Biomechanical comparison between oval-tunnel and round-tunnel for anterior crucial ligament reconstruction in a porcine model

국문 초록 (Abstract)

전방십자인대 재건술은 슬관절의 정상적인 운동역학의 회복과 회전 이완을 방지하기 위하여 등장점에 위치하는 것으로부터 해부학적 위치로 재건술을 시행하는 것으로 변화되어 왔다. 최근의 사체 연구에서 전방십자인대의 대퇴부 부착부는 평평하고 리본 형태의 모양을 가지고 있으며, 경골 부착부위 또한 원형이 아닌 타원형 또는 C 자 모양의 형태를 가지고 있다고 보고하였다. 타원형 확장기를 이용한 전방십자인대 수술방법은 기존의 원형터널을 이용한 방법에 비하여 동일한 단면적에서 전방십자인대 부착부를 포함하는 넓은 면적을 얻을 수 있으며, 직사각형 확장기 가장자리에서 발생할 수 있는 골절과 같은 합병증을 줄일 수 있다. 하지만, 타원형 터널을 이용한 전방십자인대 재건술에 대한 생역학적 보고는 거의 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구의 목적은 기존의 원형 터널을 이용한 전방십자인대 재건술과 타원형 터널을 이용한 전방십자인대 재건술에서 돼지 모델을 이용하여 생역학적 비교를 하는 것이다.
20개의 돼지다리에서 원형 터널을 이용한 기법 (n=10), 타원형 터널을 이용한 기법 (n=10)으로 전방십자인대 재건술을 시행하였고 인장시험기(Instron instrument)를 이용하여 경골 전방 전위 정도가 평가되었다. 89N의 경골 전방 부하를 통하여 Lachman 시험을 구현하여 돼지 슬관절을 15°, 30°, 60° 굴곡한 상태로 운동역학을 측정하였고, 89N의 경골 전방 부하와 함께 10Nm의 외반력 및 4Nm의 경골 내회전력을 가하여 Pivot-shift 시험을 구현하여 돼지 슬관절을 30° 굴곡한 상태로 운동역학을 측정하였다. 경골 전방 전위 정도는 전방십자인대가 온전한 군 (n=10), 전방십자인대 제거군 (n=10), 원형 터널 및 타원형 터널 군에서 측정되었다. 모든 측정은 두 번 시행되어 비교시 평균값으로 사용되었다.
Lachman 시험상, 고식적인 원형 터널 및 타원형 터널을 이용한 기법 모두 30°, 60° 에서 전방십자인대가 온전한 군에 비하여 경골 전방 전위가 유의미하게 증가하였고 (p<0.05) 전방십자인대 제거군에 비하여는 감소하였다(p<0.05). 하지만 고식적인 원형 터널 및 타원형 터널을 이용한 기법간의 경골 전방 전위의 차이는 없었다 (원형 vs. 타원형 : 15°, 4.1mm ± 1.3 vs. 3.9mm ± 0.6; 30°, 4.1mm±1.6 vs. 4.2mm ± 1.3; 60°, 3.5mm±1.1 vs. 4.5mm± 1.6; 모든 p>0.05). 30° 굴곡상태에서 pivot-shift 시험상 고식적인 원형터널과 타원형 터널간의 경골 전방 전위는 유의미한 차이를 보였다 (원형 vs. 타원형 : 4.3mm ± 0.8 vs. 4.3mm ± 0.8, p=0.028).
결론적으로, 비록 전방십자인대 수술 기법에 상관없이 전방십자인대가 온전한 군에 비하여 경골 전방 전위가 증가되었지만, 기존의 원형 터널 및 타원형 터널을 이용한 기법 모두 전방십자인대 제거군에 비하여는 경골 전방 전위를 감소 시킬 수 있었다. Lachman 시험상에서는 수술 기법에 따른 결과값의 차이를 보이지 않았지만, 30° 굴곡상태에서 pivot-shift 시험상에서는 타원형터널을 이용한 기법이 원형터널을 이용한 기법에 비하여 유의미하게 더 나은 안정성을 보였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The anterior cruciate ligament (ACL) reconstruction has been changed from isometric placement to anatomical position for restoration of normal kinematics and prevention rotational laxity. Recent cadaveric study reported that femoral footprint of the ACL was flat, ribbon like appearance, and tibial footprint of the ACL also was not round but oval or C-shaped appearance. The surgical procedure using oval dilator can obtain an larger area containing ACL footprint in the same cross-section area as the method using a round tunnel, and reduce the complications of rectangular dilator, such as fractures, by the reduced number of edge of dilator. However there still remains a lack of results of biomechanical studies about ACL reconstruction with oval tunnel. Thus, the purpose of this study is to compare the laxity of porcine knee between conventional round tunnel and oval tunnel.
This was a biomechanical study for laxity using the porcine knees. Twenty porcine knees were used for the evaluation of the laxity following reconstruction techniques on the Instron instruments: conventional round tunnel technique (n=10) and oval tunnel technique (n=10). The porcine knee kinematics under simulated Lachman (89 N anterior tibial load) at 15°, 30° and 60° of flexion and a simulated pivot shift test (89 N anterior tibial load, 10 Nm valgus and 4 Nm internal tibial torque) at 30° of flexion were determined. Kinematics were recorded for intact (n=10), ACL-deficient (n=10), and conventional round tunnel or oval tunnel technique. All measurements were repeated twice and the average was used for comparison.
Under the Lachman test, conventional round tunnel and oval tunnel both showed significantly increased anterior tibial translation (ATT) at 30° and 60° when compared to the intact knee, (p<0.05) but decreased from the ACL deficient knees. (p<0.05) However, there were no differences of ATT between conventional round tunnel and oval tunnel technique. (round vs. oval : 15°, 4.1mm ± 1.3 vs. 3.9mm ± 0.6; 30°, 4.1mm±1.6 vs. 4.2mm ± 1.3; 60°, 3.5mm±1.1 vs. 4.5mm± 1.6; all p>0.05) Under simulated pivot shift at 30° flexion, there was significant difference between conventional round tunnel and oval tunnel technique. (round vs. oval : 4.3mm ± 0.8 vs. 4.3mm ± 0.8, p=0.028)
In conclusion, although significant differences of ATT from the intact knee regardless ACL reconstruction technique were found, conventional round tunnel or oval technique both could decrease ATT when compared with ACL deficient knees. There were no significant differences between groups in the Lachman simulation, but the oval tunnel showed significantly better stability in pivot shift simulation at 30° than that of the round tunnel technique.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. INTRODUCTION 1
• Ⅱ. MATERIALS AND METHODS 4
• Ⅲ. RESULTS 8
• Ⅳ. DISCUSSION 9
• Ⅴ. CONCLUSION 13
• REFERENCES 14
• APPENDIX 23
• 국문초록 31
• ABSTRACT 35