 굴곡 126.5도를, 고식적 군에서는 1.5도 및 126.6도(p=0.581, 0.876)를 보였으며, HSS score는 90.2 및 89.0점이었다(p=0.343) (Table 2).

고 찰

현재까지 인공 슬관절의 장기 생존율은 10년 추시상 약 80%에서 90%로 보고되고 있으며11,15,19), 이러한 장기 생 존율은 슬관절 전치환술 시 적절한 환자 선별 및 삽입물 선택, 올바른 수술 술기, 효율적인 수술 및 전후 관리 등에 의해 영향을 받으며 특히 수술 후 생리적인 하지 정렬의 회복과 가장 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있다11,17). 만약 하지 정렬에 이상이 있으면 스트레스의 집중으로 인 하여 관절면의 조기 마모, 삽입물의 이완, 관절 운동의 제한, 동통 등이 발생할 수 있으며 이를 방지하기 위해 정확한 술기가 요구된다. Rand와 Coventry16)는 하지 정 렬이 0도에서 4도 외반을 이룰 경우는 90%의 10년 생존

율을 보였으나 4도 이상의 외반 정렬과 내반 정렬에서는 각각 71%와 73%의 10년 생존율을 보였다고 보고하였다.

이러한 하지 정렬의 회복을 위한 새로운 수술 기법의 하 나로 로봇에 의한 수술이나 컴퓨터의 도움을 받아 수술을 시행하는 방법이 소개되고 있다.

Saragaglia 등18)은 인공슬관절 치환술에 있어 네비게 이션 시스템을 이용할 경우 고식적 방법보다 정확한 하지 정렬을 얻을 수 있다고 보고하였으며, Stulberg 등22)은 고식적인 intramedullary guide를 이용하여 슬관절 치 환술을 시행한 후 삽입물과 하지 정렬의 정확도를 네비게 이션을 이용하여 평가하여 대퇴 삽입물은 내반, 굴곡, 내 회전 위치되는 경향이 있고, 경골 삽입물은 약간 내반 되 어 삽입되는 경향이 있다고 보고하였다. 또한 모든 예에 서 3o 이상의 하지의 부정 정렬을 보인 경우는 없으나, 각 삽입물의 관상면과 시상면 모두에서 3o 이내의 정렬을 보인 경우는 20예 중 4예뿐이었다고 보고하였다. 그러 나, 네비게이션을 이용한 슬관절 전치환술 시, 각 단계는 1o 미만의 오차 범위로 유지할 수 있고, 전체 정렬의 오차 를 줄여 수술의 정밀도를 향상시킬 수 있다고 보고하고 있다. 또 Bathis 등1)은 네비게이션 시스템을 이용하여 수 술한 80예와 고식적 방법으로 수술한 80예를 전향적으로 비교한 결과 네비게이션을 이용한 군에서 하지의 기계적 축과 대퇴삽입물의 관상면상 경사도에 있어 내외반각이 더 정확하였다고 보고하였다. 하지만 이러한 하지 정렬의 결과가 단기적으로 좋은 임상적 결과로까지 이어지는가 에 대한 연구는 거의 없는 실정이다1,4).

Table 3. Radiologic Measurements

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Femoro-tibial angle Values (degree) 5.7±2.5 6.4±3.1 0.251

Outliers No 4 13 0.021

Mechanical axis Values (degree) 0.3±1.7 -0.5±3.4 0.179

Outliers No 2 14 0.003

Coronal inclination of femoral Values (degree) 90.2±1.5 89.1±2.3 0.001

prosthesis (θ) Outliers No 1 11 0.003

Sagittal inclination of femoral Values (degree) 2.7±1.4 3.3±1.9 0.125

prosthesis (γ) Outliers No 0 5 0.037

Coronal inclination of tibial Values (degree) 90.2±1.5 90.4±2.0 0.109

prosthesis (β) Outliers No 0 7 0.008

Sagittal inclination of tibial Values (degree) 87.8±1.7 87.4±2.0 0.284

prosthesis (δ) Outliers No 5 15 0.021

ꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏ +: valgus, -: varus.

(5)

본 연구의 방사선학적 결과에 있어 네비게이션 시스템 을 사용한 경우 평균값에 있어서는 대퇴 삽입물의 관상면 상 경사도(θ)만이 통계학적으로 좋은 결과를 보였으나,

타 연구1,2,4,13)에서와 마찬가지로 불량의 결과에 있어서

는 고식적인 방법에 비해 좋은 결과를 얻을 수 있어 좀 더 많은 예에서 정확한 생리적 하지 정렬을 얻을 수 있음 을 알 수 있었다. 한편 네비게이션을 사용한 군에서도 하 지 정렬에 있어 불량의 결과를 보인 경우가 있었으며, 그 원인으로는 술 중 해부학적 구조물의 등록 과정에서의 오 류 때문이나 transmitter의 미세한 움직임 때문으로 생 각된다.

Brander 등3)은 네비게이션을 이용한 군과 고식적 방 식을 이용한 군에서 수술 후 1년의 후속 굴곡의 평균차이 는 없었고, 90도 이하의 관절운동 범위를 보이는 예가 네 비게이션군에서 더 적었다고 보고하고 있으나 본 연구에 서는 임상적으로 수술 후 2년의 관절 운동 범위를 비교하 였을 때 양 군에서 굴곡 구축과 후속 굴곡에 큰 차이를 보이지 않았으며, 100도 미만의 후속 굴곡을 보이는 예 도 각각 1예로 차이를 보이지 않았다. 그리고 HSS 점수 또한 두 군에서 비슷한 결과를 보였다.

이 연구는 적은 수의 단기 임상적 결과라는 단점이 있 으나 인공 슬관절 전치환술에 있어 네비게이션의 사용은 고식적 방법에 비해 정확한 하지 정열을 얻을 수 있었지 만 단기 임상적 결과에 있어서는 그 차이를 발견할 수 없 었다.

결 론

네비게이션 시스템을 이용한 인공 슬관절 치환술은 방 사선적으로는 양호가 훨씬 많았으며, 불량은 적었으나 임 상적 결과에 있어서는 고식적 방식을 이용한 인공 슬관절 치환술과 차이가 없었다. 인공 슬관절 전치환술에 네비게 이션 시스템이 꼭 필요한가에 대해서는 보다 더 많은 수 에 대한 장기적인 임상적 결과에 대한 연구가 요구된다.

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= 국문초록 =

목 적: 네비게이션 시스템을 이용한 인공 슬관절 치환술과 고식적 방식을 이용한 인공 슬관절 치환술의 방사선학 적 및 임상적 결과를 비교하고자 하였다.

대상 및 방법: 2년 이상 추시가 가능하였던 네비게이션 시스템을 이용한 인공 슬관절 치환술을 시행받은 41예(네 비게이션군)와 고식적 방식을 이용한 48예(고식적 군)를 대상으로 방사선학적 및 임상적 결과를 비교 분석하였다.

결 과: 기계적 축의 평균값은 네비게이션군 0.3도 외반, 고식적 군 0.5도 내반으로 차이가 없었으나, 불량을 보인 예는 각각 2예, 14예로 유의한 차이를 보였으며, 대퇴 삽입물의 관상면상 경사도는 평균값 및 불량의 결과, 모두에서 네비게이션군에서 의의 있게 좋은 결과를 보였다. 대퇴 삽입물의 시상면상 경사도, 경골 삽입물 의 관상면 및 시상면상의 경사도의 평균값에서는 의의 있는 차이가 없었으나, 불량의 결과를 보인 경우는 고식적 군에서 많았다. 관절 운동 범위 및 HSS 점수에서도 두 군 간에 차이가 없었다.

결 론: 방사선학적으로 네비게이션 시스템을 이용한 인공 슬관절 치환술이 고식적 방법보다 좋은 하지 정렬의 결과를 보였으나 단기 임상적 결과는 두 군 간의 차이를 보이지 않았다.

색인 단어: 인공 슬관절 치환술, 네비게이션 시스템, 고식적 방법, 하지 정렬, 임상적 결과

수치

Table 2. Clinical Measurements

참조

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