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개방형 근위경골절골술의 3차원 수술계획을 위한 절골해석모델
Analytical Osteotomy Model for Three-dimensional Surgical Planning of Opening Wedge High Tibial Osteotomy 원문보기

한국CAD/CAM학회논문집 = Transactions of the Society of CAD/CAM Engineers, v.18 no.6, 2013년, pp.385 - 398  

구본열 (한양대학교 기계공학과) ,  박병건 (한양대학교 기계공학과) ,  최동권 (한양대학교 기계공학과) ,  김재정 (한양대학교 기계공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Opening wedge high tibial osteotomy (OWHTO) is widely used to treat unicompartmental osteoarthritis of the knee caused by degenerative deformations of the anatomical axes of the leg. However, since it is difficult to accurately plan the surgical degrees of adjustment such as coronal correction angle...

주제어

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문제 정의

  • 본 논문에서는 OWHTO에서 TPS의 변화를 유지하거나 교정하면서 요구된 교정각을 만족하기 위한 일반적인 절골해석모델을 소개하였다. 제안된 모델은 절골면을 기준으로 나누어진 근위부와 원위부 각각에 정의된 지역좌표계들의 상대적 위치와 자세를 분석하여 개발되었다.
  • 본 논문의 주요 목적은 OWTHO의 주요 수술인자들간의 상관관계를 분석하여 수술 시 요구된 교정자세를 정확히 시술할 수 있는 일반적 해석절골 모델 및 수술계획시스템(SPS)을 개발하고, 이를 통해 수술 대상의 개별적 특수성 및 수술 집도의의 수술계획의 변동성에 강건한 해결안을 제공하는 것이다. 제안된 방안은 분리된 경골 모델의 근위부와 원위부에 정의된 두 지역좌표계들 간의 상대적 자세를 기구학적으로 분석한 모델로, 어떠한 경골의 형상 및 절단면에도 요구된 CA과 PSA 변화량을 가지는 경골 교정 자세를 정확히 도출할수 있는 일반적 모델이다.
  • 본 연구에서는 기존의 수학적 예측 모델을 발전시켜 특정 경우에 국한되지 않는 OWHTO의 일반적인 절골해석모델을 제안하고, 도출된 해를 수술에 손쉽게 적용할 수 있도록 하는 3차원 수술계획 시스템(Surgical planning system, SPS)을 소개한다. 이를 위한 본 논문의 구성은 다음과 같다.
  • 본절에서는 경골의 전역좌표계와 절골면(Cutting plane)을 기준으로 나누어진 근위부(Proximal part)와 원위부(Distal part) 각각에 대해 지역좌표계를 정의하고, 이들로부터 주요 수술 인자들의 일반적인 측정 방안을 소개한다. 그리고 절단면의 생성 위치와 개방축의 변화에 상관없이 PSA를 유지하거나 조정하면서 요구된 교정각을 획득할 수 있는 가상교정축(Virtual correction axis, VCA)을 정의하고, 이로부터 요구된 교정 자세를 획득하기 위한 방안을 기술한다.
  • [22]은 삼차원적인경골의형상을기하학적으로분석한 OWHTO 해석 모델을 제안하였다. 이 논문은 CA 뿐 아니라 PSA까지도 조정할 수 있도록 해석 모델을 연구하였고, 특히 삼차원적인 치수 측정을 위해 근위경골절골술 데이터베이스에 다양한 경골의 형상의 평균치를 이용하는 방안을 제안하였다. 이 논문에서 제안된 방안은 요구된 CA와 PSA를 만족 하는 수술 변수들을 정확히 계산할 수 있는 방안이지만, 특정 기울기의 절골면을 이용하여 수식들을 유도하였기 때문에 다양한 각도를 가지는 일반적 경우에는 적합하지 않으며, 수술 변수를 도출 하는 수식이 다소 복잡하여 일반 집도의가 사용하기에 다소 용이하지 않다는 단점들이 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
HTO는 수술방법에 따라 어떻게 구분되는가? 근위경골절골술(High tibial osteotomy: HTO)은 비교적 젊고 활동적인 환자에서 슬관절의 과도한 내반 및 외반 변형에 의한 퇴행성 골관절염 (Osteoarthritis)의 치료법으로 널리 알려져 있다[1-8] . HTO는 수술방법에 따라 개방형 근위경골절골술 (Opening wedge high tibial osteotomy, OWHTO) 과 폐쇄형 근위경골절골술(Closing wedge high tibial osteotomy, CWHTO)로 구분된다[1,3,5,7] . 그 중 OWHTO은 CWHTO에 비해 수술 후 내측부인대의 긴장도를 회복할 수 있을 뿐만 아니라 비골 절 골술(Fibula osteotomy) 및 경비관절 해리술 (Tibiofibular joint disruption)이 요구되지 않기 때문에 비골 신경(Peroneal nerve) 손상에 의한 합병증이 없다는 장점이 있어 널리 보편화되고 있다[2,9,10] .
근위경골절골술은 어떻게 알려져 있는가? 근위경골절골술(High tibial osteotomy: HTO)은 비교적 젊고 활동적인 환자에서 슬관절의 과도한 내반 및 외반 변형에 의한 퇴행성 골관절염 (Osteoarthritis)의 치료법으로 널리 알려져 있다[1-8] . HTO는 수술방법에 따라 개방형 근위경골절골술 (Opening wedge high tibial osteotomy, OWHTO) 과 폐쇄형 근위경골절골술(Closing wedge high tibial osteotomy, CWHTO)로 구분된다[1,3,5,7] .
근위경골절골술 중 OWHTO의 장점은? HTO는 수술방법에 따라 개방형 근위경골절골술 (Opening wedge high tibial osteotomy, OWHTO) 과 폐쇄형 근위경골절골술(Closing wedge high tibial osteotomy, CWHTO)로 구분된다[1,3,5,7] . 그 중 OWHTO은 CWHTO에 비해 수술 후 내측부인대의 긴장도를 회복할 수 있을 뿐만 아니라 비골 절 골술(Fibula osteotomy) 및 경비관절 해리술 (Tibiofibular joint disruption)이 요구되지 않기 때문에 비골 신경(Peroneal nerve) 손상에 의한 합병증이 없다는 장점이 있어 널리 보편화되고 있다[2,9,10] . 그러나 OWHTO에 대한 여러 임상적 연구들에서 수술 후 의도되지 않은 경골후방경사 (Tibial posterior slope, TPS)의 변화로 인한 다수의 문제점들이 보고되었다[11-13] .
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참고문헌 (25)

  1. Billings, A., Scott, D.F. and Camargo, M.P., 2000, High Tibial Osteotomy with a Calibrated Osteotomy Guide, Rigid Internal Fixation, and Early Motion Long-term Follow-up, The Journal of Bone & Joint Surgery [Am], 82, pp.70-79. 

  2. Hernigou, P. and Ma, W., 2001, Open Wedge Tibial Osteotomy with Acrylic Bone Cement as Bone Substitute, Knee, 8, pp.103-110. 

  3. Noyes, F.R., Barber-Westin, S.D. and Hewett, T.E., 2000, High Tibial Osteotomy and Ligament Reconstruction for Varus Angulmed Anterior Cruciate Ligament-deficient Knees, Journal of Sports Medicine [Am], 28, pp.282-296. 

  4. Marti, C.B., Gautier, E., Wachtl, S.W. and Jakob, R.P., 2004, Accuracy of Frontal and Sagittal Plane Correction in Open-wedge High Tibial Osteotomy, Arthroscopy, 20, pp.366-372. 

  5. Poilvache, P., 2006, "Osteotomy for the Arthritic Knee: a European Perspective", In: Scott WN ed. Surgery of the Knee. 4th ed. Philadelphia, Elsevier Inc, pp.1321-1366. 

  6. Koo, B.Y., Kim, C.W., Lee, S.H., Bae, J.H., Park, C.W. and Kim, J.J., 2011, Development of Computer-Aided Surgery System for High Tibial Osteotomy Using Tracking-Pin and Fluoroscopic G-arm Images, Transactions of the Society of CAD/CAM Engineers, 16(5), pp.331-343. 

  7. Amend ola, A. and Panarella, L., 2005, High Tibial Osteotomy for the Treatment of Unicompartmental Arthritis of the Knee, Orthopedic Clinics of North America, 36, pp.497-504. 

  8. Ellis, R.E., Tso, C.Y., Rudan, J.F. and Harrison, M.M., 1999, A Surgical Planning and Guidance System for High Tibial Osteotomy, Computer Aided Surgery, 4, pp.264-274. 

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  10. Song, E.K., Seon, J.K., Park, S.J. and Cho, N.Y., 2009, Open Wedge High Tibial Osteotomy with Aescular Plate, The Journal of the Korean Orthopaedic Association, 43, pp.391-395. 

  11. Chae, D.J., Shetty, G.M., Lee, D.B., Choi, H.W., Han, S.B. and Nha, K.W., 2007, Tibial Slope and Patellar Height after Opening Wedge High Tibia Osteotomy Using Autologous Tricortical Iliac Bone Graft, The Knee, 15, pp.128-133. 

  12. Kendoff, D., Lo, D., Goleski, P., Warkentine, B., Loughlin, P.F.O. and Pearle, A.D., 2008, Open Wedge Tibial Osteotomies Influence on Axial Rotation and Tibial Slope, Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, 6, pp.904-910. 

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  14. Giffin, J.R., Vogrin, T.M., Zantop, T., Woo, S. L. and Harner, C.D., 2004, Effects of Increasing Tibial Slope on the Biomechanics of the Knee, The American Journal of Sports Medicine, 32, pp.376-382. 

  15. Cullu, E., Aydogdu, S., Alparslan, B. and Sur, H., 2005, Tibial Slope Changes Following Dometype High Tibial Osteotomy, Knee Surgery,Sports Traumatology, Arthroscopy, 13, pp.38-43. 

  16. Wang, J.H., Bae, J.H., Lim, H.C., Shon, W.Y., Kim, C.W. and Cho, J.W., 2009, Medial Open Wedge High Tibial Osteotomy: The Effect of the Cortical Hinge on Posterior Tibial Slope, The American Journal of Sports Medicine, 37, pp.2411-2418. 

  17. Ho hmann, E. and Bryant, A., 2007, Closing or Opening Wedge High Tibial Osteotomy: Watch Out for the Slope, Operative Technique in Orthopaedics, 17, pp.38-45. 

  18. Noyes, F.R., Mayfield, W., Barber-Westin, S.D., Albright, J.C. and Heckmann, T.P., 2006, Opening Wedge High Tibial Osteotomy: An Operative Technique and Rehabilitation Program to Decrease Complications and Promote Early Union and Function, The American Journal of Sports Medicine, 34, pp.1262-1273. 

  19. Hernigou, P., Ovadia, H. and Goutallier, D., 1992, Mathematical Modeling of Openwedge Tibial Osteotomy and Correction Tables (french), Rev Chir Orthop Reparatrice Appar Mot, 78, pp.258-263. 

  20. Koshino, T., Murase, T. and Saito, T., 2003, Medial Opening-wedge High Tibial Osteotomy with Use of Porous Hydroxyapatite to Treat Medial Compartment Osteoarthritis of the Knee, The Journal of Bone & Joint Surgery, 85, pp.78-85. 

  21. Noyes, F.R., Goebel, S.X. and West, J., 2005, Opening Wedge Tibial Osteotomy: The 3-triangle Method to Correct Axial Alignment and Tibial Slope, The American Journal of Sports Medicine, 33, pp.378-387. 

  22. Lee, Y.S., Park, S.J., Shin, V.I., Lee, J.H., Kim, Y.H. and Song, E.K., 2010, Achievement of Targeted Posterior Slope in the Medial Opening Wedge High Tibial Osteotomy: A Mathematical Approach, Annals of Biomedical Engineering, 38, pp.583-593. 

  23. Glenn, M., 2010, Rotation About an Arbitrary Axis in 3 Dimensions, Available: http://inside.mines.edu/-gmurray/ArbitraryAxisRotation/ArbitraryAxisRotation.html 

  24. Zorzi, A.R., Sliva, H.G.P.V., Muszkat, C., Marques, L.C., Jr, A.C. and Miranda, J.B., 2011, Openingwedge High Tibial Osteotomy with and without Bone Graft, Artificial Organs, 35, pp.301-307. 

  25. Kolb, W., Guhlmann H., Windisch, C., Kolb, K., Koller, H. and Grutzner, P., 2009, Openingwedge High Tibial Osteotomy with a Locked Low-profile Plate, The Journal of Bone & Joint Surgery Am, 91, pp.2581-2588. 

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