Bilateral Total Knee Arthroplasty using the Fixed Bearing Platform and the Rotating Platform in the Same Patient

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Bilateral Total Knee Arthroplasty using the Fixed Bearing Platform and the Rotating Platform in the Same Patient

Dong-Heon Kim, M.D., Ju-Yong Shin, M.D., Man-Sik You, M.D. and Sung-Jin Kim, M.D.

Department of Orthopedic Surgery, Konkuk University College of Medicine, Chungju, Korea

Received: January 25, 2010

Revised: (1st) February 21, 2010, (2nd) April 19, 2010 (3rd) June 8, 2010

Accepted: July 22, 2010

Corresponding author: Dong-Heon Kim, M.D.

Department of Orthopedic Surgery, Konkuk University College of Medicine, 620-5 Gyohyeon-dong, Chungju 380-951, Korea TEL: 82-43-840-8251, FAX: 82-43-844-7300

E-mail: [email protected]

Purpose: We wanted to evaluate the clinical and radiological results after total knee arthoplasty using the Press Fit Condylar (PFC) Sigma fixed bearing platform knee and the rotating platform knee in the same patient.

Materials and Methods: We enrolled 44 patients who had undergone bilateral total knee arthroplasties due to osteoarthritis of both knees from November 2001 to December 2004, using the fixed bearing platform and the rotating platform, respectively. The mean age of the study group was 71.5 years (range: 65∼85 years).

The mean follow up period was 74.3 months (range: 62∼86 months). The clinical results were evaluated according to the knee score, the functional score, the presence of flexion contracture, the range of motion and the complications, and the visual analog scale system was used for the patients’ satisfaction. The radiological results using the American Knee Society criteria and the tibiofemoral angle were also evaluated.

Results: The average knee score improved from 36.5 to 87.3 in the fixed bearing group and from 38.8 to 87.9 in the rotating platform group, respectively. The average functional score improved from 28.4 to 83.5 in the fixed bearing group and from 32.6 to 85.8 in the rotating platform group, respectively. The average range of knee motion improved from 85.5^o to 115.5^o in the fixed bearing group and from 86.6^o to 116.8^o in the rotating platform group. The average tibiofemoral angle improved from varus 8.2^o to valgus 5.5^o in the fixed bearing group and from varus 7.1^o to valgus 5.3^o in the rotating platform group. We did not observe any clinically significant osteolysis or wear. However, there were 3 cases of instability out of the 13 cases in rotating platform group, and this was accompanied by varus deformities of over 15 degree and 6 cases of friction sound during walking.

Conclusion: We could find no clinical and radiological differences between the fixed bearing platform and the rotating platform in this study. However, we should regard the fixed bearing prosthesis as a good option for the patients with severe varus deformities, with considering performing bulky soft tissue release for obtaining a balanced gap, for preventing spin-out and to correct deformity.

Key Words: Total knee arthroplasty, Fixed bearing, Rotating platform

서 론

평균 수명의 증가와 더불어 슬관절염으로 고통받는 고 령의 환자들에게 슬관절 전치환술은 좋은 결과를 보고하 고 있으며, 술기의 발전과 삽입물 형태의 변화로 인하여 장기적인 생존율과 기능이 향상되고 있다⁹⁾. 슬관절 전치 환술을 시행함에 있어서 적절한 삽입물의 선택은 슬관절

의 안정성 유지와 정렬 및 관절 기능 회복에 중요하다. 최 근 여러 연구에서 보다 향상된 역학 및 삽입물의 접촉 응 력 감소의 이론적 장점이 있는 회전형이 고정형보다 선호 되고 있지만⁸⁾, 기구의 디자인이 다른 경우가 많아 본 연구 에서는 동일 환자에서 Press Fit Condylar (PFC, Johnson and Johnson Professional Inc., Raynham, MA, USA) Sigma 고정형과 회전형 슬관절 전치환술을 시행한 후 추 시 결과에 영향을 미칠 수 있는 인자들은 배제하고, 임상 적, 방사선학적 결과들을 분석하여 문헌 고찰과 함께 보고 하고자 한다.

대상 및 방법 1. 연구 대상

2001년 11월부터 2004년 6월까지 양측 퇴행성 슬관절 염이 있는 동일 환자에서, 단계적으로 PFC Sigma 고정형 과 회전형 인공 슬관절을 사용하여 양측 슬관절 전치환술 을 시행한 44명(88예)을 대상으로 하였다. 이전 슬관절 주변 골절 과거력, 동반 관절 증상 등을 조사하여 추시 결 과에 영향을 줄 수 있는 인자를 배제하였고, 전례에서 양 측 퇴행성 슬관절염 환자로 대상을 제한하였으며 후방 십 자 인대 보존형만 사용하였다. 평균 연령은 71.5세(65∼

85세)였고 성별은 남자가 6명, 여자가 38명, 평균 추시 기 간은 74.3개월(62∼86개월)이었다. 동반 질환은 심혈관계 질환 37명, 당뇨 29명, 비뇨기계 질환 12명, 폐질환 5명, 간질환 4명이었다.

2. 수술 방법

전례에서 PFC Sigma 기구를 사용하여 경골 및 대퇴골 부위 시멘트 고정과 슬개골 치환술을 시행하였고 수술은 동일한 술자에 의하여 시행되었으며 고정형과 회전형의 선택은 수술 전 무작위로 선정하였다. 수술 술식은 내측 슬개 주위 도달법(medial parapatellar approach)을 사용 하였으며, 수술 전 변형에 따라서 반막양근, 후방 관절막, 내측부 인대 및 거위발근 등의 연부 조직 박리술을 단계 적으로 시행하고 철저한 골극 제거 및 골막하 유리를 시 행하였다. 구축이 심하여 시험적 삽입물의 전방 들림 (anterior lifting)이 있을 경우 후방 십자 인대의 경골 부 착부에서 2∼3 mm의 절개를 가하는 후방 유리술 (posterior recession)을 시행하였다. 대퇴골은 골수강 내

지침자(intramedullary guide)를 이용하여 외반 7^o로 맞추 고, 대퇴 후과간축에 대하여 3^o 외회전하여 절골하였다.

경골은 골수강 외 지침자(extramedullary guide)를 이용 하여 수술시 후방 경사각을 경골 간부 중심축과 비골의 위치를 참고하여 5^o에서 7^o까지 주었고, 최소한의 골 절제 를 시행하였다. 시험적 검사(trial test)를 시행하여 내측의 긴장도가 심한 고정형 19예, 회전형 23예에서 표재성 내 측 곁인대 및 거위발근을 유리하고, 굴곡 구축이 심한 고 정형 17예, 회전형 24예에서 후방 관절막 유리 및 반막양 근을 경골 부착부에서 박리하였다. 단계적 조직 이완술 후 에 시험적 검사를 시행하여 하지 축의 정열을 다시 확인 하고 신전 간격과 굴곡 간격을 확인하여 절제된 공간이 정확히 사각형이 되도록 하였고 spacer block을 삽입한 후 내외반 이완도가 5^o 이내인 경우를 적절한 인대 균형이 이 루어진 것으로 보고, 만족할 만한 인대 균형과 관절 신전 을 얻은 후 고정형과 회전형의 시험적 삽입물을 끼워 내 반 및 외반 불안정성을 점검하였다. 또한 슬개 대퇴 활주 (patellofemoral tracking)의 점검을 지혈대를 한 상태에서 no thumb 술기를 이용하여 시행하였고, 이 경우 고정형 18예, 회전형 15예에서 탈구 현상이 발생하여 외측 슬개 지대 이완술(lateral retinacular release)을 병행하였다. 수 술 후 다음날부터 능동적 관절 운동 및 체중 부하 보행을 시작하였다.

3. 임상 및 방사선학적 평가

임상적인 평가는 술 전 및 최종 추시에서 굴곡 구축 및 운동 범위와 Knee Society Score system (KSS system)¹⁶⁾ 에 의한 슬관절 점수 및 기능적 점수를 이용하였다. 방사 선학적 평가는 술 전 및 최종 추시에서 대퇴-경골간 각을 Bauer 방법¹⁹⁾에 의해 기립 시에 촬영한 슬관절 전후방 사 진에서 대퇴골 장축과 경골 장축의 각도로 측정하였고, American Knee Society의 방사선학적 평가 방법¹³⁾에 따 라 삽입물과 골간의 고정 상태를 대퇴 삽입물 측면 사진 상 7구역, 경골 삽입물 전후면 사진 상 7구역, 측면 3구역 으로 나누어 각 구역의 방사선 해리 선의 폭을 mm단위로 기입하여 합한 수치를 총점수로 하여, 총점수가 4점 이하 이면 의미가 없는 것으로, 5점에서 9점 사이면 진행 여부 에 대한 지속적인 추시가 필요한 것으로, 10점 이상이면 임상 증상과 관계없이 고정 실패의 가능성이 매우 큰 것 으로 평가하였다. 최종 추시에서 내반 및 외반 스트레스

Table 1. Preoperative and Last Follow up Results in the Fixed Bearing and the Rotating Platform Groups

Fixed bearing (n=44) Rotating platform (n=44) p-value Flexion contracture (^o)

Preop.

Last F/U

Range of motion (^o) Preop.

Last F/U Knee score (points) Preop.

Last F/U

Functional Score (points) Preop.

Last F/U

Tibiofemoral angle (^o) Preop.

Last F/U

11.8 5.1 85.5 115.5 36.5 87.3 28.4 83.5 Varus 8.2 Valgus 5.5

12.2 4.3 86.6 116.8 38.8 87.9 32.6 85.8 Varus 7.1 Valgus 5.3

0.532 0.474 0.724 0.574 0.171 0.452 0.104 0.212 0.098 0.176 n: Number of case.

방사선 사진을 통해 대퇴부 삽입물의 활차부를 잇는 선과 경골 삽입물의 수평부가 이루는 각을 측정하여 내외측 이 완을 측정하였고 5^o 이상의 이완을 보인 경우를 불안정성 이 있는 것으로 보았다³¹⁾. 주관적 만족도는 Bullens 등⁷⁾이 통증 visual analog scale (VAS)를 변형하여 사용하였던 Satisfaction VAS system을 이용하여 환자의 주관적 만족 도를 조사하였다. 임상적 결과와 방사선학적 결과는 SPSS ver. 10.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA)으로 분석하고 두 군 간의 비교는 Student t-test를 사용하였고, 군 내의 수술 전 후의 비교는 paired t-test를 사용하였으며, 합병 증 발생 빈도의 비교는 chi-square test를 사용하였다. 통 계적 처리 후 통계학적 유의성은 p＜0.05 수준에서 검증 하였다.

결 과 1. 굴곡 구축 및 관절 운동 범위

굴곡 구축은 고정형에서 수술 전 평균 11.8^o (5∼20)에 서 최종 추시에서 평균 5.1^o (0∼10), 회전형에서 수술 전 평균 12.2^o (5∼20)에서 최종 추시에서 평균 4.3^o (0∼10) 로 향상되었으며 관절 운동 범위는 고정형에서 수술 전 평균 85.5^o (75∼95)에서 최종 추시에서 평균 115.5^o (100∼

125), 회전형에서 수술 전 평균 86.6^o (75∼95)에서 최종

추시에서 평균 116.8^o (100∼130)로 호전되었으나 두 군 간의 통계학적 유의한 차이는 없었다(p＞0.05) (Table 1).

2. 슬관절 점수 및 기능적 점수, 주관적 만족도 KSS system을 이용한 슬관절 점수는 고정형에서 수술 전 평균 36.5점(13∼45)에서 최종 추시에서 평균 87.3점 (80∼95), 회전형은 수술 전 평균 38.8점(12∼47)에서 최 종 추시에서 평균 87.9점(81∼96)이었으며, 기능적 점수 는 고정형에서 수술 전 평균 28.4점(10∼44)에서 최종 추 시에서 평균 83.5점(80∼94), 회전형은 수술 전 평균 32.6 점(13∼49)에서 최종 추시에서 평균 85.8점(68∼91)으로 향상되었으나, 두 군 간의 통계학적 유의한 차이는 없었다 (p＞0.05) (Table 1). Satisfaction VAS system을 통한 주 관적 만족도는 고정형이 8.0±1.0점, 회전형이 8.3±1.1점 을 보였고 두 군 간의 유의한 차이는 없었다(p＞0.05).

3. 방사선학적 평가

최종 추시에서 전 예에서 슬관절 전ㆍ후방 및 측면 촬 영을 시행하였고 American Knee Society의 방사선학적 평가 방법에 따른 방사선 투과선 분포 정도는 대퇴골의 경우 고정형에서 1구역 6예, 4구역 1예, 회전형은 1구역 3 예였고, 경골의 경우는 슬관절 전ㆍ후방 방사선 사진 상 고정형에서 1구역 10예, 4구역 3예, 회전형은 1구역 3예,

Fig. 1. (A) Preoperative scanogram in 61 years old female patient with osteoarthritis shows joint space narrowing and a severe varus deformity. (B) Postoperative scanogram of the 5 years follow-up of the Press Fit Condylar Sigma fixed- bearing (right) and rotating-platform (left) shows good alignment.

Fig. 2. Seventy-two years old female patient who was treated with Press Fit Condylar Sigma fixed-bearing total knee arthr- oplasty on left knee and rota- ting platform total knee arthro- plasty on right knee. (A) Pre- operative radiograph shows 15^o varus deformity on both knee.

(B) Postoperative radiograph of 6 years follow-up shows good alignment on both knee.

4구역 2예였으나 모두 4점 이하로 임상적 의미는 없었다.

대퇴-경골간 각은 고정형에서 수술 전 평균 내반 8.2^o (외 반 15∼내반 25)에서 최종 추시에서 평균 외반 5.5^o (외 반 3.5∼7), 회전형은 수술 전 평균 내반 7.1^o (외반 12∼

내반 25)에서 최종 추시에서 평균 외반 5.3^o (외반 3.5∼

7.5)로 전례에서 허용범위 내로 교정되었다(Table 1, Figs. 1, 2).

4. 내외측 불안정성

최종 추시에서 회전형을 사용한 군에서 보행 중 삽입물 마찰음이 6예에서 발견되었고 내반 및 외반 스트레스 방

사선 검사에서 5^o 이상의 외측 이완을 보이는 경우가 3예 가 있었다. 외측 불안정성의 경우 고정형을 사용한 군과 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p=0.039). 두 군에서 폴리에틸렌 삽입물의 탈구나 마모로 재수술을 시행한 경 우는 없었다.

고 찰

PFC 인공 슬관절은 1980년대에 Press fit fixation의 개 념을 바탕으로 일차적으로 후방 십자 인대를 보존하도록 설계된 초기형(PFC original)이 소개된 이후에¹⁴⁾ 1988년 에 대퇴부 삽입물의 활차부 모양이 개선되고 후방 십자 인대 보존형과 대치형으로 구성된 조합형(PFC modular) 이 개발되었다. 2000년에는 고정형과 같은 형태의 대퇴부 삽입물에 적합성을 높이고 움직임이 가능한 polyethylene 삽입물이 적용된 회전형(PFC Sigma Rotating Platform) 이 개발되어 현재까지 많이 사용되고 있으며 미국 식품 의약품국(FDA)의 공인을 받았다²⁴⁾.

고정형 인공 슬관절 전치환술은 높은 성공률을 보여 보 편적으로 사용되고 있으나 중장기 추시에서 polyethylene 마모, 골용해 및 해리의 발생이 보고되고 있다. 고정형은 기구 형태상 대퇴 및 경골 관절의 적합성이 높을 경우 삽 입물과 인접골 사이에 높은 전단 응력이 발생하여 골용해 를 증가시키며, 적합성이 낮은 경우 polyethylene 삽입물 에 높은 계면 응력이 발생하여 마모가 발생할 수 있다²⁹⁾. 이를 개선하기 위해 시도하기 시작한 회전형 인공 슬관절 전치환술은 삽입물의 접촉면이 넓어서 최고 접촉 스트레 스가 낮아 polyethylene 삽입물의 실패와 연관된 피로 마 모를 최소화하고^1,22), 경골 표면에서 골-삽입물 접합부의 스트레스 및 해리를 감소시켜 인공 삽입물의 수명을 증가

시킨다^5,12,15). 또한 고정형에서는 경골 삽입물과 poly- ethylene 삽입물 사이의 미세 움직임으로 인한 후방 마모 가 발생하지만 회전형에서는 크롬-코발트 경골 삽입물의 움직임을 좀 더 조절할 수 있어 후방 마모를 최소화시킨 다⁹⁾. 이러한 회전형의 이론적인 많은 장점에도 불구하고 정확한 연부 조직 균형을 이루지 못하는 경우 삽입물의 탈구와 마찰음, spin out이 발생할 수 있다^4,6). 임상적으로 는 Ranawat와 Boachie-Adjei²⁵⁾가 고정형을 이용한 장기 추시 연구에서 15년 생존율 95%, 20년 생존율 90%의 결 과를 보고하였고 Sorrells²⁷⁾는 11년 생존율을 95%로 Callaghan 등⁹⁾은 100%의 12년 생존율을 보고하였다. 본 연구에서도 5∼7년의 중기 추시에서 고정형과 회전형 모 두 100%의 생존율을 나타냈다.

Kim 등²¹⁾은 동일 환자에서 양측 인공 슬관절 전치환술 을 동시에 시행한 222명에서 AMK 고정형과 LCS me- niscal bearing 기구를 사용하여 10년 추시 결과 두 군에 서 임상적 결과에 유의한 차이가 없다고 하였고, Ranawat 등²⁴⁾도 26명의 환자에서 PFC Sigma 고정형과 회전형을 사용하여 46개월 간 추시한 결과 임상적 결과에 유의한 차이가 없다고 하였다. 본 연구에서는 이전 슬관절 주변 골절 과거력, 동반 관절 증상 등을 조사하여 추시 결과에 영향을 줄 수 있는 인자를 배제하였고, 전례에서 양측 퇴 행성 슬관절염 환자로 대상을 제한하였으며 후방 십자 인 대 보존형만 사용하여 가능한 객관성을 높이려고 하였다.

최종 추시에서 고정형과 회전형 모두 우수한 결과를 보였 고 회전형과 고정형을 비교한 결과 슬관절 점수, 동통, 관 절 운동 범위 등은 임상적으로 통계적 유의성을 보이지 않았다.

중장기 추시에서 나타나는 고정형 인공 슬관절 전치환 술의 마모와 해리의 문제점은 많은 논란이 되고 있으나³⁾ 고정형과 회전형에 대한 많은 장기 추시 연구에서 발생률 에서 차이가 없다는 것이 여러 문헌에서 보고되고 있

다^20,23,30). 본 연구에서도 최종 결과에서 임상적으로 의미

있는 방사선 투과성 선과 골용해는 발견되지 않았다.

Crossett¹¹⁾는 고정형과 회전형의 수술 술기에 있어 고정 형보다 회전형에서 굴곡-신전 간격의 각별한 주의를 요하 며 이를 통해 장기간의 생존율을 기대할 수 있다고 하였 다. Cho 등¹⁰⁾은 회전형에서 연부 조직의 균형이 고정형보 다 엄격하게 적용되어야 하며 심한 변형 및 불안정성이 있는 관절에서는 사용하기에 제한이 있다고 하였고, 여러

문헌에서 회전형이 고정형보다 연부 조직의 균형을 맞추 기가 어렵다고 보고되고 있다^18,28). 또한 저자들은 고정형 과 회전형 슬관절 전치환술 활차 들림 현상(femoral con- dylar lift off)에 대한 연구에서 회전형이 고정형보다 연 부 조직의 균형이 어려워 활차 들림 현상이 많이 발생한 다는 결과를 보고한 바 있다¹⁷⁾. 본 연구에서는 외측 불안 정성이 3예에서 관찰되었는데, 전례에서 회전형을 사용한 15^o 이상의 내반 변형을 가진 환자에서 나타났고, 내반 변 형이 심하여 변형 교정을 위해 연부 조직 박리가 많았던 2 예에서는 대퇴부의 활차 들림 현상이 관찰되었다.

Buechel과 Pappas⁵⁾는 고정형과 회전형에 대한 비교 연 구에서 회전형에서만 삽입물의 탈구가 나타나 이에 대한 연구가 필요하다고 하였고, Price 등²³⁾은 회전형에서 응력 의 분산이 제한될 때 마찰음이 발생할 수 있다고 하였다.

본 연구에서도 회전형에서 보행 중 삽입물 마찰음이 6예 에서 관찰되었으나, 삽입물의 탈구, 동통, 관절 운동 제한 등 의미 있는 임상적 증상은 없었다.

후방 십자 인대의 보존 유무에 대하여 많은 논란이 되 고 있다. Barnes와 Sledge²⁾는 후방 십자 인대 대치형의 적 응증으로 변형이 25^o 이상이거나 굴곡 구축이 30^o 이상, 후방 십자 인대의 기능에 문제가 있는 경우라고 하였고, Ritter 등²⁶⁾은 20^o 이상의 변형 시에도 보존형에서 수술 중 연부 조직의 이완을 통한 우수한 변형 교정을 보고하 였다. 본 저자들도 이러한 원칙하에 전례에서 후방십자 인 대 보존형을 사용하였으며 추시 과정에서 우수한 임상적, 방사선학적 결과를 얻었다.

결 론

동일 환자에서 시행한 PFC Sigma 고정형과 회전형 슬 관절 전치환술의 추시결과, 임상적, 방사선학적 결과는 모 두 우수하게 나타났으나, 내반 변형이 심한 경우 gap bal- ance를 맞추기 위한 연부 조직 유리가 많아질 경우 인대 균형, spin-out, 적절한 관절 간격의 형성 및 변형 교정을 고려할 때 고정형의 선택도 유용한 방법으로 생각된다.

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동일 환자에서 시행한 고정형과 회전형 슬관절 전치환술

건국대학교 의과대학 충주병원 정형외과학교실

김동헌ㆍ신주용ㆍ유만식ㆍ김성진

목적: 고령의 양측성 슬관절염 환자에서 고정형과 회전형 삽입물을 이용한 단계적 슬관절 전치환술 시행 후 임상적, 방사선적 결과를 분석하여 문헌고찰과 함께 보고하고자 한다.

대상 및 방법: 2001년 11월부터 2004년 12월까지 양측 퇴행성 슬관절염이 있는 동일 환자에서 단계적으 로 Press Fit Condylar (PFC) Sigma 고정형과 회전형 인공 슬관절을 사용하여 양측성 슬관절 전치환술을 시행한 44명을 대상으로 하였다. 평균 연령은 71.5 (65∼85)세였고 평균 추시 기간은 74.3 (62∼86)개월 이었다. 슬관절 점수, 굴곡구축, 운동범위, 합병증, 주관적 만족도 등의 임상적 평가 결과와 수술 전후의 대퇴-경골간 각도 및 American knee society의 방사선적 평가 방법에 따른 결과를 분석하였다.

결과: 최종 추시에서 슬관절 점수는 고정형에서 36.5점에서 87.3점, 회전형에서 38.8점에서 87.9점으로, 기능적 점수는 고정형에서 28.4점에서 83.5점, 회전형에서 32.6점에서 85.8점으로 향상되었다. 관절 운동 범위는 고정형에서 85.5^o에서 115.5^o, 회전형에서 86.6^o에서 116.8^o로 향상되었다. 대퇴-경골간 각도는 고 정형에서 내반 8.2^o에서 외반 5.5^o로 회전형에서 내반 7.1^o에서 외반 5.3^o로 전례에서 허용 범위 내로 교정

되었다. 임상적으로 의미있는 골용해 및 해리는 관찰되지 않았으나 회전형을 사용한 경우, 수술 전 15^o

이상의 내반 변형을 가진 13예 중 3예에서 불안정성이 관찰되었고, 회전형을 사용한 6예에서 수술 후 보행 중 삽입물 마찰음이 나타났다.

결론: 동일 환자에서 회전형과 고정형 슬관절 전치환술의 추시 결과, 임상적, 방사선학적 결과는 모두 우수하게 나타났으나, 내반 변형이 심한 경우 gap balance를 맞추기 위한 연부 조직 유리가 많아질 경우 인대 균형, spin-out, 적절한 관절 간격의 형성 및 변형 교정을 고려할 때 고정형의 선택도 유용한 방법으 로 생각된다.

색인 단어: 슬관절 전치환술, 고정형 삽입물, 회전형 삽입물