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실측에 의한 한국인의 대퇴골 원위부 형태학적 분석

: 인공슬관절 치환물과의 연관성

김준배·강형욱·유석주·박재영

서울나우병원 정형외과

Morphometric measurements of resected surface of femurs in Korean

knees : Correlation to the sizing of current TKRA implants

Jun Bae Kim, M.D., Hyung Wook Kang, M.D., Suk Joo Ryu, M.D.,

and Jae Young Park, M.D.

Department of Orthopedic surgery, Seoul NOW Hospital, Seongnam, Korea

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실측에 의한 한국인의 대퇴골 원위부 형태학적 분석

: 인공슬관절 치환물과의 연관성

Morphometric measurements of resected surface of femurs in Korean

knees : Correlation to the sizing of current TKRA implants

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목적 : 현재 사용되고 있는 인공슬관절의 디자인은 대부분 서양인을 기준으로 한 것으로 한

국인의 대퇴골 원위부와는 잘 맞지 않는 경우가 있어 수술 중 치환물의 크기 등을 선택할

때 고민하게 되는 경우가 발생한다. 한국인 원위 대퇴골의 형태학적 자료를 수술 중 실측을

통하여 얻고, 이를 현재 사용되고 있는 치환물의 디자인과 비교 분석함으로써 향후 치환물

의 선택에 도움이 되고자 한다.

대상 및 방법 : 인공슬관절 수술을 받는 한국인의 슬관절 356예( 평균 연령 69.2세, 남자

18예, 여자 338예)에 대하여 수술 중 대퇴골 원위부의 골 절제까지 모두 시행한 후, 전방부

의 내측 및 외측 절단면 길이, 전방부와 후방부의 내외측간 길이, 과간 절흔의 길이, 후과의

내측 및 외측 절단면 길이 등 총 7 부위의 길이를 측정하였다.

이 측정값을 현재 사용되고 있는 4종류의 인공슬관절 치환물의 디자인과 비교 분석하였다.

결과 : 전후방 길이에 대한 내외측 길이의 비율이 사람마다 매우 다양하게 존재하였으며,

일부 치환물 디자인의 경우 전방부 내외측 길이가 한국인의 평균에 비하여 커서 overhang

이 많이 발생할 것으로 예상되었다.

과간 절흔의 길이는 한국인의 평균에 비하여 대부분 치환물 디자인이 작았으며 굴곡 제한

의 요인이 될 것으로 예상되었다.

결론 : 한국인의 대퇴골 형태는 서양인과 다르므로 향후 한국인에 맞는 디자인의 개발이 필

요할 것으로 판단된다. 또한 현재 사용되고 있는 치환물의 경우 각 디자인에 따라 한국인의

평균과 다양한 차이를 보이므로 치환물의 선택 시 이를 고려하여야 할 것으로 사료된다.

색인단어: 형태학적 분석, 대퇴골 원위부, 슬관절 전치환술

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Purpose: The purpose of this study was to measure the resected surface of the femur of

Korean patients during total knee arthroplasty surgery and to compare these

measurements with the dimensions of femoral implants in current use.

Materials and Methods: Morphometric data(7 parameters) were measured in the 356

resected femurs of Korean patients who underwent total knee arthroplasties, and these

data were compared with current four TKRA implant.

Results: The range of medial-lateral width at a given implant anterior-posteior length is

widely distributed. Anterior medial-lateral widths of resected surface are smaller than

the widths of most implants, therefore overhang of implants can occur. Measured

intercondylar widths are wider than all kinds of implants, and measured posterior

condyle lengths are smaller than some kinds of implants. This can affect anterior

tensioning and flexion range.

Conclusion: The femur shapes of Koreans are different from that of current TKRA

implants which are based on the anthropometric data of Caucasians, therefore new

designs better suited for Koreans are needed. We should take this differences into

consideration during TKRA surgery to improve durability and function.

Key Words: Morphometric measurements, Resected femur, Total knee arthroplasty

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서 론

슬관절 전치환술은 지난 수십년간 수술 술기는 물론 치환물의 형태에 관한 연구가 발전되

어 오면서 높은 성공율을 보여주고 있다. 전통적으로 치환물 제조 회사들은 인체 측정학

(Anthropometry)을 통하여 얻어진 자료들을 기준으로 특정 범주의 평균치에 해당하는 치수

들을 정하여 치환물의 형태를 만들어 왔으며, 이 자료들은 보통 카데바 슬관절의 전후방 길

이와 내외측 길이를 측정하고 그 비율을 정하여 이루어져 왔다2,6,10).

이러한 디자인은 대부분 서양인을 기준으로 한 것으로 한국인의 대퇴골 원위부와는 잘 맞

지 않는 경우가 있어 수술 중 치환물의 크기 등을 선택할 때 고민하게 되는 경우가 발생하

며, 치환물과 실제 한국인 대퇴골의 크기의 차이가 수술 후 결과에도 영향을 미칠 수 있을

것으로 생각된다.

저자들은 한국인 원위 대퇴골의 형태학적 자료를 수술 중 실측을 통하여 얻고, 이를 현재

사용되고 있는 치환물의 디자인과 비교 분석함으로써 서양인과 다른 한국인의 대퇴골 형태

의 특성을 알아보고자 하였다. 이를 통하여 향후 수술 중 치환물의 선택 및 한국인에 맞는

치환물의 개발에 도움이 되고자 하였다.

대상 및 방법

2007년 11월부터 2008년 8월까지 슬관절 전치환술을 받은 362예를 대상으로 하였다. 모

든 예에서 LCS (Depuy, Warsaw,Indiana, USA)를 사용하였으며 이 중 Large size를 사용한

6례는 제외하고 최종적으로 356예에 대하여 분석을 시행하였다.

전체 356예중 SM+가 42예, MED이 130예, STD가 159예, STD+가 25예였다.

남자가 18예, 여자가 338예 였으며, 연령 분포는 51세부터 84세까지 평균 69.2세였다.

전례에서 광근 중간 절개법(Midvastus approach)을 통하여 슬관절을 절개한 후, 경골을 먼

저 절제하고 이후 대퇴골을 절제하였다. Measured resection 방법을 사용하여 외측을 기준

으로 경골은 11mm, 대퇴골 후과는 8mm 정도가 절제되도록 하였으며 전례에서 최종 PE

insert 의 두께는 12.5mm였다. 대퇴골 치환물의 선택은 내외측 크기도 고려하였지만 신전

간격과 굴곡 간격의 일치를 위하여 전후방 크기를 우선적으로 고려하여 대퇴골 치환물의 크

기를 결정하였다4). 골절제는 대퇴골 외회전 정도에 따라 절제양이 달라질 수 있으므로 LCS

에서 사용하는 gap technique을 사용하지 않고 measured resection 방법을 사용하였다.

Whiteside’s line과 Transepiconylar line을 참고하여 외회전을 결정하고, anterior

reference system을 사용하여 대퇴골의 전후방 절제를 시행하였다.

이후 역학적 정렬이 맞도록 대퇴골의 원위부를 절제하였다. Champer cutting까지 모두 종

료한 후 내측 및 외측 후과의 골극 및 연골 부위를 최대한 제거하였다.

4

이렇게 골 절제를 모두 마친 후 측정을 실시하였는데 내측 전면부 길이(A), 외측 전면부

길이(B), 전방 내외측 길이(C), 후방 내외측 길이(D), 내측 후과 길이(E), 외측 후과 길이(F),

과간 간격(IC)을 각각 측정하고 기록하였다. (Fig. 1)

현재 사용 중인 슬관절 치환물 중 LCS(Depuy, Warsaw,IN, USA), PFC sigma(Depuy,

Warsaw,Indiana, USA), Nexgen LPS(Zimmer,Warsaw,IN,USA), Nexgen LPS Gender

knee(Zimmer,Warsaw,IN,USA) 4가지를 선택하여 인체에서 측정한 부위와 상응하는 위치의

길이들을 각각 측정하였다.

LCS의 경우 SM+(small +), MED(medium), STD(standard), STD+(standard+)로 치환물

크기가 정해져 있는데 이들의 전후방 길이를 기준으로 각 제조회사별 치환물의 크기를 대응

시켰으며, 각각에 대하여 그 크기 별로 내측 전면부 길이(A), 외측 전면부 길이(B), 전방 내

외측 길이(C), 후방 내외측 길이(D), 내측 후과 길이(E), 외측 후과 길이(F), 과간 간격(IC)

을 동일하게 측정하였다. (Table 1)

상기와 같은 방법으로 측정한 값들을 수술 중 인체에서 측정한 값들과 상호 비교하였다.

결 과

실제 인공관절 치환술을 시행하는 환자에서 전후방 크기를 우선적으로 고려하여 대퇴 치환

물의 크기를 결정한 후, 그에 맞게 골절제를 모두 마치고 나서 측정한 결과를 각 크기 별로

보면 다음과 같다.(Table 2, Fig. 2)

선택한 4가지의 치환물에 대하여 각각의 크기 별로 측정한 값은 다음과 같다.(Table 3)

A값의 경우 치환물의 종류에 따라 다른 결과를 보였는데, LCS와 PFC sigma의 경우는 실

제 골절제한 길이보다 치환물의 길이가 길었고, Nexgen LPS와 Gender knee LPS의 경우는

실제 골절제한 길이보다 치환물의 길이가 짧았다. (Fig.2)

B값의 경우는 치환물의 크기에 관계없이 실제 골 절제 후 측정한 값이 모든 치환물의 값

보다 컸다.

C값의 경우도 치환물의 종류에 따라 다른 결과를 보였는데 , LCS와 PFC sigma의 경우는

실제 골절제한 길이보다 치환물의 길이가 길었고, Nexgen LPS와 Gender knee LPS의 경우

는 실제 골절제한 길이보다 치환물의 길이가 비슷하거나 짧았다. 실제로 LCS로 수술 중 이

부위에서 치환물의 돌출(overhang)이 발생하는 경우가 많았다. (Fig. 3)

D값의 경우 일부 몇 예를 제외하고는 실제 치환물의 길이가 골절제한 면의 길이보다 짧

았으며, 실제로 대부분의 예에서 치환물을 삽입한 후 일부 골이 노출되는 것을 관찰할 수

있었다.(Fig. 4)

대퇴골의 형태와 치환물의 형태를 비교하기 위하여 C와 D값의 비율(C/D)을 비교하여 보

았는데, 골절제 후의 측정값들은 약 70% 정도의 결과를 보인 반면 치환물들은 종류에 따라

다른 결과를 보였다. 즉, Nexgen LPS와 Gender knee LPS는 66에서 72% 정도의 비율을

보인 반면, LCS와 PFC sigma의 경우는 76에서 78%의 결과를 보여 Nexgen LPS와

5

Gender knee LPS가 좀더 한국인의 대퇴골 모양에 가까운 사다리꼴 형태를 가지고 있는 것

으로 나타났다(Table 4). 남자 18예의 경우를 따로 보았을 때도 C와 D값의 비율(C/D)은 동

일하게 70%정도를 보여 남·여간의 차이는 없었다.

E와 F값의 경우 측정값들의 평균치를 비교하였을 때, LCS와 PFC sigma의 경우는 실제

골절제한 길이와 치환물의 길이가 비슷한 결과를 보인 반면, Nexgen LPS와 Gender knee

LPS의 경우는 실제 골절제한 길이보다 치환물의 길이가 길게 나타났다. 평균치가 아닌 각

각의 측정값들의 분포를 보면 치환물의 길이보다 측정값들이 큰 예들이 있는데 이들 예에서

는 치환물을 삽입한 후에 치환물 후과 부위의 근위부쪽으로 골이 남아있는 것을 의미하며

술후 방사선 사진에서 이를 확인할 수 있었다. (Fig. 4)

IC값의 경우 모든 치환물의 길이가 실제 측정값보다 작은 것으로 나타났다.

고 찰

지금까지 몇몇 저자들에 의하여 아시아인의 슬관절이 서양인의 것에 비하여 작다는 연구결

과들이 발표된 바 있었다7-9,11,12). 이는 대부분 CT등의 방사선 영상을 이용한 측정에 의한

것이었으며 원위 대퇴골의 전후방 길이와 내외측 길이를 비교한 정도였다. 그리고 일본, 중

국 등에서는 여러 연구가 있었으나 한국인을 대상으로 측정한 보고는 조 등3)이 발표한 1례

외에는 지금까지 없었다.

또한 실제 치환물이 직접 닿는 접촉면의 골절제 후의 길이가 아니기 때문에 치환물의 크기

와 정확한 비교를 하기는 어렵다. 그리고 단순히 내외측 길이만 비교한 것이어서 전체적인

대퇴골의 모양을 비교하는데는 제한이 있었다.

실제 LCS를 사용하여 슬관절 치환술을 시행할 때 C값 부위인 전방부에서 치환물이 더 큼

으로 인하여 양측으로 돌출(overhang)되는 것을 자주 관찰할 수 있었는데 측정값들이 이를

잘 반영해 주고 있다(Fig.3).

이러한 내외측면에서의 치환물의 돌출은 슬관절 굴곡시 전방부의 장력(tension)을 증가시

켜 굴곡에 제한을 줄 수 있고, 연부 조직을 자극(irritation)하여 수술 후 통증의 원인이 될

수도 있을 것으로 보인다1,6).

전후방 길이를 기준으로 치환물의 크기를 정하고 골절제를 시행하였을 때 같은 크기를 사

용한 군 안에서도 내외측의 크기(C값 및 D값)는 매우 다양하게 분포되는 것을 알 수 있는

데, 이는 기존의 연구 결과들과 일치한다6,7,11).

이러한 다양성에 반해 치환물의 경우에는 전후방 길이에 대응하는 하나의 내외측 길이 만

을 제공하게 되므로 이러한 다양성을 모두 충족할 수 없는 제한이 있다.

또한 이러한 다양성은 치환물의 크기를 결정할 때 내외측 길이와 전후방 길이 중 어느것을

기준으로 하여야 할 지 혼란을 줄 수 있다. 즉 전후방 길이에 비하여 상대적으로 내외측 길

이가 큰 사람의 경우 내외측 길이에만 맞추어 큰 치환물을 결정하면 굴곡간격이 좁아지는

결과를 초래할 것이고 , 반대로 전후방 길이에 비하여 상대적으로 내외측 길이가 작은 사

6

람의 경우는 내외측 길이에만 맞추어 작은 치환물을 결정하면 굴곡 간격이 넓어져 불안정

성을 초래할 것이다. 따라서 내외측 길이까지도 정확히 맞추어 주는 것이 바람직하지만,

전후방 길이를 우선적으로 고려하여 치환물의 크기를 정함으로써 신전 굴곡 간격을 맞추

어야 인공관절의 조기 실패의 원인 중 하나인 불안정성을 줄일 수 있을 것이다1,5).

E와 F값의 경우 측정값들의 평균치를 비교하였을 때, LCS와 PFC sigma의 경우는 실

제 골절제한 길이와 치환물의 길이가 비슷한 결과를 보인 반면, Nexgen LPS와 Gender

knee LPS의 경우는 실제 골절제한 길이보다 치환물의 길이가 길게 나타났다. 이는 이론

상으로는 후방부에서 충돌(impigement)을 일으켜 굴곡제한 및 통증을 유발할 수 있을 것

으로 생각되지만 임상적인 연구가 뒷받침되어야 할 것으로 보인다.

반면 일부 예에서 E값과 F값이 치환물의 길이보다 큰 경우가 있는데, 이러한 예에서는

슬관절 굴곡 시 남아있는 골부분에 경골 삽입물이 걸려 굴곡을 제한할 수 있으므로 남아있

는 골부분을 osteotome등을 사용하여 깨끗이 제거하는 것이 필요할 것으로 보인다.

실제로 수술 후 방사선 사진에서 후과부의 골부분이 삽입물보다 길게 남아있는 경우가 있

는데 이들이 실제로 굴곡 각도에 영향을 주는지는 추가적인 연구가 필요하다.

IC값의 경우 모든 치환물의 간격이 실제 측정한 값보다 작은 것을 알 수 있었는데 이는

슬관절을 굴곡할 때 이론상 전방부의 장력(tension)을 증가시켜 굴곡에 제한을 주는 요소가

될 수 있을 것으로 생각된다.

A값과 B값의 경우 치환물과 일치하지 않는 소견을 보였으나 이것이 슬개 대퇴 관절의 역

학과 전방부의 장력(tension)에 어떤 영향을 줄 지는 좀 더 연구가 필요할 것으로 판단된다

6).

결 론

한국인의 대퇴골 형태는 서양인과 다르므로 서양인의 대퇴골 형태를 기준으로 만든 치환

물과는 정확히 일치하지 않는 것을 알 수 있다. 현재 사용되고 있는 치환물의 경우 각 제조

사에 따라 다양한 특성을 보이므로 치환물의 종류를 선택할 때 이를 고려하여야 할 것으로

보이며, 나아가서는 향후 한국인에 맞는 치환물의 개발이 필요할 것으로 판단된다.

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Table 1. Femoral sizing comparison chart.

Table 2. Morphometric measurement data.(Mean±S.D.)

A B C D E F IC

SM+ 17.9±1.6 33.0±3.5 44.1±2.4 64.0±2.5 18.3±1.9 17.9±2.4 19.1±1.2

MED 19.9±2.7 33.5±4.6 45.8±2.9 65.4±2.4 19.4±2.2 18.7±2.1 19.7±1.6

STD 20.0±3.0 33.5±5.0 46.8±3.3 67.7±5.0 19.5±2.3 19.3±2.3 19.6±1.4

STD+ 22.8±3.7 38.7±5.5 50.8±4.1 72.8±3.9 20.6±2.4 19.5±2.7 21.0±1.7

Implant sizes

LCS SM+ MED STD STD+ AP 54.7 57.8 60.9 65.4 ML 59.2 61.9 64.6 69.6 PFC sigma 1.5 2 2.5 3 4 AP 52.7 55.7 58.8 61.7 65.6 ML 56.9 60 63 66 71 Nexgen LPS C D E F AP 53.5 57.5 61.5 65.5 ML 60 64 68 72 Gender knee LPS C D E F AP 53.2 57.5 61.2 65.3 ML 58 61.4 64.7 68.1

9

Table 3. Data of measured parameters of implants.

Table 4. C/D ratio (C/D X 100) %

측정값(평균) LCS PFC sigma Nexgen LPS Gender knee

LPS SM+ 69 78 78 74 72 MED 70 78 76 73 70 STD 70 78 77 72 68 STD+ 70 78 76 72 66

A B C D E F IC

LCS SM+ 23.5 29 46 59.2 18 18 16 MED 24 30 48.5 61.9 19 19 17 STD 25 31.5 51 64.6 19 19 18 STD+ 27.5 33.5 54.5 69.6 19 19 19 PFC sigma 1.5 21.5 24.5 44.5 56.9 18 18 18.5 2.5 24.5 28 48 63 19 19 18.5 3 25.5 29.5 51 66 19 19 18.5 4 27 31 54 71 19 19 18.5 Nexgen LPS C 18 27.5 43.5 60 19.5 20.5 18 D 20 30 46 64 20.5 21.5 18 E 20 30.5 48 68 21 22 19 F 21 32 51 72 23.5 25 20 Gender knee LPS C 16 25.5 41 58 19.5 20.5 18 D 17.5 28 42.5 61.4 20.5 21.5 18 E 18 29 43.5 64.7 21 22 19 F 19.5 30.5 44.5 68.1 23.5 25 20

10

Fig.1. The method of measuring each component after bone cutting of distal femur.

Fig.2 Comparison of results of measured parameters. Axis X means Antero-posterior

length of femur and corresponding size of LCS implants. Axis Y means lengths of each

parameters measured in resected surface and each implants.

0

5

10

15

20

25

30

35

50 55 60 65 70

A

SM+ MED STD STD+

측정값

LCS

PFC sigma

Nexgen LPS

Gender knee LPS

선형 (측정값)

11

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

50 55 60 65 70

B

SM+ MED STD STD+

측정값

LCS

PFC s igma

Nexgen LPS

Gender knee LPS

선형 (측정값)

0

10

20

30

40

50

60

70

50 55 60 65 70

C

SM+ MED STD STD+

측정값

LCS

PFC sigma

Nexgen LPS

Gender knee LPS

선형 (측정값)

12

20

30

40

50

60

70

80

90

100

50 55 60 65 70

D

SM+ MED STD STD+

측정값

LCS

PFC sigma

Nexgen LPS

Gender knee LPS

선형 (측정값)

0

5

10

15

20

25

30

50 55 60 65 70

E

SM+ MED STD STD+

측정값

LCS

PFC sigma

Nexgen LPS

Gender knee LPS

선형 (측정값)

13

0

5

10

15

20

25

30

50 55 60 65 70

F

SM+ MED STD STD+

측정값

LCS

PFC sigma

Nexgen LPS

Gender knee LPS

선형 (측정값)

10

20

30

50 55 60 65 70

IC

SM+ MED STD STD+

측정값

LCS

PFC s igma

Nexgen LPS

Gender knee LPS

선형 (측정값)

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Fig.3. Overhang of the implant over the resected surface of femur.

Fig.4. Exposed bone after implantation of femoral implant, which means mediolateral

width of patient is wider than that of implant.