무혈성 골괴사는 골조직 및 골수 조직의 허혈성 상태로 인한 괴사로 정의될 수 있으며, 외상성 및 비외상성으로 구분할 수 있다. 무혈성 골괴사는 대퇴골 골두, 상완골 골두와 같이 장골의 골단 부위에서 주로 발생한다. 기존의 무혈성 골괴사는 대부분 대퇴골 골두에 한정된 증례에 대한 보고 및 연구가 이루어져 왔다. 근위 대퇴골의 무혈성 괴사의 존재는 인공 고관절 전치환술 이후 생물학적 고정 실패의 원인이 된다. 본 저자들은 대퇴골 골두로부터 대퇴골 경부, 간단부 간부 및 원위부에 이르는 골수강내 부위의 대퇴골 전 영역의 무혈성 골괴사가 관찰된 56세 남자 환자에서 인공 고관절 전치환술을 시행하고 2년 추시 결과를 문헌 고찰과 함께 보고하고자 한다.
인체 골격의 모델생성과 형상변동을 파악하는 것은 생체역학의 응용분야에서 중요한 부분을 차지한다. 본 논문에서는 3 차원 대퇴골 모델의 데이터베이스로부터 대퇴골의 형상변동을 통계적으로 분석하고, 추출된 주요 파라미터를 사용하여 대퇴골의 형상을 직관적으로 모델링 할 수 있는 방법을 제안한다. 이를 위해서 먼저 통계적 기법 중에 하나인 주성분 분석(PCA)을 이용하여 대퇴골의 형상변동을 파악하였다. 주성분 분석을 수행하기 위해서는 3 차원 대퇴골 모델 간에 토폴로지(Topology)의 일치가 필요하다. 따라서 대퇴골의 형상에 해부학적 기준점(Landmark)을 정의하여 템플릿 모델이 대상 대퇴골 모델로 변형되기 위한 방향을 결정한 후 곡면 피팅(Surface fitting)을 수행하였다. 다음으로 주성분 분석을 통해 도출된 주성분과 대퇴골의 형상을 대표할 수 있는 해부학적 파라미터와의 상관관계를 정의하였다. 마지막으로 해부학적 파라미터로 대퇴골 모델의 생성 및 형상변동을 가시화 할 수 있는 프로그램을 개발하였다.
본 in vivo 연구에서는 36명의 골다공증 여성을 대상으로 요추골 및 대퇴골 부위의 골밀도와 종골 음속 사이의 상관관계를 조사하였다 2-4번 요추골 및 우측 대퇴골 경부의 단위면적당 골밀도는 이중에너지 X-선 흡수계측법을 이용하여 측정되었다. 우측 종골의 음속은 초음파 골밀도 측정기를 이용하여 측정되었다. 각 측정값 사이의 상관관계를 분석하기 위하여 Pearson 상관계수 (r) 및 유의수준 (p)이 이용되었다. 요추골 골밀도와 대퇴골 골밀도 사이에는 매우 높은 양의 상관관계가 나타났다 (r=0.81). 요추골 및 대퇴골 골밀도는 연령과 음의 상관관계를 보였다 (r=-0.52 및 r=-0.55). 종골 음속과 연령 사이에도 음의 상관관계가 나타나는 것을 알 수 있었다 (r=-0.45). 종골 음속은 요추골 및 대퇴골 골밀도와 비교적 높은양의 상관관계를 보였으며, 요추골 골밀도보다 대퇴골 골밀도와 더 높은 상관관계를 나타냈다 (r=0.54 및 r=0.62). 그러나 이는 종골 음속이 종골 골밀도와 갖는 상관관계에 비하여 낮으므로 종골 음속은 골절률이 가장 높은 요추골 및 대퇴골부위의 골밀도를 평가하기에 최적의 지표가 아님을 알 수 있었다. 그러므로 요추골 및 대퇴골 부위의 골밀도를 보다 정확히 평가하기 위하여 이 부위의 음향특성을 직접 측정할 수 있는 정량적 초음파 기술을 개발할 필요가 있다.
골다공증은 대표적인 성인병으로 유병율이 높고, 쉽게 골절을 일으켜 여러 가지 합병증을 유발하여 노후의 삶의 질을 좌우하는 중요한 질환이다. 폐경전,후 여성을 대상으로 골다공증 발생에 관련된 위험요인과 골다공증에 의한 골절시 환자에게 치명적인 결과를 초래하고, 유병률 및 사망률에 가장 큰 영향을 미치는 요추와 대퇴골의 골밀도를 측정하여 비교 분석하고자 본 연구를 실시하였다. 본 연구는 2004년 1월 1일부터 2004년 11월 30일 까지 11개월동안 D 보건소에 내원한 고객중 요추와 대퇴골 골밀도 검사를 시행한 $40{\sim}60$대 폐경전,후 여성을 대상으로 하였다. 설문지를 통하여 수검자의 일반적인 특징과 골다공증의 위험요인에 대해 조사하고, 설문에 충실히 응답한 사람 100명의 요추(L2-L4)와 대퇴골부위의 검사 기록지를 분석 하였다. 자료분석은 SPSS 10.1을 사용하여, 상관분석과 단계적 다중 회귀 분석을 하였다. 조사대상군 100명중 최대 골밀도치의 표준편차 -1.0이상을 정상, -1.0이하를 골다공증으로 정하여 요추에서 정상군이 61명(61%), 골다공증군이 39명(39%), 대퇴골에서 정상군이 72명(72%), 골다공증군이 28명(28%)이었다. 골다공발생에 영향을 미치는 위험 인자에 대한 다중 회귀 분석결과 가장 많은 변량을 설명하는 위험요인이 요추에서는 연령이 대퇴골에서는 체중이 통계적으로 유의 하게 나타났다(p<0.05). 연령이 증가하면서 골밀도의 감소가 나타났고, 폐경전에는 요추와 대퇴골의 골다공증의 발생이 통계적으로 유의한 차이가 없었지만, 폐경후에는 유의하게 요추부위의 골다공증 발생이 많은 것은 의미 있는 결과이다. 또한 골다공증 발생에 요추부위에서는 연령이 대퇴골에서는 체중이 가장 많이 관련 있는 것으로 나타났다.
단측성 외고정기구를 이용한 대퇴골 신연술의 합병증을 조사하기 위하여 30마리의 토끼를 대상으로 대퇴골 신연술을 실시하였다. 20마리의 토끼는 대퇴골 신연부의 가골이 완전 경화될 때까지 생존하였다. 10마리의 토끼는 대퇴골 신연 도중 합병증으로 인해 안락사 시켰다. 20마리의 토끼는 대퇴골 신연 비율에 따라 두 군으로 분류하였다: I군(대퇴골 길이의 10%를 신연한 군), II군(대퇴골 길이의 20%를 신연한 군). 두 군 사이에서 대퇴골 신연부위의 골경화 기간은 통계학적으로 유의적인 차이를 보이지 않았다(p=0.25). 두 군의 60%에서 골신연부위의 내반변형이 발생하였으며, I군에 비해 II군에서 보다 높은 내반각 변형을 관찰할 수 있었다. II군의 30%에서 대퇴골 내측관절융기에서 퇴행성 관절염 소견이 나타났다. 골신연을 중단했던 10마리의 토끼에서 핀 빠짐 5두, 골절 2두, 골수염 3두의 합병증이 나타났다.
대퇴골 근위부의 기하학적 형상은 대퇴골 경부 골절과 중요한 상관관계를 가지고 있는 것으로 보고되고 있다. 기존의 연구에서는 인장실험법과 유한요소해석법을 이용하여 상관관계를 분석해왔다. 그러나 이 방법들은 인체의 미리 정의된 대퇴골 형상을 변경할 수 없고, 다수의 시험편들을 확보하기 어렵기 때문에 다양한 시험편과 모델을 적용할 수 없다는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 대퇴골 골절 해석에 폭넓게 사용할 수 있도록 매개변수로 기하학적 형상 변형이 가능한 대퇴골 모델을 이용하여 대퇴골 골절과 형상 매개변수의 관계를 분석하였다. 이 관계를 분석하기 위하여 4가지 주요 매개변수(대퇴골두 직경, 대퇴경부 직경, 대퇴경두간 길이, 대퇴경간각)를 이용하여 다양한 해석 모델을 생성하여 유한요소해석을 수행하였다. 이 후 대퇴골두에서의 반력(reaction force)과 경부에서의 응력 분포(stress distribution)를 분석함으로써 유한요 소해석을 수행하였고, 대퇴경부 직경이 대퇴골 경부 골절에 가장 큰 영향을 미치고 대퇴골두 직경이 가장 작은 영향을 미치는 결과가 나타났다.
대퇴골 전염각의 정확한 측정은 정형외과 분야에서 중요한 의미를 가지며, 원위 대퇴골의 양과부를 횡단하는 면에 대하여 대퇴골 경부의 장축이 전방으로 기울어진 축면상의 각도이다. 대퇴골부와 슬개골부를 전산화단층촬영한 영상을 측정하고 있는 기존의 CT 영상의 대퇴골 측정법을 대신하여 다양한 Pulse sequence를 이용한 자기공명영상으로 PACS Image viewer에서 성인 남자 $28{\sim}36$세를 대상으로 대퇴골 전염각을 측정하였다. 오른쪽 대퇴골 전염각의 T2강조영상은 $18.5{\sim}45.4^{\circ}$, T1강조영상 $18.9{\sim}25.6^{\circ}$, 경사에코 $18.7{\sim}26.0^{\circ}$, 지방억제기법 $21.3{\sim}24.9^{\circ}$, 왼쪽 대퇴골 전염각의 T2강조영상은 $19.2{\sim}24.3^{\circ}$, T1강조영상 $18.8{\sim}24.5^{\circ}$, 경사에코 $20.1{\sim}25.6^{\circ}$, 지방억제기법 $20.0{\sim}25.3^{\circ}$로 측정되었고, 오른쪽과 왼쪽 대퇴골 전염각의 이원배치 분산분석에서 모두 유의한 차이가 있었다(p<0.05). 수 작업 방법의 대퇴골 전염각 측정에 비해 Image Viewer 프로그램에서는 마우스를 이용한 측정으로 편리하였고, MR 영상은 CT 영상에 비해 다양한 Pulse sequence를 선택적으로 적절한 촬영기법을 사용하여 대퇴골 전염각 측정에 유용하였다.
본 논문에서는 대퇴골의 3D 메쉬 모델에 대해 원통형 좌표계(cylindrical coordinate system)를 생성하는 방법을 제안한다. 원통형 좌표계는 대퇴골 메쉬의 방향에 따라 장축 및 단축을 결정한 뒤, 대퇴골을 포함하는 원통(right circular cylinder)을 계산하여 생성된다. 실험을 통해, 생성된 원통형 좌표계에서 균일하게 생성한 삼각형 메쉬(triangular mesh)를 대퇴골 메쉬에 투사한 결과를 보인다.
대퇴골은 사람의 뼈 중 가장 길며 체중을 지탱하는 골격체로 대퇴골간은 긴 파이프 모양이면서 안에 해면골이 거의 없어서 골절이 발생되면 재생이 어렵다. 사고로 인하여 발생되는 대퇴골의 골절은 골간부가 가장 높은 빈도로 발생한다. 골절의 수술방법은 골수강에 IM Nail을 삽입하여 골절부위를 고정하는 IM Nailing이다. 수술 시 대퇴골의 중심으로 진입하지 못하면 2차 골절 등의 피해가 발생하기도 한다. 본 연구에서는 수술 전 대퇴골의 CT IMAGE을 이용하여 3D 프린터로 환자 맞춤형 대퇴골을 제작하여 골수강으로 IM Nailing 시뮬레이션을 할 수 있도록 하였다. 수술 중 발생할 수 있는 2차적 손상을 방지 하고 시간 단축, 정밀한 수술을 할 수 있을 것이다.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제26권4호
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pp.363-368
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2000
불화나트륨의 전신적인 투여가 백서골의 기계적, 조직학적인 특성에 미치는 영향을 알아보고자 0, 1, 5 및 50ppm의 불소를 6주간 투여한 다음 백서 대퇴골을 채취하여 대퇴골 전체의 압축 강도, 대퇴골 경부의 전단 강도를 만능압축시험기로 측정하고 대퇴골 횡단면 조직 슬라이드를 제작하여 피질골 및 골수강의 두께와 면적을 광학현미경과 image analyzer 등으로 측정한 결과는 다음과 같다. 1. 실험 6주간 불소 투여에 의한 백서 체중에 있어서 각 군간에 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다. 2. 6주간의 불소 투여시 대퇴골 전체의 압축강도는 대조군에 비해 1 및 5ppm 투여군에서 증가하다가 50ppm 투여군에서는 오히려 현저하게 감소하였다. 3. 대퇴골 경부의 전단 강도역시 대조군에 비해 1 및 5ppm군에서는 증가되다가 50ppm군에서는 감소되었으나 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다. 4. 피질골의 두께와 면적 역시 대조군에 비해 5ppm 투여군까지는 증가하다가 50ppm 투여군에서는 현저히 감소되었다. 5. 골수강의 두께와 면적은 대조군에 비해 불소투여군 모두에서 통계적으로 유의하게 증가되었다. 이상의 결과로 미루어 볼 때 상수도수불소화에 사용되는 1ppm의 불소 농도에서는 백서 대퇴골의 기계적인 압축강도가 증진되고 조직형태학적으로도 피질골의 두께가 증가됨으로 인하여 동일한 하중에서도 골의 파절에 대한 저항 능력을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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