Vol. 15, No. 1, March, 2003
무시멘트 미세 포말형 대퇴스템을 이용한 인공 고관절 전치환술
이상홍・하상호・김남형
조선대학교 의과대학 정형외과학교실
목적: 무시멘트 미세포말형 대퇴스템을 사용하여 일차 인공 고관절 전치환술 시행한 환자에서 임상 및 방 사선학적 결과를 분석 보고하고자 한다.
대상 및 방법: 1998년 5월에서 2000년 3월까지 대퇴골두 무혈성 괴사증 환자를 대상으로 근위부 미세 포말 처리된 대퇴스템(VersysⓇ, Zimmer)을 이용하여 인공 고관절 전치환술을 시행하였고 최소 2년 이 상 추시가 가능하였던 환자 43명, 44예를 대상으로 하였고 수술시 평균 연령은 54세(25~79세)였다.
임상적 평가는 Harris 고관절 점수을 이용하였으며, 방사선학적 분석은 술후, 최종 추시 사진을 이용하 여 방사선 투과성, 대퇴 스템의 수직침강, 골용해, 대퇴 스템의 안정성 등을 분석하였다.
결과: Harris 고관절 점수는 수술전 53점에서 최종 추시시 92점으로 향상되었다. 최종 추시 방사선 사 진 소견상 전례에서 골침습성 고정을 얻었으며, 치환물 주위 골용해 소견은 관찰할 수 없었다.
합병증은 수술시 대퇴골 근위부 균열 2예, 수술후 약 1년째 치환물 주위 골절 1예, 고관절 후방 탈구 1 예가 발생하였다.
결론: 무시멘트 미세 포말형 대퇴스템의 인공 고관절 전치환술의 단기 추시 결과는 매우 만족할 만하였으 나 추후 장기 추시가 요하리라 사료된다.
색인 단어: 고관절, 전치환술, 미세 포말형 스템
서 론
초기의 골시멘트를 이용한 고관절 전치환술이 장 기 추시 결과 무균성 해리로 인한 재치환술의 빈도 가 증가됨에 따라 생물학적 고정이 가능한 무시멘트 형 고관절 전치환술이 널리 사용되었으며 성공여부 는 수술시 압박 고정(press pitting)에 의한 초기
안정성과 장기추시 관찰중의 생물학적 고정에 의한 다고 한다7 ).
삽입물 중 대퇴스템은 형태나 생물학적 고정 방법 에 따라 삽입물 주위 골절이나 골용해, 대퇴부 및 서 혜부 동통, 응력 차단(stress shielding)현상에 의 한 골흡수 등으로 인해 대퇴 삽입물 고정력의 장기 지속성 및 안정성 등의 여러 가지 문제점이 다양하 게 발생되고 있으며 이를 해결하기 위한 하나의 방 법으로 티타늄 재질의 대퇴스템이 사용되어 골흡수 를 줄이고자 하는 노력이 시도되고 있고, 점감 형태 의(tapered) 대퇴스템이 사용되어 대퇴부 통증 경감 에 양호한 결과들이 발표되고 있다3 ).
이에 저자들은 근위부 미세 포말 처리된 대퇴스템 을 이용한 고관절 전치환술을 시행한 대퇴 골두 무 혈성 괴사 환자를 대상으로 임상적, 방사선학적 관 찰을 통해 단기 추시 결과를 보고하는 바이다.
※ 통신저자: 이 상 홍
광주광역시동구서석동588
조선대학교의과대학정형외과학교실 T e l: 82-62-220-3140
Fax: 82-62-226-3379 E-mail: [email protected]
본 논문은2000년 조선대학교의과대학동창회연구기금 일부로이루워진것임.
연구 대상 및 방법
1. 연구 대상
1 9 9 8년 5월부터 2 0 0 0년 3월 까지 미세 포말 처리 된 대퇴스템과 Trilogy 비구컵을 이용하여 인공고관 절 수술을 시행받은 환자 중 동일한 시술자( S . H L e e )에 의해 시행되고 평균 3 4개월( 2 4개월~ 4 8개 월) 추시 관찰이 가능했던 4 4예를 대상으로 임상적 및 방사선학적 평가를 시행하였다. 수술 당시 환자 의 평균 연령은 5 4세( 2 5세~ 7 9세)이었고 남자가 2 2 명, 여자가 2 1명으로 양측성이 1예였다. 수술전 진 단명은 모든 환자에서 대퇴골두 무혈성 괴사였고, 그 원인으로는 알코올 남용이 1 9 ( 4 4 % )명, 특발성이 1 7 ( 3 9 % )명, 장기간의 스테로이드 남용이 5 ( 1 2 % ) 명, 휘발성 용해제에 의한 경우가 2 ( 5 % )명이었다.
Ficat and Alert1 0 , 2 6 )방사선 소견 분류상 s t a g e III 29예(66%), stage IV 15예( 3 4 % )였다.
수술방법은 후외방 도달법을 이용해서 측와위에서 대전자 절골술 없이 고관절 전치환술을 시행하였고 대퇴골두는 모두 28 mm였다.
V e r s y sⓇ 대 퇴 스 템 (Zimmer, Warsaw, I n d i a n a )은 Titanium-Vanadium 합금으로 원위 부가 점감된 형태를 보여 삽입물의 유연성이 크고 근 위 부 는 collarless, 쐐기 모 양 의 몸체에 H y d r o x y a p a t i t e가 피복되어 있으며, 미세 포말과 강옥 처리가 원주형태로 가공되어 있어 폴리에틸렌 마멸입자 접근을 막고 초기 고정력을 높인 무시멘트 형 삽입물이고, 비구에는 반구형의 컵으로 3개 이하 의 나사못 고정이 가능하도록 제작된 T r i l o g yⓇ 컵 (Zimmer, Warsaw, Indiana), liner는 초고분자 량 폴리에틸렌을 사용하였다.
술후 대퇴근육의 강화운동 및 관절운동을 시행하 였고 2주 이후에는 침상주위 보행을 시작으로 부분 체중 부하를 시작하였고 3개월 이후에 전 체중 부하 를 허용하였다.
2. 연구 방법
임상적 기능 평가는 Harris hip score1 5 ), 대퇴부
및 서혜부 동통, 파행의 정도를 술전, 술후 6주, 술 후 3개월, 술후 6개월, 매 1년 마다 평가 하였고 Harris hip score 가 9 0점 이상인 경우를 우수 (excellent), 90점 미만, 80점 이상인 경우를 양호 (good), 80점 미만, 70점 이상인 경우를 보통 (fair), 그리고 7 0점 미만인 경우를 불량( p o o r )으로 분류하였다.
방사선학적 평가는 수술전후 사진, 술후 6주, 술 후 3개월, 술후 6개월, 매 1년 마다 고관절 전후면, 측면, frog-leg lateral 사진등을 촬영하여 대퇴스 템에 대해 수술 직후의 고정도와 E n g h과 M a s s i n9 ) 의 방법을 이용한 최종 추시시 고정상태등을 분류하 였고, 수직 침강, Gruen 등1 2 )의 구역 분류에 따른 스템 주위의 방사선 투과선 및 말단부의 피질골 경 화, 골용해증, 대퇴삽입물의 해리 여부, 응력 차단의 정도 등을 조사하였다.
수직침강은 대전자 상단에서 대퇴스템의 상연까지 의 거리를 측정하여 5 mm 이상의 변화를 보이면 유의한 것으로 간주하였다.
비구컵은 D e L e e와 C h a r n l e y5 )의 방법을 이용하 여 3개의 구역으로 나누어 비구컵의 수직 및 수평이 동, 방사선 투과선, 골용해증과 경사각의 변화등을 관찰하였다.
비구컵의 수직이동은 비구컵 하연과 동측 t e a r drop 하연과의 수직거리로 측정하였고 비구컵의 수 평이동은 비구컵 외연의 중심과 Köhler 선 사이의 수평거리로 측정하여 비구컵이 5도 이상 혹은 2 mm 이상 이동했을 때 불안정성 고정으로 평가하였다.
삽입물의 해리는 대퇴부는 5 mm 이상의 수직 침 강, 전 구역에 2 mm 이상의 방사선 투과선, 계속 진행되는 내반 변형, 심한 대퇴 동통과 동반된 골용 해증이 있는 경우로 정의하였고, 비구부는 비구컵의 수직 및 수평이동이 2 mm 이상인 경우, 비구컵의 경사각 5도 이상의 변화, 방사선 투과선이 2 mm 이상 연속적으로 보일 경우 등으로 정의 하였다2 5 ).
골용해는 수술 직후 사진부터 최종 추시까지 진행 되는 골침식이나 작지만 현저한 풍선모양의 골용해 를 임상검사와 증상 등을 토대로 면밀히 검토하여 정하였다.
결 과
1. 임상적 기능 평가
Harris hip score는 수술전 평균 5 3점( 3 4점- 6 3 점)에서 술후 3개월째 8 5점, 술후 6개월째 9 0점, 최 종 추시시 9 2점으로 향상되었으며, 우수는 3 1예 (70.5%), 양호 1 3예( 2 9 . 5 % )였다.
대퇴부 동통은 술후 3개월째 4예(5.0%), 술후 6 개월째 3예(6.9%), 최종 추시시 2예( 4 . 5 % )가 나타 났으며, 서혜부 동통은 3개월째 2예(4.5%), 술후 6 개월째 1예(2.3%), 최종 추시시 1예( 2 . 3 % )를 보였 고, 파행은 술전 대퇴골두의 심한 붕괴가 있었던 1 예( 2 . 3 % )에서 수술 직후 정상 하지 길이를 회복하 면서 발생하였으며 수술반흔 주위의 불편감을 간헐 적으로 호소하였으나 일상생활에 영향을 주지 않았 고 지속적인 진통제의 사용도 필요하지 않았다. .
2. 방사선학적 평가
1) 대퇴스템의 고정
대퇴스템의 초기 고정도는 수술 직후 방사선 사진
상 우수가 3 8예(86.4%), 양호 6예( 1 3 . 6 % )이었고, 술후 3개월째 1 5예(34%), 술후 6개월째는 3 4예 (77.2%), 최종 추시상 4 4예(100%) 전례에서 골성 고정이 관찰되었으며(Fig. 1.), 술중 근위 대퇴골 균열이 발생했던 2예에서도 모두 골유합과 골성 고 정을 보였다.
대퇴스템의 초기 안정도에 따른 최종 추시시 방사 선학적 분석에서 우수인 경우와 양호인 경우 모두에 서 골성 고정을 보였고 섬유성 안정고정이나 불안정 성 고정은 없었다.
2) 대퇴스템의 수직침강
전례에서 수직 침강이 없거나 5 mm 이하의 침강 이 보였고 최종 추시시 평균 수직 침강은 2 mm이 었다.
3) 방사선 투과영역
대퇴스템 주위에 나타난 2 mm 이하의 방사선 투 과 영역을 보인 경우는 술후 3개월까지 보이지 않다 가 술후 6개월째 3예( 6 . 8 % )로 3구역에 1예, 4구역에 2예였고, 최종 추시 상 9예(20.5%) 발생하였는데, 1 구역 1예, 3구역 2예, 4구역 4예, 5구역 2예이었으 며, 모든 구역에서 발생한 경우는 없었다(Fig. 2.).
Fig. 1. A. This shows radiograph of 31-year old male with avascular necrosis of femoral head. B. The AP radiograph shows Immediate postoperation. C. The AP radiograph shows bone ingrowth without subsidence or osteolysis after 13 months follow-up.
비구컵 주위에 수직이동과 수평이동은 없었고, 방 사선 투과선은 술후 3개월째 제 1구역에서 1예, 술 후 6개월째는 제 1구역에서 3예, 제 2구역에서 1예 로 4예가 나타났고, 최종 추시에는 총 1 2예에서 관 찰되었는데, 제 1구역 7예, 제 2 구역 3예, 제 3구 역 2예가 발생하였고, 2 mm 이상의 방사선 투과선 이나 전 영역에 걸친 연속적 방사선 투과선은 관찰 되지 않았다.
4) 골용해증
비교적 짧은 추시 기간이어서 비구컵과 대퇴스템 을 포함하여 전례에서 골용해증은 발생되지 않았으 며 응력 차단에 의한 골흡수도 관찰되지 않았다.
3. 합병증
수술도중 발생한 합병증으로는 대퇴 근위부 균열이 2예 발생하였으며, 원인은 골수강 확장술 및 대퇴스 템 삽입시 각각 1예에서 발생하였다. 골절선의 전위 를 방지하기 위해 압박 강선 고정을 시행하였으며 술 후 6주까지 체중부하를 금하였고 추시 관찰상 대퇴스 템의 골성 고정 및 골절선의 유합을 관찰하였다.
창상 감염은 발생하지 않았고 이소성 화골은 4예 에서 발생하였으나 전례에서 Brooker I형으로 이로 인한 고관절의 운동제한은 없었다. 술후 탈구는 1예 에서 술후 6개월 만에 발생하였고 정복후 3개월간 외전 보조기를 착용 후 재탈구는 발생하지 않았다.
1 예 에 서 술 후 8 개 월 째 낙 상 으 로 인 해 Johannsson type III형 대퇴스템 주위 골절이 발 생하였고 Dall-Miles 금속판을 이용한 내고정을 시 행하였다.
고 찰
무시멘트 인공관절 수술시 대퇴스템의 장기 안정 성은 골성장이 이루어지는 동안 초기에 기계적 압박 고정을 얻고, 이차적으로 골과 대퇴스템의 긴밀한 접촉이 이루어져 인공 관절내로 골성장이 얼마만큼 이루어지는지에 의해 결정되는데, 이는 대퇴 삽입물 의 형태, 재질, 표면 처리 방법, 다공성 표면의 형태 및 넓이등의 여러 인자가 관여한다7 , 9 ).
이런 이유로 대퇴스템은 재질에서는 생체 적합성 이 뛰어난 티타늄 합금을 최근 사용하여 좋은 결과 를 보이고 있으나 코발트 크롬 재질의 대퇴스템에서 도 골성장이 잘 일어나는 것으로 보아 인공관절의 재질 보다는 표면처리가 골성장을 좌우한다고 보는 견해가 많고1 6 ), 현재 사용되는 표면 처리 방법에는 대퇴스템 표면을 골조직이 잘 성장할 수 있도록 미 세포말 형태로 코팅하거나1 ) 골조직과 유사한 h y d r o x y a p a t i t e ( H A )로 코팅하는 방법1 6 , 2 7 , 3 0 )및 표 면을 거칠게 만드는 강옥처리(corundum blasting)
방법 등1 1 )이 있다.
일반적으로 알려진 이상적인 미세포말의 크기는 150~400 μm혹은 250~350 μm의 크기로1 ), 아직도 다공성의 크기와 정도에 대해서는 논란이 많다.
H w a n g과 S o n1 8 )에 의하면 425 μm의 비탈륨 염주 를 코팅한 코발트 크롬 합금의 P C A ( P o r o u s - Coated Anatomic) 대퇴스템을 사용한 4 3예에서 Fig. 2. The incidence and location of radiolucent line
around the femoral stem.
8 5 %가 양호한 결과를 얻었고, Knight 등2 0 )에 의하 면 동일 대퇴스템을 사용한 7 0예에서 8 8 %가 양호 이상의 결과를 보여 미세포말 표면 처리가 대퇴스템 의 골성장에 중요한 인자임을 보였다.
또한 h y d r o x y a p a t i t e는 화학적 구조가 골과 유 사하여 이상적인 것으로 생각되어져 1 9 8 0년대부터 소개되어 사용되기 시작하였으나 단독으로 사용시 미세포말 구조의 대퇴스템에 비해 낮은 골성장의 결 과를 보였다1 4 ). Kim 등1 9 )은 미세포말 피복 삽입물과 hydroxyapatite 피복 삽입물간의 비교연구에서 2 년 추시 결과 hydroxyapatite 피복 삽입물보다 미 세포말 피복 삽입물의 골내막 신생골이 형성이 우세 하였으며 특히 Gruen 구역1과 7에서 많은 것으로 보고 하였으나 미세포말 구조와 병합 사용하면 hydroxyapatite 도포하지 않은 대퇴스템에 비하여 좋은 결과를 보인다고 하였고4 , 2 3 ), Wilke 등2 9 )은 미 세 다공성 표면 처리된 철망 구조를 이용한 동물실 험에서 HA coating 된 내고정물이 HA uncoat- i n g된 내고정물보다 골재생력이 우수하다고 발표하 였다. D’Lima 등6 )은 근위 1/3 원주형 h y d r o x y a- patite coated 대퇴스템을 이용한 결과 압박고정된 경우 골내향 성장에 의한 고정을 얻어 Harris 고관 절 점수가 높게 나왔다고 하며 수술 직후 평가한 초 기의 고정이 골성고정으로 양호한 결과를 나타내었 고 폴리에틸렌 마멸입자의 골수강내 접근을 방지하 였다고 하였다.
이외에도 alumina 등의 단단한 입자로 티타늄 표 면을 아주 얇게 파이게 하고 거칠게 하는 강옥처리 방법이 쓰이고 있는데 고온을 사용하지 않아 재질의 피로 강도등을 유지할 수 있는 장점이 있으며1 ) Hacking 등1 3 )은 6개월간, 22예의 동물실험을 통해 이러한 강옥처리 방법이 상당한 골성장 유도능력이 있다고 하였다.
본 대퇴스템은 Diffusion bonded coating 방법 으로 티타늄 w i r e를 잘게 잘라 구부려 만든 p a d를 스템에 부착시켜 미세 다공성 구조를 만들어, bead 형태의 다공성 구조가 인공관절 표면에 부착될 때 고열에 의해 발생하는 미세 구조의 변화를 개선시키 고자 하였고 HA coating 으로 골성장을 촉진 시켰 으며 대퇴스템 중간부에 강옥 처리가 되어 있는데 저자들의 경우에는 대부분 제 3, 4, 5 구역에 부분
적인 방사선 투과선이 9예에서 관찰되었지만 골성장 은 4 4예 전례에서 이루어져 상당히 양호한 결과를 보였다.
또한 골용해를 감소시키기 위해서는 대식세포를 활성화 시키는 폴리에틸렌 마멸입자가 골과 고정물 사이를 통하여 골수내강으로 접근하는 것을 막는 것 이 중요하다.
Von Knock 등2 8 )의 부검 실험에 의하면 골용해증 은 내고정물의 움직임, 마멸입자 혹은 금속에 대한 이물 반응 등으로 인해 유발되며 삽입물의 근위부에 원주형 형태의 미세 포말 표면 처리가 근위부 골내성 장으로 용해를 일으킬 수 있는 미세입자의 이동을 방 지한다고 보고하였다. 발생빈도에 대해서는 다양하게 보고 되고 있는데 Hernandez 등1 7 )은 5 2예의 수술중 9예( 1 7 % )에서 발생했고, 이중 8예에서 제 1, 7구역 에서 발생했으며 장기 마모율과 중요한 상관관계가 있다고 하였다. Maloney 등2 2 )은 3 . 4 %의 대퇴골 골 용해를 보고하였으나 저자들은 침강, 골용해, 응력차 단에 의한 골흡수 소견이 보이지 않아 여기에 대해서 는 3 4개월의 짧은 추시기간에 의한 것으로 생각되고 장기 추시가 필요하리라 생각되고 있다.
술후 대퇴부 통증은 대퇴스템 불안정에 의한 원위 부와 골사이의 미세운동, 응력 차단에 의한 변화된 하중 전달, 스템 끝부분이 골내막과 만나는 부분의 응력 집중 등이 원인으로 보고 되고 있는데 점감 디 자인된 대퇴스템을 사용함으로써 좋은 결과를 얻고 있다.
E n g h과 C u l p e p p e r8 )는 A M L을 이용한 무시멘트 고관절 전치환술후 8%, Callghan 등2 )은 PCA 인 공관절을 사용하였던 환자에서 술후 2년에 1 6 %를 보고한 반면 Pitto 등2 4 )은 점감 디자인된 대퇴스템을 이용한 무시멘트 인공관절 치환술 5 0예에서 2% 만 이 심한 대퇴부 통증을 호소하였고, 이러한 통증 역 시 술 후 3개월에는 사라졌으며, Grubl 등1 1 )도 점감 형태의 대퇴스템을 사용했던 2 0 8개의 인공 고관절 전치환술 환자, 평균 1 0년의 추시관찰에서 3 %만이 대퇴부 통증을 호소하였다고 하였다.
Koo 등2 1 )은 대퇴 삽입물중 점감된 형태가 점감되 지 않은 형태 보다 통증이 유의하게 낮다고 보고하 였고 Choy 등3 )도 점감된 티타늄 대퇴스템을 사용한 4 6예, 5년 이상의 장기 추시에서, 진통제를 사용할
정도의 대퇴부 통증은 1예도 보고되지 않았다고 하 였다.
저자들도 최종 추시시 4 . 3 %에서 대퇴부 통증을 호소하였고 이 또한 지속적인 진통제 사용이 필요할 정도의 통증은 아니기에 점감 형태의 대퇴스템이 유 용한 것으로 사료되며, 대퇴근위부의 골성장에 의한 고정력을 얻어 임상적으로 좋은 결과를 나타내었다.
결 론
무시멘트 미세 포말형 Versys 대퇴스템의 인공 고관절 전치환술의 단기 추시 결과는 매우 만족할만 하였으나 추시 기간이 짧아 추후 장기 추시가 요하 리라 사료된다.
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Total Hip Arthroplasty using Cementless Porous-coated femoral stem
Sang Hong Lee, M.D., Sang Ho Ha, M.D., Nam Hyung Kim, M.D.
Department of Orthopaedic Surgery, Chosun University Hospital, Gwang-Ju, Korea
Purpose: The aim of this study was to evaluate the clinical and radiological results of cementless total hip arthroplasty, using a porous-coated femoral stem.
Materials and Methods: Between May 1998 and March 2000, 44 cementless porous-coated femoral stems (Versys®, Zimmer) were implanted in 43 patients. The average age and follow up were 54 years and 34 months, respectively. The Harris hip scores were clinically measured, and the radi- olucent line, subsidence, osteolysis and stability radiologically assessed.
Results: The average preoperative Harris hip score of 53 points was postoperatively improved to 92 points. According to the radiological findings at the last follow-up, all the stems showed bony ingrowths and stable fixations, with no osteolysis around the stems. There were 2 proximal femoral cracks, 1 periprosthetic fracture and 1 posterior hip dislocation during the operations.
Conclusion: The short-term results of hip arthroplasty, using Versys stems, were satisfactory, but more long-term follow-ups are required.
Key Words: Hip, Arthroplasty, Porous-coated stem ABSTRACT
