Baseplate의 회전 배열 기법과 관련된 기존 연구들은 환자의 CT 영상을 통하여 baseplate 회전 배열이 정확히 확보되었는지에 대한 신뢰성 평가에 국한되어 연구가 진행되었을 뿐, 생체역학적 특성 및 임상적 효능 평가에 대한 연구는 미비한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 현재 임상에서 주로 사용되고 있는 회전 배열 기법과 최근에 제시된 회전배열 기법의 생체역학적 특성을 평가하고, 이를 바탕으로 생체역학적 특성 근거에 기반한 최적의 baseplate 회전 배열 기법 개발 방향을 제시하고자 하였다.
환자의 CT Image를 이용하여 3차원 경골 모델을 복원하였으며, 일반적인 TKA 수술 가이드라인을 따라 경골 수술 모델을 만들었다. 또한, 연구에 사용한 TKR (LOSPA)은 환자의 경골 형태에 맞게 고려되었습니다. Baseplate의 배열은 3가지의 회전 배열 기법(tibial tuberosity 1/3 line technique, tibial tuberosity end line technique, anterior cortex line technique)을 고려하였다. 각각의 모델에는 실질적인 생리적 하중과 경계조건을 적용하여 유한요소 해석을 수행하였다. 유한요소모델의 정확한 검증을 위하여 동일한 조건의 기계적 시험을 통해 얻은 변형률 값과 이전 연구에서 얻는 접촉압력 값을 비교하여 검증하였다.
유한요소해석과 기계적 실험의 변형률 결과는 94.7 ± 5.6%로 높은 정확도를 보였다. 또한, 굴곡 각도가 증가할수록 접촉압력이 증가하는 특성은 이전 연구 결과와 일치하였다. Baseplate의 회전 배열 기법에 따른 경골 내 주응력 흐름은 경골 근위부에서는 전반적으로 서로 유사하였으나, 경골 원위부로 갈수록 서로 차이를 보였다. 이러한 특성 변화는 baseplate 회전 배열 기법에 의한 baseplate 위치 차이에 의한 것을 확인할 수 있었다. 골 재형성에 영향을 주는 임계 변형률 이하 영역의 분포에서는 anterior cortex line 회전 배열 기법, tibial tuberosity 1/3 line 회전 배열 기법, tibial tuberosity end line 회전 배열 기법 순서로 높게 분포되었다. baseplate 회전 배열 기법에 따른 임계변형률 이하의 변형률 분포 특성 차이는 baseplate와 경골 치밀골 사이의 접촉 특성 차이로 발생된 것을 확인 할 수 있었다. 골 시셈트의 PVMS 결과에서는 tibial tuberosity 1/3 line 회전 배열 기법이 가장 많은 ACLs 동작에서 골 시멘트의 항복응력을 초과하는 특성을 보였다. 이는 경골 내측과와 외측과에 적용된 하중의 차이와 baseplate와 경골 피질골 사이의 접촉 면적에 의한 것을 확인 할 수 있었다. 미세거동에서는 anterior cortex line 회전 배열 기법이 가장 낮은 미세거동을 보였으며, 이는 적용된 하중에서 baseplate와 경골 피질골의 전반적인 접촉 면적에 의한 안정성이 주된 영향을 미치는 것을 확인 할 수 있었다.
본 연구 통해 얻어진 결과, 최근에 개발되어진 anterior cortex line 회전 배열 기법은 골 시멘트의 PVMS와 baseplate의 주대와 골 시멘트 접촉면 사이의 미세거동 특성 관점에서 우수하여 다른 두 기법들과 동등 또는 우수 할 것으로 판단된다. 또한 생체역학적 특성을 근거로 최적의baseplate 회전 배열 기법 개발에 있어서는 baseplate의 위치, baseplate와 경골 피질골과의 접촉 면적과 같은 접촉 특성이 주요 파라미터(parameter)로써, 이러한 변수들을 조절하여 새로운baseplate 회전 배열 기법을 개발 하여야 할 것으로 사료된다.