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1 Original Article J Korean Knee Soc, Vol. 23, No. 2, June 2011 Short-term Follow-up of Posterior Cruciate Ligament-sacrificed Total Knee Arthroplasty Using a Mobile Polyethylene Insert - Navigation-aided Technique - Young-Wan Moon, M.D., Gwan-Hong Do, M.D., Jeong-Hoon Han, M.D., Do-Kyeong Lee, M.D. and Jai-Gon Seo, M.D. Department of Orthopedic Surgery, Samsung Medical Center, Sungkyunkwan University School of Medicine, Seoul, Korea Purpose: Recently, a mobile ultracongruent polyethylene insert was used to increase joint stability in the posterior cruciate ligament sacrificed total knee arthroplasty with non-posted mobile bearing. However, as yet there have been no reports about this implant. In this study, the clinical and radiological results of surgery using the implant were analyzed through a navigation system. Materials and Methods: The subjects included 95 cases of 70 patients to whom the rotating tibial implant was applied after posterior cruciate ligament resection among the patients who underwent total knee arthroplasty from September 2006 to December The follow-up duration was at least 24 months, and 40 months on average. For clinical evaluation, the knee score and functional scores were measured preoperatively and at the time of final follow-up. With reference to a 5 mm joint line change measurement recorded by the navigation system, which can affect the clinical result, the comparison and evaluation were performed by dividing the subjects into group I ( 5 mm) and group II (>5 mm). Radiological evaluation was performed by measuring the angle of the mechanical axis of the lower extremities and the patella tilting angle preoperatively and at the time of final follow-up using plain radiographs. Results: Seventy subjects (95 cases) were followed up for at least 24 months. According to the clinical results, the mean KSS knee score improved from a preoperative score of 43.4 to a final follow-up score of 90.6 (p< ). In addition, the mean functional score improved from a preoperative score of 51 to a final follow-up score of 88.4 (p<0.0001). Finally, the mean joint line change, which can affect the clinical result, was 5.82 mm, ranging from 1 to 12 mm. The clinical and radiological evaluations were performed by dividing the subjects into two groups in relation to the reference value of 5 mm, but no significant difference was found. The mechanical axis angles of the lower extremities improved from the preoperative value of varus o to the final follow-up value of varus 1.89 o, and the difference was significant (p<0.0001). The mean patella tilting angles were 8.8 o and 9.3 o, respectively, at the time before the operation and after the final follow-up; this difference was not significant (p=0.89). Conclusion: Good clinical and radiological results were observed after at least two years of follow-up subsequent to total knee arthroplasty, in which a rotating ultracongruent polyethylene insert was applied after posterior cruciate ligament resection using a navigation system. Key Words: Total knee arthroplasty, Navigation system, Ultracongruent mobile bearing, Short term result Received: April 23, 2011, Revised: April 29, 2011, Accepted: May 7, 2011 Corresponding author: Jai-Gon Seo, M.D. Department of Orthopedic Surgery, Samsung Medical Center, 50 Irwon-dong, Gangnam-gu, Seoul , Korea TEL: , FAX:

2 문영완외 : 가동형삽입물을사용한후방십자인대절제형슬관절전치환술의단기추시결과 89 서론인공슬관절전치환술의수명에있어서마모와해리는매우중요한부분이다. 이런관점에서치환물의고안에대한연구도계속발전해왔다. 가동형과고정형경골삽입물의임상적결과에대한논란은있어왔지만, 가동형경골삽입물은수술적술기에기인한회전부정정렬을보완하며, 폴리에틸렌삽입물의접촉응력을감소시켜줄수있다는장점을가지고있다 9). 이러한가동형경골삽입물을사용한슬관절전치환술에있어서관절의안정성을위해서는관절주위인대의균형이중요할뿐만아니라치환물간관절면의적합성 (congruence) 도매우중요하다. 최근사용되고있는고도적합성가동형폴리에틸렌삽입물 (ultracongruent mobile bearing) 은대퇴부치환물과경골삽입물간의접촉면에서적합성을향상시켜마모를줄이고, 경골치환물과삽입물사이에유동성을적용하여응력집중을분산함으로써해리를감소시키려는목적은물론이고 1,2), 후방십자인대를절제한후관절의안정성을지킬수있어슬관절전치환술에적용되고있으나, 이에대한문헌보고는거의없었다. 따라서본연구는하지정렬및연부조직균형을포함한정확한수술기법이필요한가동형폴리에틸렌삽입물을이용한네비게이션슬관절전치환술에있어서, 후방십자인대를절제한후고도적합성가동형폴리에틸렌삽입물을사용하였을때의임상적, 방사선학적결과를분석하였다. 또한네비게이션을이용하여정확한관절선의높이변화를측정함으로써상기삽입물을이용한수술에있어서관절선의변화에따른임상적결과를함께알아보고자하였다. 대상및방법 1. 연구대상 2006년 9월부터 2008년 12월까지네비게이션 (Orthopilot R TKA ver 4.2, B.Braun, Tuttlingen, Germany) 을이용한슬관절전치환술을시행받은환자들중후방십자인대를절제한후포스트가없는가동형고도적합성경골삽입물 E-motion R UC type (Aesculap, Tuttlingen, Germany) 을적용한 79명 107 예중 24개월이상추시가가능하였던 70명의 95예를대상으로하였다. 성별로는남자가 1명, 여자가 69명이었으며, 수술당시의나이는 58세에서 81세로평균 67세이었다. 추적관찰기간은최소 24개월로평균 40개월이었으며, 수술전진단은모두퇴행성슬관절염이었다. 88예에서수술전내반변형을보였으며, 7예에서외반변형이있었다. 수술전골다공증이심한경우송신기장착이견고하게이루어질수없을가능성이있어제외되었고, 내반변형이 25 o 이상인경우수술중과도한내측이완이필요할수있으며, 이로인해술후가동형폴리에틸렌삽입물의탈구등이우려되어제외되었다. 2. 수술방법먼저, 슬개내측관절막절개를통해슬관절을노출시킨후전, 후방십자인대를제거하고구축이있는연부조직이완술을시행하였다. 이후원위대퇴골관절면상방과경골근위부에피질골나사를삽입한뒤적외선카메라감지를위한 LED 송신기를장착하였다. 고관절, 슬관절, 족관절의관절운동을시행하여네비게이션이각관절의중심을찾도록하였으며, 그결과를등록하였다. 또한탐침자를이용하여근위경골의내측과외측의관절면, 경골극, 양측대퇴과의원위부, 후과부, 상과, 족관절의중심점과내, 외과의위치를등록하였다. 적외선송신기가부착된경골절제가이드를근위경골에위치시키고네비게이션을보면서적절한골절제높이와후방경사를찾은후경골근위부절제를시행하였다. 대퇴골원위부절제를위해송신기가부착된대퇴절제가이드를관상면에서하지의기계적축에 0 o 로맞추었으며, 확장겸자 (Laminar spreader) 를이용하여신전간격과굴곡간격을측정하였다. 두간격의균형을맞추기위해대퇴골절제계획 (femoral planning) 과정에서대퇴삽입물의회전정도와후과절제정도를조절하여굴곡간격을균형있게맞추고, 원위부대퇴골의절골시내반및외반각도로신전간격을균형있게맞추어골절제를하였다. 이후삽입물은골시멘트를이용하여고정하였으며, 대퇴치환물과경골치환물사이에회전과전후방전위가가능한고도적합성가동형폴리에틸렌삽입물을삽입하였다. 모두한명의술자에의해수술이시행되었고, 슬개골치환술은모든수술에서시행되지않았다

3 90 3. 임상적평가 임상적평가로미국슬관절학회 (American Knee Society) 평가체계에의한슬관절지수 (Knee Society Score, KSS) 를슬관절점수와기능점수로분류하여수술전과최종추시시점에서각각측정하여임상적평가를하였다. 또한임상적결과에영향을줄수있는관절선의높이변화를수술전과후의슬관절점수의차이및기능점수의차이와연관성이있는지조사하였다. 4. 방사선학적평가 수술전과최종추시시점에서장하지전후면방사선사진 (long leg anteroposterior radiograph) 을이용하여대퇴골의기계적축과경골의기계적축이이루는각의차이로기계적축의편향각을측정하였다. 또한슬개- 대퇴관절의접선촬영 (merchant view) 을통하여슬개골경사각을수술전과최종추시시점에서서로비교하였다. 관절선의높이변화는경골삽입물의두께에서네비게이션에실시간읽혀진골결손이없는근위경골고평부의절골된두께를뺀값으로측정하였고, 관절면이근위부로이동하였을경우를양의값으로정의하였다 17). 이렇게측정된관절선높이변화와수술전후의슬개골경사값의 Table 1. The Number of Cases according to Joint Line Change Joint line change (mm) Total Number of cases Negative joint line position change value indicates a more distal position. 차이와의연관성을분석하였다. 5. 통계적분석 대한슬관절학회지 : 제 23 권제 2 호 2011 Volume 23, Number 2, June 2011 수술전후로슬관절점수와기능점수의변화에대해서는 paired t-test 로검정하였으며, 관절선높이변화에따른수술전후의임상적, 방사선학적결과의상관분석에서는적어도한변수가정규성을만족한다고할수없으므로상관분석은 Spearman's rank correlation 을이용하였다. 또한관절선높이변화에따라나누어진두군은 Mann-Whitney test로비교분석하였다. Table 2. The Relationship between Joint Line Change and Clinical or Radiological Results Variable Method p-value Knee score Fuctional score Patellar tilting angle 결 추시기간 24개월이상 ( 평균 40개월 ) 의대상자 70명 (95 예 ) 이추적관찰가능하였다. 관절선의높이변화는 1-12 mm로평균 5.82 mm이었으며 (Table 1), 임상적평가를하기위하여대상환자를다시두집단으로나누었는데, 관절선의높이변화가 5 mm 이하인 A군 (56 예 ) 과 5 mm 초과인 B군 (39 예 ) 으로양분하였다. 이를통해각각의군에서수술전후의슬관절점수와기능점수및슬개골경사각의차이를비교분석하였다. 최종추시시점까지재치환술을한경우는 1예가있었으며, 이는내측측부인대의대퇴부견열골절이발생한후경골삽입물탈구가유발된경우로, 내측측부인대재건술시행후감염으로인한합병증으로 2단계재치환술이시행되었다. 1. 임상적결과 KSS 의평균슬관절점수는수술전 43.4 점에서최종추시시점 90.6점으로 (p<0.0001), 평균기능점수는수술전 51점에서최종추시시점 88.4 점으로 (p<0.0001) 호전 과 Spearman's.rank.correlation.rho Spearman's.rank.correlation.rho Spearman's.rank.correlation.rho

4 문영완외 : 가동형삽입물을사용한후방십자인대절제형슬관절전치환술의단기추시결과 91 Table 3. Comparison with Each Group in Relation to Clinical and Radiological Results Variable Group N Mean Std Max Median Min p-value Knee score Fuctional score Patellar tiliting angle A B All A B All A B All Table 4. Radiologic Results Minimum ( o ) Maximum ( o ) Mean ( o ) α angle β angle γ angle δ angle 되었다. 관절선의높이변화에따른수술전후의슬관절점수와기능점수의차이는통계적으로상관관계를보여주지않았다 (Table 2). 또한관절선의높이변화의평균값인 5 mm 를기준으로두개의군으로나누어임상적결과를 Mann-Whitney test 한결과통계적차이를나타내지않았다 (Table 3). 2. 방사선학적평가 하지의기계적축의편향각은수술전평균내반 o 에서최종추시시점평균내반 1.89 o 로향상되었고, 통계적으로유의하였다 (p<0.0001). 대퇴치환물의내외반각 (α 각 ) 은평균 95.8 o 이었고, 경골치환물의내외반각 (β 각 ) 은평균 89.9 o 이었다. 또한대퇴치환물의굴곡각 (γ 각 ) 은평균 4.3 o, 경골치환물의후방경사각 (δ 각 ) 은평균 88.9 o 이었다 (Table 4). 슬개골의경사각은수술전과최종추시시점에서평균 8.8 o 와 9.3 o 로각각측정되었고, 이는통계적차이를나타내지못하였다 (p=0.89). 또한각군에서수술전후의슬개골경사각의차이도통계적차이를나타내지못했다 (Table 3). 한편, 술후 24개월에추시한단순방사선사진상 2예에서경골치환물의내측하방 (zone 1) 에 1 mm 이하의골융해를보였으며, 1예에서대퇴치환물의후상 방 (zone 4) 에서 1 mm 이하의골융해성병변이관찰되었으며, 모든예에서병변의진행은없었다. 3. 합병증 1예에서수술중내측측부인대의대퇴기시부에서견열골절이발생하였다. 이에대해수술중 6.5 mm 해면골나사를이용하여골절편의내고정을시행하였다 (Fig. 1A). 이후술후 3주경에폴리에틸렌삽입물의아탈구가관찰되어 (Fig. 1B) 더두꺼운폴리에틸렌으로교체하고내측측부인대의근위전진및스테이플을이용한고정술을시행하였다 (Fig. 1C). 이후보조기치료하였으나계속되는동통과내측측부인대가이완되는소견을보여술후 2 개월에동종아킬레스건을이용하여내측측부인대재건술을하였다 (Fig. 1D). 이후에도보조기를착용하며추적관찰하였으나감염소견이동반되어술후 8개월에인공관절제거및가동형항생제충전시멘트스페이서삽입술을하였으며, 이후감염조절되어 3개월후에 2단계인공관절재치환술을시행하였다 (Fig. 1E). 고찰가동형폴리에틸렌삽입물을이용한슬관절전치환술은치환물의해리를예방하며, 관절접촉면을넓게하고접촉부하를줄여마모를줄일수있다는이론적배경으로사용되고있다. 그러나이러한삽입물은관절면하방마모 (subsurface wear) 나폴리에틸렌의탈구등의잠재적인위험성을가지고있기때문에정확한하지정렬에따른골절제, 삽입물의위치, 적절한연부조직의균형등의더욱정확한수술적술기를요한다 3,4,6,13). 이러한관점에서

5 92 대한슬관절학회지 제 23 권 제 2 호 2011 Volume 23, Number 2, June 2011 Fig. 1. The case with complication which is resulted from intraoperative avulsion fracture of medial collateral ligament. (A) Internal fixation of avulsion fracture with 6.5 mm cancellous screw. (B) Plain radiograph at 3 weeks after operation; subluxed polyethylene insert was seen. (C) Application of thicker polyethylene insert and proximal advancement of MCL was performed. (D) MCL reconstruction with allo-achilles tendon was performed. (E) Two staged revision was performed due to infection. 볼 때 본 연구에서 시행한 후방십자인대 절제 후 포스트 수 있는 중요한 수단이 될 수 있다. 가 없는 가동형 폴리에틸렌 삽입물의 사용은 고도의 연부 후방십자인대 보존형의 가동형 폴리에틸렌 삽입물을 이 조직 균형 및 굴곡 및 신전 간격의 조화가 더욱 절실하다. 12) 용한 수술은 좋은 결과가 보고된 바 있다. 그러나 심한 따라서 고도 적합성(ultra-congruence)의 관절면을 가진 관절 변형이 있거나, 불안정성이 있거나, 운동 범위가 작 경골 삽입물은 이러한 수술에서 관절의 안정성을 도모할 은 경우는 후방십자인대 보존형을 사용하기에 적당하지

6 문영완외 : 가동형삽입물을사용한후방십자인대절제형슬관절전치환술의단기추시결과 93 않다. 전형적인심한내반슬에서는내측연부조직의심한구축이있어굴곡간격측정시외측보다내측이매우좁다. 이때후방십자인대를절제하면굴곡간격이커지는데, 내측굴곡간격이조금더커지게되어결과적으로외측과내측의굴곡간격차이가줄어들게된다. 이렇듯굴곡및신전간격의조화를위해후방십자인대를절제해야할경우저자들은고도적합성폴리에틸렌삽입물로써얻어지는관절의안정성으로가동형폴리에틸렌삽입물을사용할수있었다. 본연구에서발생한폴리에틸렌삽입물의아탈구는내, 외측연부조직의균형이맞지않았던경우로내측측부인대의견열골절로인한내측이완이원인이었다. 또한최초수술직후재활과정에서보조기착용을하지않았던것이이러한불안정성을해결하지못한원인중하나였다. 일반적으로골절제후내측과외측의관절간격은 2 mm 이내로해야하지만심한내측연부조직의구축으로인해내측관절간격이외측에비해많이좁은경우, 특히골다공증이있어근위경골내측고평부의골밀도가감소되었다면수술후체중부하를하게되면내측관절면의붕괴가초래될수있고이로인해폴리에틸렌삽입물은회전불안정성을가지게되어탈구될수있다. 따라서관절간격의조화와연부조직균형모두수술의성패를좌우하는중요한요소라고할수있겠다. 슬관절전치환술시수술의정확도를높이기위해네비게이션이사용되었으며, 이는수술단계마다오차정도를정확한수치로보여줌으로써술자의경험과수술중에기록한자료를바탕으로수술중되먹임 (feedback) 을가능하게하여이상적인값과차이가큰경우 (outlier) 를줄이고있다 7). 따라서슬관절전치환술시장기생존과연관이있는삽입물의위치및하지정렬도는기존의고식적인방법으로시행한경우보다결과가좋다는보고들이많다. 14) 또한연부조직의균형을맞추는데있어서도술자의경험이나주관보다는굴곡간격과신전간격을객관적으로정량화하여판단할수있기에더욱정확한수술을가능하게한다. 그러므로본연구에서는모든수술을네비게이션을이용하여시행하였다 11). 주지하다시피, 관절선의상승은여러가지임상적결과를야기할수있다. 관절선의해부학적위치가상승하면슬개골이상대적으로낮아지게되고경골치환물과슬개골의충돌이발생하 여전방무릎동통과굴곡의제한이유발된다 18). 사체를통한연구에서관절면의상승은수술후굴곡을감소시키고, 슬개- 대퇴의접촉압력을증가시키며 15,16), 관상면에서내반과외반의이완을초래할수있다 10). Figgie 등 5) 은 8 mm 이상의관절선의상승은임상적으로열등한결과를초래한다고하였고, Kucera 등 8) 은전치환술후발생한관절의운동제한에대하여치료하기가어렵기때문에예방하기를강조하였고, 예방책중중요한한가지로관절선의높이유지를강조하였다. 그러나골변형이심하거나연부조직구축이진행되었을경우에는신전및굴곡간격을맞추기가쉽지않다. 특히간격의균형을맞추는데편중하게되면관절선의위치가본래의높이에서벗어나는일이흔히생기게된다. 저자들은가동형폴리에틸렌삽입물을사용할때발생할수있는탈구등의위험요소를방지하기위해굴곡및신전간격의이완을최소한으로허용하도록삽입하였다. 따라서경우에따라폴리에틸렌삽입물이두꺼워지며그로인해관절선의상승을초래하였다. 또한대퇴삽입물의크기가중간사이즈로측정될경우큰것을사용하여굴곡간격의이완을막고자하였으며, 이러한경우삽입물간크기의부조화를막기위해경골절제량을적게하여 (7 mm 이하 ) 큰경골삽입물이사용되는경우도있었다. 이렇듯가동형폴리에틸렌삽입물을이용한슬관절전치환술에서는관절선의상승이흔히동반될수있다. 인공슬관절전치환술후관절선의높이변화가임상결과에어떠한영향을주는지에대하여연구된바가매우적고, 게다가발표된연구도대부분이재치환술을대상으로하였다. 따라서저자들은네비게이션을이용하여관절선의높이변화를보다정확하게측정함으로써후방십자인대절제후고도적합성가동형삽입물을이용한인공슬관절전치환술에있어서관절선의높이변화에따른임상적결과를분석하였다. 본연구에서는관절선의상승이 12 mm 까지관찰되었지만이러한상승이임상적, 방사선학적결과에미치는영향을찾을수없었다. 또한, 임상적, 방사선학적결과에영향을줄수있는의미있는관절선상승의절단값 (cut-off value) 을알아보고자하였으나통계적으로의미있는값을구할수없었다. 따라서관절선의상승으로초래될수있는여러가지가능성있는합병증에도불구하고고도적합성가동형폴리에틸렌삽입물을이용한인공관절전치환

7 94 술에서연부조직균형및굴곡, 신전간격의조화를위한어느정도의관절선의상승은결과에영향을미치지않는다고할수있겠다. 본연구의장점은단일술자에의해모든수술이시행되었으며, 네비게이션을이용하여굴곡과신전간격의오차를 1 mm 이내로하려고하였으며, 관절선의변화를비교적정확히측정할수있었다는점이다. 단점으로는추시기간이평균 40개월로짧았다는점과관절선의변화의기준을평균치인 5 mm로임의적으로설정했다는점이다. 따라서더많은환자군에서수술을시행하여관절선변화의기준점 (cut-off value) 을구하여보고, 지속적인추시및결과에대한보고가필요할것이다. 결 네비게이션을이용하여후방십자인대를절제한후고도적합성가동형경골삽입물을적용한결과최소 2년추시기간동안임상평가와방사선학적평가에서모두우수한결과를보였다. 또한관절선의상승과임상적, 방사선학적결과에는연관성이없어정확한연부조직균형및간격의조화를위해발생할수있는관절선의상승은허용할수있을것으로생각된다. 론 CONFLICT OF INTEREST No potential conflict of interest relevant to this article was reported. REFERENCES 1. Argenson JN, O'Connor JJ: Polyethylene wear in meniscal knee replacement. A one to nine-year retrieval analysis of the Oxford knee. J Bone Joint Surg Br, 74; : Bartel DL, Bicknell VL, Wright TM: The effect of conformity, thickness, and material on stresses in ultra-high molecular weight components for total joint replacement. J Bone Joint Surg Am, 68; : Bert JM: Dislocation/subluxation of meniscal bearing elements after New Jersey low-contact stress total knee 대한슬관절학회지 : 제 23 권제 2 호 2011 Volume 23, Number 2, June 2011 arthroplasty. Clin Orthop Relat Res, (254); : Buechel FF Sr: Long-term followup after mobilebearing total knee replacement. Clin Orthop Relat Res, (404); 40-50: Figgie HE 3rd, Goldberg VM, Heiple KG, Moller HS 3rd, Gordon NH: The influence of tibial-patellofemoral location on function of the knee in patients with the posterior stabilized condylar knee prosthesis. J Bone Joint Surg Am, 68; : Huang CH, Ma HM, Liau JJ, Ho FY, Cheng CK: Osteolysis in failed total knee arthroplasty: a comparison of mobile-bearing and fixed-bearing knees. J Bone Joint Surg Am, 84-A; : Kanlić EM, Delarosa F, Pirela-Cruz M: Computer assisted orthopaedic surgery -- CAOS. Bosn J Basic Med Sci, 6; 7-13: Kucera T, Urban K, Karpas K, Sponer P: Restricted motion after total knee arthroplasty. Acta Chir Orthop Traumatol Cech, 74; : Lemaire RG: Mid-term results with a highly congruous mobile-bearing knee prosthesis. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, 18; : Martin JW, Whiteside LA: The influence of joint line position on knee stability after condylar knee arthroplasty. Clin Orthop Relat Res, (259); : Matsumoto T, Muratsu H, Tsumura N, Mizuno K, Kuroda R, Yoshiya S, Kurosaka M: Joint gap kinematics in posterior-stabilized total knee arthroplasty measured by a new tensor with the navigation system. J Biomech Eng, 128; : Moon YW, Seo JG, Lim KS, Koo KH, Kim JG: Short term results of cruciate retaing type mobile bearing total knee arthroplasty: using a navigation system. J Korean Knee Soc, 21; : Morra EA, Heim CS, Greenwald AS: Surface stress: a factor influencing ultra high molecular weight polyethylene durability in mobile-bearing knee design. Orthopedics, 30(5 Suppl); S35-S38: Pang HN, Yeo SJ, Chong HC, Chin PL, Ong J, Lo NN: Computer-assisted gap balancing technique improves outcome in total knee arthroplasty, compared with conventional measured resection technique. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, Singerman R, Davy DT, Goldberg VM: Effects of patella alta and patella infera on patellofemoral contact

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