cage · 2016. 11. 24. · 단일 나사형 cage를 이용한 후방 요추체간 융합술과...

J Korean Neurosurg Soc/Volume 30/July, 2001 883

KISEP Clinical Researches J Korean Neurosurg Soc 30：：：：883-890, 2001

단일 나사형 Cage를 이용한 후방 요추체간 융합술과

두개의 나사형 Cage를 이용한 PLIF의

생체 역학적 비교*

가톨릭대학교 의과대학 신경외과학교실,1) 한림대학교 의과대학 신경외과학교실,2)

Spine Research Institute, SUNY Health Science Center, Syracuse, NY3)

박춘근1)·황장회2)·지 철1)·권성오1)·성재훈1)·최승진1)·이상원1)

김문규1)·박성찬1)·조경석1)·박춘근1)·Hansen Yuan3)·강준기1)

= Abstract =

Posterior Lumbar Interbody Fusion Using Posterolateral Placement of A Single Cylindrical Threaded Cage and Two Regular Cages：：：：A Biomechanical Study

Choon Keun Park, M.D.,1) Jang Hoe Hwang, M.D.,2) Chul Ji, M.D.,1) Sung Oh Kwun, M.D.,1) Jae Hoon Sung, M.D.,1) Seung Jin Choi, M.D.,1) Sang Won Lee, M.D.,1) Moon Kyu Kim, M.D.,1) Sung Chan Park, M.D.,1)

Kyeung Suok Cho, M.D.,1) Chun Kun Park, M.D.,1) Hansen Yuan, M.D.,3) Joon Ki Kang, M.D.1)

Department of Neurosurgery,1) Medical College, The Catholic University of Korea, Suwon, Korea Department of Neurosurgery,2) Hallym University College of Medicine, Chuncheon, Korea

Spine Research Institute,3) SUNY Health Science Center, Syracuse, NY, USA

bjectives：An in vitro biomechanical study of posterior lumbar interbody fusion(PLIF) with threaded cage using two different approaches was performed on eighteen functional spinal units of bovine lumbar spines. The

purpose of this study was to compare the segmental stiffnesses among PLIF with one long posterolateral cage,

PLIF with one long posterolateral cage and simultaneous facet joint fixation, and PLIF with two posterior cages.

Methods：Eighteen bovine lumbar functional spinal units were divided into three groups. All specimens were tested intact and with cage insertion. Group 1(n=12) had a long threaded cage(15×36mm) inserted posterolaterally

and oriented counter anterolaterally on the left side by posterior approach with left unilateral facetectomy. Group

2(n=6) had two regular length cages(15×24mm) inserted posteriorly with bilateral facetectomy. Six specimens from

group 1 were then retested after unilateral facet joint screw fixation in neutral(group 3). Likewise, the other six

specimens from group 1 were retested after fixation with a facet joint screw in an extended position(group 4).

Nondestructive tests were performed in pure compression, flexion, extension, lateral bending, and torsion.

Results：PLIF with a single cage, group 1, had a significantly higher stiffnesses than PLIF with two cages, group 2, in left and right torsion(p

단일 나사형 Cage를 이용한 후방 요추체간 융합술과 두개의 나사형 Cage를 이용한 PLIF의 생체 역학적 비교


Conclusion：Posterior lumbar interbody fusion with a single long threaded cage inserted posterolaterally with unilateral facetectomy enables sufficient decompression while maintaining a majority of the posterior elements. In

combination with a facet joint screw fixation, adequate postoperative stability can be achieved. We suggest that

posterolateral insertion of a long threaded cage is biomechanically an ideal alternative to PLIF. KEY WORDS：PLIF·Single posterolateral cage·Biomechanics.

서 론

Posterior lumbar interbody fusion(PLIF)는 척추관협

착증과 신경공협착증에 동반된 척추 불안정성 질환에 대한

치료방법중에 하나이다. 자가골을 사용한 PLIF에 비교하여

나사형 cage를 이용한 PLIF은 그 원리면에서 몇 가지 명확

한 이론적인 장점을 가지고 있다. 즉, 디스크 공간을 넓히고

아래위의 종판안으로 나사를 돌리듯이 삽입하므로써 수술

직후의 탄성도를 증가시킨다. 또한 이식골이 cage를 통해

서 혹은 cage주위로 자라 들어가므로서 장기적인 분절 안

정성을 유지한다. 그리고 측후방 골융합술시 장골에서부터 다

량의 골편을 채취하는 것과 관계된 문제점들을 감소시킨다.

또한 디스크 높이를 넓혀 유지하면서 이식골 탈출과 디스크

높이 감소 위험을 최소화 시킬수 있다. 마지막으로 추가적

인 내부고정 없이 추체간 융합을 이룰 수 있다2).

그러나 임상적인 측면에서 후방에서 적절한 크기의 두 개

의 cage를 삽입하는 것은 적지 않은 위험성이 따른다. 즉

수술중 신경손상의 잠재적 위험성이 있고 수술직후의 융합

분절의 탄성에 좋지 않은 영향을 미친다. 즉 이 수술은 광범

위한 후궁절제술은 물론 양측의 후관절제거술을 피하기 어

려운 경우가 자주 있는 데 생체역학적인 측면에서 후관절은

해당분절의 굴곡과 회전을 억제하는 역할을 하기 때문에 후

관절의 결손은 수술직후의 분절의 탄성을 감소시킨다6).

문헌고찰4)11)15)에 의하면 두 개의 cage를 삽입하는 수술

이 성공적으로 이루어져 왔다. Chang의 보고4)에 의하면

25명의 전방경유 추체간 융합술을 35추체간에 사용했는데

나사형의 cage를 사용하였고 모든 환자에서 수술후 2년에

견고한 골융합을 이루었다고 한다. 또한 236명의 다기관 전

향적 연구에서 Ray11)는 나사형의 티타늄 cage를 사용한

PLIF 수술에서 안정성과 융합율, 그리고 임상적 성과를 평

가한 결과 수술후 2년 추적검사에서 208명중 96%에서 골

융합을 얻었다고 발표했다. 그러나 몇몇 연구에서는 부정

적인 결과를 보고하기도 했다. 송아지와 인간의 척추를 사

용한 한 연구에서 Tencer12)는 두 개의 cage를 후방에서

삽입하는 것은 한 개의 cage를 후방에서 삽입하는 것에 비

해서 회전력에 감소를 일으켰다고 결론을 지었는데 그 이유

는 두 개의 cage를 삽입하므로써 한 개의 cage를 삽입하

는 것보다 더 많은 후관절을 손상시키기 때문이다. 또 다른

in vitro 연구에서 시행한 Abumi 연구1)에 의하면 양측 후

관절 완전 제거술은 정상적인 척추에 비교해 볼 때 전방굴곡

에서 63%의 운동 증가를 유발시켰고 회전 운동에서 106%

의 운동증가를 유발시켰다. 한 개의 나사형 cage를 삽입하

는 것은 두 개를 삽입하는 것에 비해서 더 적은 해부학적

구조물을 손상시키기 때문에, 이번 실험에서 저자들은 한쪽

후관절 절제술을 통해 단일 cage를 후측방에서 삽입하여

PLIF를 시행하였다. 이 연구의 목적은 단일 후측방 cage를

이용한 PLIF와, 단일 후측방 cage와 동시적 후관절 고정술

을 시행한 PLIF, 두 개의 후방 cage삽입을 시행한 PLIF 사

이에서 분절간 탄성도(안정성)를 비교하는 데 있다.

방법 및 재료

1. 생체 역학적 실험

송아지의 기능적 척추 단위(T13-L1, L2-L3, and L4-

L5)가 이 실험에서 사용되었는데 이 송아지의 뼈는 사람의

기능적 척추단위와 형태학적인 면, 기하학적인 면, 운동학적

인 면, 그리고 골밀도에서 유사성을 가진다7)14). 송아지로부

터 척추를 채취하여 영하 20°보관하고, 사용 전에 척추를

냉장고에서 꺼내어 16시간 내지 18시간동안 실내온도에서

녹인 후에 근육과 혈관들을 조심스럽게 제거를 하고 뼈와

인대조직들만을 남겨 놓았다. 단일 기능적 척추 단위(Func-tional Spinal Unit；이하 FSU)를 잘라내어 사용하였다. 이

것은 디스크와 후관절 그리고 연결하는 인대를 포함하는 두

개의 척추로 이루어져 있다. 세 개의 나사못을 FSU의 상

단과 하단 척추체 안에 박은 후 고정액으로 채워진 고정기

안에다 단단하게 고정을 시켰다. 각각의 FSU 종축 위치를

X-Ray 전, 후상과 측면상을 이용하여 알아냈다. 녹이는 과

정과 각각의 테스트 사이에 기다리는 동안 모든 피검체는

생리식염수로 적셔진 거즈로 감싸 놓아 FSU가 늘 축축하

박춘근·황장회·지 철·권성오·성재훈·최승진·이상원·김문규·박성찬·조경석·박춘근·Hansen Yuan·강준기


게 젖은 상태로 유지 하였다. 비파괴적인 실험으로 진행되

었는데 MTS(Material Testing System)시스템을 사용하

여 부하 조절하에 측정하였다. 실험은 순수 압축, 후굴, 전굴,

좌우 측굴 그리고 좌-우측 회전을 통해서 하였다. 20초 주기

의 전처치 부하후 각각의 검사가 시행되며 한 검사당 5회의

검사 결과가 주기적으로 수집되었다. 순수 압축을 위하여 각

각의 FSU는 0~300N 사이의 힘이 가해졌고, 그 힘은 X-

Ray에서 측정된 종축을 따라서 가해졌다. 후굴과 전굴 그리

고 좌-우 측굴을 유발시키기 위하여 0~300N 사이의 사이

클 모양의 힘을 종축에서 1.5cm 뒤쪽 혹은 앞쪽의 가하여 각

각의 사이클에 대하여 4.5Nm 회전력을 만들었다. 좌우측 회

전을 위하여 50N의 압축력을 지속적으로 가한 상태로 4.5

Nm의 사이클형의 회전력을 부하 조절 하에 가했다.

부하량, 변형, 비틀림, 각의 결과는 검사중 눈금지에 출력

되고, 결과분석을 위해 개인용 컴퓨터에 기록 되었다. 각각

의 피검체는 손상되지 않은 상태로 검사된 후, 무작위로 선택

되어 기구 고정 후 다시 반복 검사되었다.

제 1 그룹은(개체수=12) 길이 15×36mm의 단일 나사 모

양 cage가 단측 후관절절제술, 단측 후궁절제술 후, 후방 접

근법을 통하여 반대측 전측부를 향해 추간판 공간을 가로지

르는 상태로 삽입된다. 기구 삽입점과 방향은 상-하부 인접

pedicle의 연결선 위에 있으며 전측부로 45°향한다. 45°

cage삽입을 정확하게 하기 위하여 고정액에 잠겨있는 피검체

의 윗부분에 그려 놓는다.

길이와 크기를 맞춘 distraction plug를 이용하여 상하 양

측의 종판을 동측에서 반대측 전측부를 향해 추간판을 가로

지르는 형태로 삽입 후 같은 방향으로 종판을 갈아 낸다.

cage는 삽입되는 추간판의 뒤쪽 경계보다 2mm 깊이로 삽

입한다.

제 2 그룹은(개체수=6) 양측의 후관절절제술과 후궁절제술

후, 후방에서 전방으로 정규 길이 cage(15×24mm)를 삽

입했다(Fig. 2).

Fig. 1. AP(A), lateral(B), and obli-que(C) radiographs of a bovinetest specimen with a single longthreaded cage in place.

Fig. 2. AP(A) and lateral(B) radio-graphs of the bovine test specimenwith two threaded cages in place.

AAAA BBBB CCCC

AAAA BBBB



그룹 1의 6개의 검체는 후관절 고정 스크류를 중립위치로

고정하여 제 3 그룹을 형성하고 다시 위에서의 실험을 시행

한다. 이것들과 같은 방식으로 나머지 6개의 검체도 신전상

태에서 후관절 스크류를 고정하여 제 4 그룹을 이룬다.

모든 검사의 결과는 아무 처리를 안한 상태에서 측정된 결

과를 대조군으로 하여 보정된다. 그리고 모든 검사의 결과는

결과분석과 통계 소프트웨어를(LabView；National inst-rument, Austin, TX, and StatView；Abacus Concepts,

Berkley, CA) 이용하여 처리된다. 전굴과 후굴, 좌-우측굴

운동에 대한 탄성도는 순수 압축력이 200N과 300N사이에

서 계산되고 회전은 3.5N과 4.5N 사이에서 계산되었다. 5개

의 사이클 중 마지막 3개의 사이클을 평균화 하여 탄성도를

산출한다. 각각의 검체는 기구고정 이전과 이후의 비율을 계

산하여 그룹들간의 비교를 위하여 사용된다.

통계적 검사는 이 실험과 무관한 통계학자에 의하여 반복

분산 분석(repeated-measures analysis)을 하였으며, 신

뢰도는 95%로 하였다.

2. 수술 방법

후방 경유 단일 나사형 cage의 삽입법을 시행하기 위하여

1구의 신선한 사체를 이용하였다. 사체의 자세는 경막외

정맥압을 줄이고 복강압박을 피하기위해, 또 요추부의 전굴

을 유지하기위하여 Andrew씨 고정대위에 90°무릎 굽힌

자세를 취하게 한다.

정중선의 피부를 절개하고 척추 주위 근육들을 척추에서

분리하여 척추관절 외측으로 당겨 관절과 척추후궁이 노출

되도록 한다. 우선 일측 후궁절제를 한후, 일측 후관절 절제

를 시행한다. 그 다음 신경근을 넓게 노출시키고 동측의 척

추간 공간을 노출시킨다. 이때 협착증의 적절한 감압이 동

시에 이루어 질 수 있다. 지혈을 위하여 surgicel을 위-아

래쪽 추간판 공간에 삽입하고 경막과 신경근을 내측과 외

측으로 밀어낸다. 이후, 정중선에서 10~12cm 떨어진 피부

에 2cm의 피부절개후 drill tube를 관절면을 향해 밀어 넣

는다(Fig. 4). 마지막으로, 나사형 cage를 삽입시켜 수술을

마친다.

결 과

일곱 가지 생체 역학 검사의 탄성도 값은 Fig. 5에 보이는

Fig. 3. AP(A) and lateral(B) radio-graphs of the bovine test speci-men with a single cage combinedwith facet screw fixation in neutralposition.

Fig. 4. A diagram to show the placement of single long cage.After unilateral facetectomy and hemilaminectomy, the duraand superior nerve root were displaced medially and laterallyrespectively to produce adequate space for postero-lateralinsertion of cage.

AAAA BBBB



Fig. 5. A：Mean segmental stiffness±standard deviation(normalized to intact spine stiffness) in seven loading directions: pure compression. B：Mean segmental stiffness±standard deviation(normalized to intact spine stiffness) in seven loading directions： extension. C：Mean segmental stiffness±standard deviation(normalized to intact spine stiffness) in seven loading directions: flexion. D：Mean segmental stiffness±standard deviation(normalized to intact spine stiffness) in seven loading directions：left bending. E：Mean segmental stiffness±standard deviation(normalized to intact spine stiffness) in seven loading directions：right bending. F：Mean segmental stiffness±standard deviation(normalized to intact spine stiffness) in seven loading directions：left torsion. G. Mean segmental stiffness±standard deviation(normalized to intact spine stiffness) in seven loading directions：right torsion. PLIF with a single cage, group 1, had a significantly higher stiffnesses than PLIF with two cages, group 2, in left and righttorsion(p



바와 같다.

1. 단일 후측방 cage와 두개의 후방 cage삽입술의 비교

단일 후측방 cage에 의한 후고정술은 두개의 정규 cage

에 의한 후고정술보다 좌-우측 회전 변형에 월등히 뛰어난

탄성도를 가지고 있다(p



몇몇의 실험에서는 다른 결과들이 주장되기도 했다. Bro-dke3)등은 나사형 cage가 정상의 척추의 탄성도를 전굴과 후

굴에 대하여 배가시킴을 발견했고, 이식골편만을 사용했을 때

보다 이 구조가 4배의 탄성도를 가짐을 발견했다. Oxland10)

등은 송아지 척추를 이용한 실험에서 나사형 cage를 삽입한

척추분절이 정상의 척추보다 전굴에서 거의 5배의 탄성도

증가를 보이는 사실을 관찰했다. Wilder는 baboon 실험에서

나사형 cage가 정상보다 전굴에 대해 213%, 후굴에 대하여

334%의 탄성도 증가를 보였다13) 이들 결과의 차이는 탄성

도의 정의와 측정방법에 기인한다고 할 수 있다.

나사못을 이용한 후관절고정술은 비교적 어렵지 않은 술

기이며 요추부 재건술에 자주 이용되어 왔다. 금번 연구에서

는 반대쪽의 후관절절제술에 기인한 후관절의 불안정성을

교정하기 위하여 이용되었다. 단일 cage를 이용한 PLIF와

후관절 고정술의 동시시술은 후굴과 회전 운동에 대한 탄성

도를 유의하게 증가시킨다. 중립자세의 관절고정과 신전상

태의 후관절고정술에서도 탄성도의 차이가 발견되었다. 검

체를 신전상태로 유지하며 나사못을 사용한 후관절절제술

을 시행한 경우 정상의 척추와 단일 cage를 이용한 PLIF

보다 전굴에 대하여 유의한 탄성도의 증가를 볼 수 있었다.

또한, 유의하지는 않지만 후굴, 우굴, 우측 회전운동에서도

탄성도 증가를 보였다. 이런 차이는 아마도 우측관절의 상측

과 하측의 관절면 사이의 골 접촉을 이루게 하며 후척추인

대의 긴장을 증가시키기 때문이라 생각된다. 더욱이 이 신전

상태의 관절고정은 척추의 정상적인 후만을 유지시켜 줄 수

있다.

기술된 수술적 접근방법은 외측부 추간판탈출증에 이용

되는 술기와 유사하다. 이 방식은 양측의 신경근과 경막을

볼수있고 확인할 수 있다. 더욱이 이는 후측부로의 적당한

크기의 cage의 삽입을 가능하게 하며 척추관 협착증, 단측

척추공 협착증, 퇴행성 척추골 전전위증 등에서 대부분 감압

효과를 볼 수 있다. 이 수술법의 금기로는 양측의 감압술이

필요한 양측 척추공 협착증과 기왕의 수술로 인한 경막 유

착, 유착성 지주막염등이 있다. 이 방법에서의 기구 삽입부위

는 추간판의 후외측 구석이므로 cauda equina를 약간 견

인하고 시술이 가능하나 삽입중 윗쪽의 신경총을 보호하기

위해 조심스럽게 당겨야하고 관련된 신경의 적절한 이완을

위하여 위쪽 척추경을 일부를 제거할 경우도 있다.

임상적으로, cage의 크기와 길이는 최대한의 골융합을 얻

기 위해 신중히 고려하여 선택하여야 한다. 단일 긴 나사형

cage는 정규 두개의 cage삽입보다 골융합 면적이 약 1/3

가량 적다. 만약 골융합을 위하여 추가의 면적이 필요하다고

판단될 경우, cage를 삽입하기 전에 이식 골편이 밀려나오

거나 붕괴하지 않도록 전측방으로 부가적인 골편이식을 시

행한다.

송아지의 요추는 역학적으로 사람의 요추와 유사성을 보

여 다양한 척추 기구의 연구에 있어 많이 이용되어 왔다. 하

지만, 실험실적 동물실험의 한계를 주지하고 있는 것이 중요

하다. 송아지의 추간판은 사람에 비해 높이가 낮고 종판은

미숙한 상태이다.

이러한 한계점에도 불구하고 이번 실험은 후측부 삽입술

을 통한 단일 긴 나사형 cage가 기존의 두개의 cage사용의

경우보다 생체 역학적으로 월등한 유리한 점을 가짐을 보

여주고 있다. 단일 긴 나사형 cage와 기존 정규 크기의 단일

나사형 cage사이의 생체 역학적인 차이는 조사되지 않았다.

임상적으로 긴 나사형 cage는 기존 정규길이의 cage보다

부하면이 넓고 안쪽으로의 골 성장의 가능성이 있는 면적

도 넓다고 볼 수 있다. 부가적인 관절고정술은 생체 역학적

인 장점을 증대하고 신전상태일 때는 요추 후만을 유지시

킬 수 있다.

결 론

이번 연구에서는 송아지 뼈를 이용하여 후측방 긴 나사형

cage와 두개의 기존 정규 cage이용한 후방 접근법의 수술

직후의 척추 안정성 비교를 시행하였다. 후측방 긴 나사형

cage와 단측 후관절 절제술에 의한 후방 요추 융합술을 통

해 대부분의 후측 요소를 유지하면서 충분한 감압이 가능하

였고 후관절 나사못의 동시 사용으로 적정한 안정성을 가

짐을 볼 수 있었다.

• 논문접수일：2001년 3월 12일 • 심사완료일：2001년 5월 24일 • 책임저자：이 상 원

442-060 경기도 수원시 팔달구 지동 93 가톨릭대학교 의과대학 신경외과학교실

전화：031) 249-7193, 전송：031) 245-5208

E-mail：[email protected]

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