인공 고관절 전치환술시 비구확공 정도에 따른 미세포말형 비구컵의 안정성에 대한 생역학적 연구
박상원・구자성・한승범・황인철
고려대학교 의과대학 정형외과학교실
목 적 : 무시멘트형 비구컵의 압박 고정 시 서로 다른 크기의 포말형 비구컵에 대하여 확공의 정도를 달 리하여 압박 고정한 후 비구컵과 주위 골간의 간격과 축성압박에 대한 비구컵의 미세이동을 분석하여 컵 의 크기에 따른 적절한 비구확공의 정도를 알아보고자 하였다.
대상 및 방법 : 60개의 한국산 황소(Bos taurus coreanae)의 대퇴골 원위부에 완전 반구 형태의 미세 포말형 Trilogy cup(48㎜, 54㎜, 60㎜ )을 1㎜부터 4㎜까지 1㎜ 간격으로 비구 확공의 크기를 달리하 여 압박 고정한 후 비구컵과 주위골의 접촉도는 방사선학적으로 극부 1/3, 중간부 1/3, 주변부 1/3로 나누어 측정하였고 압박 고정된 비구컵의 축성압박에 대한 미세이동은 각각 5개씩 12그룹으로 분류하여 축성하중을 0에서 300kp까지 단계적으로 높여가면서 Instron 을 이용하여 측정하였다.
결 과 : 비구컵과 주위 골과의 간격을 측정한 결과 비구확공의 크기를 작게 할수록 비구컵과 주위골과의 간격이 증가하여 접촉이 불량해지는 소견을 보였고( p＜0.05) 축성 압박실험에서 비구컵의 미세이동을 측 정한 결과 4 8㎜, 54㎜, 60㎜ 모두 비구를 작게 확공할수록 안정성이 증가하는 소견을 보였다( p＜0 . 0 5 ) . 결 론 : 비구컵과 주위골과의 접촉 및 안정성의 두 요소를 모두 고려할 때 미세포말형 비구컵의 고정시 에는 비구골을 비구컵보다 2㎜ 작게 확공하는 것이 비구컵의 초기 안정성과 주위 비구골과의 보다 더 치 밀한 접촉을 얻을 수 있으리라 사료된다.
색인단어 : 미세포말형 비구컵, 압박고정, 비구확공
서 론
무시멘트형 비구컵은 비구컵의 표면에 미세포말 또는 h y d r o x y a p a t i t e를 부착시켜 비구컵과 주위 골 사이에 골내 성장이 일어나 생리적 고정을 얻도 록 고안된 것으로서, 이러한 생리적 고정을 얻기 위 해서는 비구컵 삽입 초기에 비구컵과 주위 골과의 사이에 간격이 없이 치밀한 접촉과 비구컵의 안정적
고정이 가장 중요하다. 따라서 비구컵 삽입 초기단 계에서 안정적인 고정을 얻지 못하면 비구컵과 주위 골 사이에 과도한 움직임이 발생하여 비구컵과 주위 골 사이에 섬유조직으로 구성된 막이 형성됨으로써 비구컵 해리의 원인이 된다1 , 7 , 8 , 1 2 ). 미세포말형 비구컵 의 고정 방법은 삽입할 비구컵의 크기와 동일한 크 기로 비구골을 확공하여 비구컵을 삽입하는 접촉고 정(on-line fit)과 비구컵 보다 작은 크기로 비구골 을 확공하고 큰 비구컵을 삽입하여 골과 비구컵 사 이의 압박력에 의하여 고정을 얻는 압박고정( p r e s s - f i t )방법이 있는데 최근의 연구에 의하면 압박고정 방법이 보다 좋은 임상결과를 보고하고 있다3 , 1 3 , 2 6 ).
본 연구의 목적은 크기가 다른 반구형의 미세 포 말형 비구컵에서 비구컵의 크기에 따라 비구컵의 안
※ 통신저자 : 박 상 원
서울특별시 성북구 안암동 5가 1 2 6 - 1 고려대학교 의과대학 정형외과학교실 Tel:82-2-920-5924, Fax:82-2-294-2471
정성을 얻을 수 있는 적당한 확공의 정도가 어떠한 지를 알기 위하여 본 실험을 시행하였다.
연구재료 및 방법
1. 연구재료
실험재료로는 완전반구형인 Trilogy porous- coated acetabular cup(ZimmerⓇ, Warsaw, Indiana, USA: 이하 Trilogy cup이라 칭함)을 사 용하였다. Trilogy cup은 모두 티타늄 합금인 티바 늄(tivanium: Ti-6A1-4V)으로 구성되어 있으며 극쪽 높이와 반지름이 같은 완전반구의 형태를 이루 고 있다. 비구컵은 비교적 많이 사용되는 5 4㎜ c u p 과 6㎜작은 4 8㎜ cup 및 6㎜ 큰 6 0㎜ c u p등 세 종 류를 사용하였다(Fig. 1).
비구컵의 고정 시 사용한 골은 생후 3년 된 건강 한 한국산 황소(Bos taurus coreanae)의 대퇴골 6 0개를 사용하였으며 각 대퇴골의 평균무게는 2 8 5 9 g m (범위; 2720gm~2987gm) 이었다. 실험할 대퇴골의 골밀도의 측정은 이중에너지 방사선 흡수 계측기(dual energy x-ray absorptiometry, Lunar BPX-LⓇ, USA)를 사용하였다. 비구컵과 주위 골과의 접촉의 정도를 알기 위해 단순 방사선 촬영을 이용하였고 비구컵의 생역학적 안정성의 측 정은 전기유압식 인장압축 시험기( s e r v o h y d r u l i c tension-compression machine, Instron -1331, Canton, Massachusetts, USA; 이하 I n s t r o n이 라 칭함)를 사용하였다.
2. 연구방법
실험할 대퇴골 6 0개중에서 무작위로 3개의 대퇴골 을 추출하여 대퇴골 경부의 Ward triangle을 중심 으로 이중에너지 방사선 흡수 계측기를 이용하여 골 밀도를 측정하여 실험한 소의 대퇴골의 골밀도는 한
국 젊은 성인의 대퇴골의 골밀도에 비하여 평균 3배 임을 확인하였다. 실험할 모든 대퇴골은 주위의 인 대 및 연부 조직을 제거한 후, 대퇴골 원위부로부터 3 ~ 4㎝ 상방에서 골간부와 직각이 되게 절단을 시행 하여 해면골을 노출시켰다. 이때 절단면의 넓이는 평균 1 1×1 3㎝로 비구컵을 삽입하기에 충분한 넓이 였고 다시 절단면에서 근위부 쪽으로 1 0㎝ 부위에서 골간부를 절단하여 실험에 적절한 크기의 대퇴골편 을 준비하였다. 절단된 대퇴골편은 비닐 랩으로 싼 후 영하 2 0℃의 냉동실에 보관하였으며, 실험 시작 1 2시간 전에 상온에서 해동한 후 사용하였다.
비구컵의 삽입을 위해 먼저 대퇴골 절단면에 Trilogy cup의 골 확공기( r e a m e r )를 이용하여 4 0
㎜의 크기부터 확공을 시작한 후, 1㎜씩 확공기의 크 기를 증가시켜 가면서 최종 확공의 크기가 삽입할 비 구컵의 크기보다 각각 4㎜, 3㎜, 2㎜, 1㎜ 작게 될 때까지 확공을 시행하였다. 따라서 4 8㎜ 비구컵에 대해서는 4 4㎜, 45㎜, 46㎜, 47㎜ 까지 확공을 시행 하였고, 54㎜ 비구컵에 대해서는 5 0㎜, 51㎜, 52㎜, 5 3㎜까지 확공을 시행하였으며, 60㎜의 비구컵에 대 해서는 5 6㎜, 57㎜, 58㎜, 59㎜까지 확공을 시행하 였다. 그리고 각 확공 크기에 대해 각각 5개씩의 실 험 골편을 제작하여 총 6 0개의 실험 골편을 제작하 였다. 비구컵의 압박고정은 비구컵의 제조회사의 수 술기구를 이용하여 컵의 하강이 육안적으로 더 이상 발생하지 않을 때까지 수술용 망치를 이용하여 각각 4 8㎜, 54㎜, 60㎜ 비구컵을 삽입하였다. 완성된 실 험 골편은 방사선 촬영을 하여 비구컵과 주위 골과의 간격( g a p )을 측정하였다. 또한 수술초기 안정성을 알아보기 위하여 I n s t r o n을 이용하여 비구컵을 삽입 한 실험 골편에 대해 한 실험 골편당 1회씩 축성압박 실험(axial load test)을 시행하였다.
비구컵의 크기 및 확공정도에 따른 접촉정도는 방 사선 사진에서 비구컵의 극점(polar point)을 중심 으로 좌우 3 0°까지를 극부1/3(polar 1/3), 좌우 3 0°에서 6 0°까지를 중간부 1/3(middle 1/3), 좌우 6 0°에서 9 0°까지를 변연부 1/3(peripheral 1/3)로 구분하고 1 5°, 45°, 75°지점에서 비구컵의 표면과 주위 골과의 간격을 버어니어 캘리퍼( v e r n i e r c a l i p e r )로 0 . 0 1㎜까지 각 비구컵에 대하여 확공 정 도 별로 측정하고 2인의 관찰자에 의해 2회씩 측정 Fig. 1. 6 0㎜, 54 ㎜, 48 ㎜ sized full hemispherical
Trilogy acetabular cups used for the experiments.
하여 평균치를 산출하였다(Fig. 2).
양쪽에 목발을 사용하여 부분 체중부하 운동 시 해당 고관절에 체중의 약 1 . 5배에 달하는 하중이 가 해지므로 실험시 성인의 평균 체중을 약 7 0㎏으로 가정하고 여기에 실험 골편의 골밀도가 성인의 3배 이므로 압박 실험 시 가해지는 최대하중은 3 0 0 K p으 로 정하였다1 7 , 2 2 ). 또한 비구컵은 일반적으로 골반의 중심축을 기준으로 4 5°의 기울기( i n c l i n a t i o n )와 2 0°의 전방경사( a n t e v e r s i o n )로 고정하는 것이 이 상적인 위치이므로 양쪽 목발을 사용하여 부분 체중
부하를 하였을 때의 대퇴골 각도( 1 0°굴곡 및 1 5°외 전)를 고려하여 최종적인 비구컵의 각도가 3 0°의 기 울기를 갖도록 대퇴골편을 고정하였으며 압박력의 방향은 비구컵을 1 0°회전시켜 1 0°도 굴곡시의 하중 방향과 같게 하였다. 이런 각도로 각각의 골편을 1 8 0×1 8 0×1 0 0㎜의 크기로 제작된 강철통속에 시멘 트로 고정 한 후 Trilogy cup에 맞는 내직경 2 8㎜
의 폴리에틸렌 컵(UHMWP; ultra high molecu- lar weight polyethylene liner)을 삽입하였다.
축성 압박력의 측정은 I n s t r o n을 이용하였으며 1 0 0
㎜길이의 강철막대 끝에 2 8㎜ 지름의 인공골두를 용 접한 인공 대퇴 스템을 I n s t r o n의 load cell에 부착 한 후 5 0 K p부터 시작하여 50Kp 간격으로 하중을 증가 시켜 가면서 최종하중이 3 0 0 k p이 될 때까지 압박력을 가하였으며, 이 때 load cell의 변위는 3 . 0
㎜/ m i n으로 하였다. 각 비구컵의 변연부 및 비구컵 과 인접한 대퇴골편의 절단면에 강철로 제작한 폭 4
㎜, 넓이 8㎜인 두 개의 쇠막대를 구부려 비구컵의 변연부 및 대퇴골편에 각각 따로 고정하였고 이때 두 쇠막대 간의 간격은 5㎜가 되게 하였으며 두 쇠 막대 사이에 표준 긴장변환 측정기( s t a n d a r d strain gauge transducer, model; 2670-011, I n s t r o nⓇ)를 장착하였고, 이를 개인용 컴퓨터에 내 Fig. 2. The gap between cup and bone was measured
with vernier caliper on the radiograph.
Fig. 3. The acetabular cup surface was divided into polar 1/3, middle 1/3 and peripheral 1/3 portion. The gaps between the acetabular cup and surrounding bone were measured at 75 , 45 and 15 . P : polar portion, r : rim
장된 A/D converter 와 연결하여 미세이동에 따른 긴장변환 측정기의 전압 차이를 m i c r o - m e t e r (㎛)단 위로 환산하여 미세이동의 정도를 측정하였다.
각 실험에서 측정된 실험값은 oneway ANOVA (analysis of variance)를 시행하여 p - v a l u e가 0 . 0 5보다 작은 경우 유의한 것으로 판정하였다. 이상 의 통계분석은 Sigmastat for Windows(V.2.0, Jandel Corporation, USA) 통계프로그램을 이용 하였다.
결 과
1. 비구컵과 주위 골과의 접촉정도
1) 극1/3(polar 1/3)부에서 비구컵과 주위 골과의 간격
4 8㎜컵에서는 1㎜ 작게 확공한 경우 0 . 6 0±0 . 3 2㎜
(범위; 0.10~0.90㎜), 2㎜ 작게 확공한 경우 1 . 2 0±
0 . 9 4㎜(범위; 0.20~2.80㎜), 3㎜ 작게 확공한 경우 3 . 0 0±0 . 7 7㎜(범위; 0.50~3.60㎜), 4㎜ 작게 확공 한 경우 4 . 0 0±0 . 8 7㎜(범위; 2.25~4.45㎜)였고, 54
㎜ 컵에서는 1㎜ 작게 확공한 경우 0 . 7 0±0 . 4 9㎜(범 위; 0.00~1.35㎜), 2㎜ 작게 확공한 경우1 . 6 0±
0 . 6 3㎜(범위; 0.30~1.80㎜), 3㎜ 작게 확공한 경우 2 . 0 0±0 . 8 2㎜(범위; 1.70~3.70㎜), 4㎜ 작게 확공 한 경우 4 . 2 0±1 . 0 7㎜(범위; 1.75~4.50㎜)였다. 60
㎜컵에서는1㎜ 작게 확공한 경우 0 . 5 0±0 . 2 7㎜(범위;
0 . 0 0 ~ 0 . 7 0㎜), 2㎜ 작게 확공한 경우 1 . 9 0±0 . 6 0㎜
(범위; 0.45~1.60㎜), 3㎜ 작게 확공한 경우 3 . 0 0±
0 . 6 2㎜(범위; 2.00~3.50㎜), 4㎜ 작게 확공한 경우 3 . 8 0±0 . 2 0㎜(범위; 3.70~4.20㎜)였다. 각각의 비 구컵에 대하여 확공의 크기를 작게 할 수록 비구컵과 주위 골과의 간격이 증가되었으며 통계적인 유의성을 나타냈다( p＜0.05). 그러나 비구컵의 크기에 따른 비 구컵과 주위 골과의 간격차이는 통계적으로 유의한 차이가 없었다( p＞0.05)(Table 1, Fig. 4).
2) 중간1/3(middle 1/3)부에서 비구컵과 주위 골 과의 간격
4 8㎜ 컵에서는 1㎜ 작게 확공한 경우 0 . 3 0±0 . 2 8
㎜(범위; 0.00~0.60㎜), 2㎜ 작게 확공한 경우 0 . 7 9
±0 . 7 5㎜(범위; 0.00~0.80㎜), 3㎜ 작게 확공한 경
우 2 . 0 4±1 . 0 1㎜(범위; 0.90~3.00㎜), 4㎜ 작게 확 공한 경우 2 . 9 2±0 . 4 9㎜(범위; 2.10~3.10㎜)였고, 5 4㎜ 컵에서는 1㎜ 작게 확공한 경우 0 . 3 0±0 . 2 8㎜
(범위; 0.00~0.55㎜), 2㎜ 작게 확공한 경우 0 . 6 2±
0 . 4 1㎜(범위; 0.00~0.90), 3㎜ 작게 확공한 경우 1 . 7 2±0 . 6 9㎜(범위; 0.90~2.70㎜), 4㎜ 작게 확공 한 경우 2 . 5 6±0 . 8 9㎜(범위; 1.00~3.00㎜)였다. 60
㎜컵에서는 1㎜ 작게 확공한 경우 0 . 2 6±0 . 4 3㎜(범 위; 0.00~0.30㎜), 2㎜ 작게 확공한 경우 0 . 9 9±
0 . 4 9㎜(범위; 0.15~1.30㎜), 3㎜ 작게 확공한 경우 2 . 2 8±0 . 6 6㎜(범위; 1.10~2.70㎜), 4㎜ 작게 확공 한 경우 2 . 7 4±0 . 4 2㎜(범위; 2.00~3.00㎜)였다. 각 각의 비구컵에 대하여 확공의 크기를 작게 할 수록 비 구컵과 주위 골과의 간격이 증가되었으며 통계적인 유의성을 나타냈다( p＜0.05). 특히 3㎜ 및 4㎜ 작게 확공을 한 경우에서는 간격이 1㎜ 이상으로 급격히 증가되는 결과를 나타냈다. 그러나 비구컵의 크기에 따른 비구컵과 주위 골과의 간격차이는 통계적으로 유의한 차이가 없었다( p＞0.05)(Table 1, Fig. 5).
3) 변연1/3(peripheral 1/3)부에서 비구컵과 주 위 골과의 간격
4 8㎜ 컵에서는 1㎜ 작게 확공한 경우 0 . 0 4±0 . 8 9 Fig. 4. The gap between the acetabular cup and the sur- rounding bone at polar 1/3 portion.
Fig. 5. The gap between the acetabular cup and the sur- rounding bone at middle 1/3 portion.
㎜(범위; 0.00~0.20㎜), 2㎜ 작게 확공한 경우 0 . 1 8
±0 . 1 9㎜(범위; 0.00~0.50㎜), 3㎜ 작게 확공한 경 우 0 . 3 8±0 . 2 8㎜(범위; 0.15~0.80㎜), 4㎜ 작게 확 공한 경우 1 . 3 1±0 . 4 2㎜(범위; 0.80~1.60㎜)였고, 5 4㎜ 컵에서는 1㎜ 작게 확공한 경우 0 . 0 4±0 . 0 5㎜
(범위; 0.00~0.10㎜), 2㎜ 작게 확공한 경우 0 . 2 8±
0 . 1 9㎜(범위; 0.00~0.50㎜), 3㎜ 작게 확공한 경우 0 . 7 7±0 . 5 9㎜(범위; 0.30~1.70㎜), 4㎜ 작게 확공 한 경우 1 . 1 0±0 . 4 1㎜(범위; 0.40~1.35㎜)였다. 60
㎜ 컵에서는 1㎜ 작게 확공한 경우 0 . 0 5±0 . 1 1㎜(범 위; 0.00~0.25㎜), 2㎜ 작게 확공한 경우 0 . 2 8±
0 . 3 2㎜(범위; 0.00~0.65㎜), 3㎜ 작게 확공한 경우 0 . 6 2±0 . 5 4㎜(범위; 0.00~1.20㎜), 4㎜ 작게 확공 한 경우 0 . 7 9±0 . 4 6㎜(범위; 0.00~1.20㎜)였다. 각 각의 비구컵에 대하여 비구확공의 크기를 작게 할 수 록 비구컵과 주위 골과의 간격이 증가되었으며 통계 적인 유의성이 있었다( p＜0.05). 그러나 비구컵의 크 기에 따른 비구컵과 주위 골과의 간격의 차이는 통계 적으로 유의한 차이가 없었다( p＞0.05). 변연부 1 / 3 부위에서는 1㎜, 2㎜및 3㎜ 작게 확공한 경우 대부분 1㎜ 이하의 간격을 보였다(Table 1, Fig. 6).
2. 압박실험 결과
각 비구컵의 미세이동의 평균치는 4 8㎜ 컵에서는 1
㎜ 작게 확공한 경우 8 2 . 3±2 1 . 5㎛(범위; 53.3~
1 1 9 . 4㎛), 2㎜ 작게 확공한 경우 7 9 . 6±3 3 . 2㎛(범위;
3 0 . 5 ~ 1 2 1 . 9㎛), 3㎜작게 확공한 경우 7 8 . 7±2 8 . 0㎛
(범위; 40.6~124.5㎛), 4㎜ 작게 확공한 경우 7 6 . 7
±3 3 . 1㎛(범위; 30.5~111.8㎛)이었고, 54㎜ 컵에서 는 1㎜ 작게 확공한 경우 8 7 . 9±2 1 . 2㎛(범위;
5 3 . 3 ~ 1 1 7 . 0㎛), 2㎜ 작게 확공한 경우 8 1 . 8±2 1 . 2
㎛(범위; 6 3 . 5 ~ 9 6 . 5㎛), 3㎜ 작게 확공한 경우 7 4 . 7
±2 8 . 2㎛(범위; 38.1~112.0㎛), 4㎜ 작게 확공한 경 우 7 2 . 6±2 4 . 7㎛(범위; 38.1~99.1㎛)이었다. 60㎜
컵에서는 1㎜ 작게 확공한 경우 8 6 . 9±5 7 . 6㎛(범위;
3 0 . 5 ~ 1 4 9 . 8㎛), 2㎜ 작게 확공한 경우 7 7 . 2±3 1 . 9
㎛(범위; 38.1~122.1㎛), 3㎜ 작게 확공한 경우 7 1 . 1±1 1 . 7㎛(범위; 58.4~86.4㎛), 4㎜ 작게 확공한 경우 5 6 . 9±1 0 . 0㎛(범위; 38.1~63.5㎛)이었다. 따라 Fig. 6. The gap between the acetabular cup and the sur- rounding bone at peripheral 1/3 portion.
Table 1. The mean value of the gaps between the acetabular cup and the surrounding bone.
Portion Polar Middle Peripheral
( 15 ) ( 45 ) ( 75 )
Diameter of Under reaming Mean±SD Mean±SD Mean±SD
cup size(㎜) (㎜) (㎜) (㎜)
1 0.6±0.32 0.30±0.28 0.04±0.89
48㎜ 2 1.2±0.94 0.79±0.75 0.18±0.19
3 3.0±0.77 2.04±1.01 0.38±0.28
4 4.0±0.87 2.92±0.49 1.31±0.42
1 0.7±0.49 0.30±0.28 0.04±0.05
54㎜ 2 1.6±0.63 0.62±0.41 0.28±0.19
3 2.0±0.82 1.72±0.69 0.77±0.59
4 4.2±1.07 2.56±0.89 1.10±0.41
1 0.5±0.27 0.26±0.43 0.05±0.11
60㎜ 2 1.9±0.60 0.99±0.49 0.28±0.32
3 3.0±0.62 2.28±0.66 0.62±0.54
4 3.8±0.20 2.74±0.42 0.79±0.46
서 4 8㎜, 54㎜ 및 6 0㎜ 컵 모두 비구 확공을 작게 할 수록 미세이동이 감소하는 소견을 보였으며( p＜0 . 0 5 ) 특히 4 8㎜ 컵에서는 5 4㎜ 및 6 0㎜ 컵에 비해 확공정 도에 따른 미세이동의 감소 정도가 적었다. 그러나 컵 의 크기와 미세 이동치 간의 통계적 유의성은 관찰할 수 없었다( p＞0.05)(Table 2, Fig. 7).
고 찰
인공 고관절 성형술시 골시멘트를 사용한 비구컵 의 고정은 장기간 추시 결과 비구컵의 무감염성 해 리, 시멘트 골절 및 비구골 결손 등의 문제가 있어
1 5 , 1 6 , 2 6 , 2 8 )최근에는 시멘트를 사용하지 않고 비구컵의
표면에 골내 성장이 일어나도록 하는 미세 포말형 비구컵을 주로 사용하는 추세이다. 미세 포말형 비 구컵에 골내 성장이 일어나기 위해서는 비구컵의 초 기 안정성과 비구컵과 주위 골간의 치밀한 접촉이 가장 중요하다2 , 4 , 5 , 1 4 , 2 0 , 2 4 ). 초기 안정성을 얻기 위하여 나사못, 스파이크 또는 p e g등의 보강고정이 이용되 거나 비구골의 확공 크기 보다 큰 컵을 삽입하는 압 박고정법이 사용되고 있다4 , 1 3 , 2 5 ). 그러나 나사못의 고 정은 나사못의 부식( f r e t t i n g )이나 파열, 인접 신경 및 혈관 등의 손상, 폴리에틸렌 파편의 나사못 통로
를 통한 이동으로 인한 골용해 등의 문제가 있어 현 재는 압박고정법이 많이 시행되고 있다1 0 , 1 8 , 2 7 ).
압박 고정방법은 골의 점탄성( v i s c o e l a s t i c i t y )을 이용하여 삽입할 비구컵보다 작게 비구골을 확공하 여 비구컵을 삽입시키는 방법으로 초기 안정성을 증 가시킬 뿐만 아니라 비구 삽입부 주변부( p e r i p h- e r y )의 치밀한 접촉으로 골 용해의 중요 기전인
‘effective joint space’를 방지 또는 경감시키는 효 과도 있다2 3 ). 그러나 비구컵의 압박 고정 시 비구골 과 비구컵 사이의 간격없이 치밀한 접촉과 안정성을 얻을 수 있는 적당한 확공의 정도가 어떤지는 저자 들마다 다르고1 , 4 , 1 2 , 1 4 , 2 4 ), 또한 비구컵의 크기가 다른 경우에 적당한 확공의 정도에 대해서도 확실히 알려 져 있지 않다. 따라서 본 연구는 4 8㎜, 54㎜ 및 6 0
㎜ 세 가지 다른 크기의 비구컵에 대하여 각각 4㎜, 3㎜, 2㎜, 1㎜씩 작게 대퇴골을 확공하여 비구컵을 압박 고정하였을 때 비구컵과 주위 골과의 치밀한 접촉을 얻을 수 있고 미세 이동이 적은 비구확공의 크기를 알아보고자 실험을 시행하였다.
인체에서 미세 포말형 비구컵에 골내 성장이 일어 나기 위한 비구컵과 비구골과의 간격은 확실히 알려 져 있지 않다2 4 ). Chen 등3 ) 및 Hedley 등7 )은 동물 실험을 통하여 미세 포말형 비구컵의 표면과 주위골 이 직접 접촉이 있었던 부위에 골 성장이 일어난다 고 하였으나 Harris 등6 ), Huiskes 등8 )과 Jasty 등
9 )은 간격이 5 0 0㎛ 이상이면 골내 성장이 일어나지 않는다고 하였고 MacKenzie 등1 4 )은 골세포의 가능 한 이동거리인 1㎜를 기준으로 하여 간격이 1㎜이하 인 경우 골내 성장이 가능하다고 하였다. 본 연구에 서는 비구컵과 주위 골과의 간격은 비구컵의 주변부 를 극부1/3, 중간부1/3 및 변연부 1 / 3로 나누어 측 정하였고, 극점(polar point)은 titanium mesh가 Fig. 7. The micromotion of the cups in the axial load test.
Table 2. The mean value of the micromotion in the axial load test.
Diameter of cup
48㎜ 54㎜ 60㎜
Under
reaming(㎜) Mean±SD(㎜) Mean±SD(㎜) Mean±SD(㎜)
1 82.3±21.5 87.89±21.19 86.9±57.6
2 79.6±33.2 81.78±13.80 77.2±31.9
3 78.7±28.0 74.68±28.20 71.1±11.7
4 76.7±33.1 72.64±24.69 56.9±10.0
포함되지 않아 골 성장이 일어나지 않는 부위이기 때문에 간격을 측정하지 않았다. 황소의 대퇴골에 비해 생체 비구골의 탄성계수가 높고 체중부하시 하 중에 의한 축성압박으로 실제 임상에서는 간격이 더 욱 감소할 것을 고려하여 MacKenzie 등1 4 )과 마찬 가지로 1㎜이하의 간격을 적합한 것으로 판정하였으 며 극부 1 / 3은 4 8㎜, 54㎜ 및 6 0㎜ 세 컵 모두 비구 확공을 2㎜ 작게 한 경우부터 간격이 1㎜ 이상으로 증가하였고 변연부에서는 1㎜, 2㎜ 또는 3㎜ 작게 확공한 경우는 세 종류의 컵 모두 1㎜ 이하의 간격 을 나타냈으며 특히 6 0㎜ 컵에서는 4㎜ 작게 확공한 경우에도 1㎜ 이하의 간격을 나타냈다. 그러나 완전 반구형 비구컵에서 압박 고정에 따른 극부 1 / 3의 간 격은 필연적임을 가정하면 중간부 1 / 3의 간격이 중 요한데 중간부 1 / 3에서는 세 컵 모두 1㎜ 또는 2㎜
작게 확공 한 경우 간격이 1㎜ 이하였으나 3㎜ 또는 4㎜ 작게 확공한 경우는 1 . 7㎜ 이상으로 간격이 급 격히 증가하였다. 따라서 비구컵과 주위골과의 간격 을 기준으로 할 때 세 종류의 컵 모두 1㎜ 또는 2㎜
작게 확공할 때 비구컵과 주위 골과의 치밀한 접촉 을 얻을 수 있을 것으로 사료되었다.
축성 압박실험의 경우 Pilliar 등1 9 , 2 0 )은 동물실험에 서 미세이동이 1 5 0㎛ 이상인 경우 골내 성장이 일어 나지 않는다고 하였고, Stiehl 등2 5 )은 300Kp 하중 에서의 미세 포말형 비구컵의 미세이동을 측정하여 대부분의 경우 1 5 0㎛ 이상의 미세이동을 보였다고 보고하였다. 본 연구에서는 4 8㎜, 54㎜ 및 6 0㎜컵 모두 비구확공의 크기가 작을수록 미세이동의 감소 를 보였으며 특히 5 4㎜ 와 6 0㎜ 컵의 경우는 4 8㎜와 다르게 비구확공의 크기가 작을수록 통계적으로 의 미 있는 미세이동의 감소를 보였다. 그러나 4 8㎜, 5 4㎜, 60㎜ 컵 모두 확공 크기에 관계없이 1 5 0㎛
이하의 미세이동을 나타내어 골내 성장을 기대할 수 있다고 사료되었다. 비구 확공의 크기에 대해 Curtis 등4 )은 5 2㎜ 비구컵에 대해 2㎜ 또는 3㎜ 작 게 비구확공을 하여 안정성을 얻었다고 하였고, Kwong 등1 2 )은 일차적 전치환술에서 4 8㎜ 이상의 컵 사용 시는 4㎜ 작게, 뼈가 단단한 경우에는 3㎜
작게 비구 확공을 권장하였고, Adler 등1 )은 비구컵 보다 1㎜ 또는 2㎜ 작게, MacKenzie 등1 4 )은 2㎜
작게, Stiehl 등2 5 )은 1㎜ 적게 비구 확공을 권장하였
다. 또한 Ries 등2 1 )은 유한요소 분석을 통하여 5 2㎜
보다 작은 비구컵인 경우 1㎜ 작게, 52㎜부터 7 6㎜
사이인 비구컵의 경우 2㎜ 작게, 76㎜ 이상인 경우 3㎜ 작게 비구를 확공하여 비구컵의 안정성을 얻을 수 있다고 주장하였다. 그러나 이들 모두는 안정성 만을 기준으로 하였고 비구골과 비구컵간의 간격은 측정하지 않았다. 그러나 본 연구에서는 비구컵과 주위골과의 접촉과 초기안정성의 두 가지 요건을 함 께 고려하여 적절한 비구확공의 정도를 판정하였으 며 4 8㎜, 54㎜ 및 6 0㎜ 비구컵 모두에서 삽입할 비 구컵보다 비구골을 작게 확공 할수록 미세 이동이 감소하여 안정성이 증가하는 소견을 보이나 비구컵 중간부 1 / 3에서의 비구컵과 주위골 사이의 간격을 고려하면 3㎜이상 작게 비구를 확공하였을 때 비구 컵과 주위골과의 간격이 1 . 7㎜ 이상으로 증가하여 골내성장이 가능한 접촉면은 현저히 감소하므로 접 촉과 초기 안정성의 두가지 측면을 함께 고려하면 4 8㎜, 54㎜, 60㎜ 비구컵 모두 삽입할 비구 골보다 2㎜ 작게 비구골을 확공할 때 비구컵의 초기 안정성 과 비구컵과 주위 골과의 치밀한 접촉을 얻을 수 있 으리라 사료되었다.
결 론
비구컵과 주위골과의 치밀한 접촉 및 안정성의 두 요소를 고려할 때 미세 포말형 비구컵의 압박 고정 시에는 비구골을 비구컵보다 2㎜ 작게 확공하는 것 이 비구컵의 안정성을 얻고 주위 골과의 간격을 줄 여 골내성장에 필요한 접촉면을 많이 확보할 수 있 을 것으로 사료된다.
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The Biomechanical Study for the Reaming Size and Stability of Porous-coated Acetabular Components in Total Hip Arthroplasty
Sang Won Park, M.D., Ja sung Ku, M.D., Seung Beom Han, M.D. and In Churl Hwang, M.D
Department of Orthopedic Surgery, Korea University Hospital, Seoul, Korea
Purpose : The purpose of this study is to investigate how the initial stability and the bone-cup con- tact are affected by the varied amount of underreaming.
Materials and Method : Three different sized hemispherical Trilogy acetabular cups(Zimmer, Warsaw, Indiana, USA) ; 48㎜, 54㎜, 60㎜ cups were tightly fitted into the distal part of sixty Korean bovine femurs that were underreamed by 1㎜, 2㎜, 3㎜, and 4㎜ respectively.
The gaps between the acetabular cup and surrounding bone were measured by radiography at the three different portion, polar 1/3, middle 1/3, peripheral 1/3. The micromotions of the acetabular cups were measured by servohydrulic tension-compression machine(Instron-1331, Canton, Massachusetts,USA) under the axial load of 300Kp in each other.
Results : The gaps between the acetabular cup and surrounding bone were increased by increasing the underreaming size in all three portions. In the axial load test, the micromotions were decreased by increasing the underreaming size in three different sized cups.
Conclusion : Considering both the cup-bone contact and initial stability, 2㎜ underreaming is rec - ommended for the adequate bone-cup contact without sacrifice of initial stability despite the differ- ence of cup size.
Key Words : Porous coated acetabular components, Press fit, Underreaming ABSTRACT
