Changes of Contributors of Coronal Limb Alignment After Open Wedge High Tibial Osteotomy : Effect of Joint Space Changes on Postoperative Alignment

Abstract

Background We aimed 1) to assess 3 major variables [femoral condylar orientation (FCO), tibia plateau inclination (TPI) and knee joint space tilt angle (JTA)] which would mainly contribute to overall limb alignment in patients undergoing medial open-wedge high tibial osteotomy(HTO) and compare the variables with those of normal knees, 2) to assess the changes of the 3 variables after HTO, and to compare the actual correction amount with the amount computed based on the two planning methods (Dugdale and Miniach methods), 3) to find the factors associated with the amount of JTA changes, and 4) to find factors associated with categories of final alignment after HTO.

Materials and Methods We assessed 66 patients undergoing open-wedge HTO (HTO group) and 160 normal knees (control group). The weight loading line (WLL), FCO, TPI, and JTA were measured on whole limb standing anteroposterior (AP) radiographs in all the subjects preoperatively. Additionally, same measurement was performed in the HTO group postoperatively, then the differences of the variables between the pre- and post-HTO were calculated. The amount of correction based on the two planning methods (Dugdale and Miniach methods) were computed, and compared with the actual correction angle calculated using TPI difference. In terms of categories of final alignment, WLL ratio within ±5% from the target WLL were classified as ideal correction, more than +5% as overcorrection and less than -5% as undercorrection. The factors associated with amount of JTA change by HTO were analyzed using the multivariate regression analyses with backward method, and the factor associated with over- and/or undercorrection was investigated using logistic regression analyses.

Results Compared with the control group, all the variables were more varus than the HTO group, preoperatively (P < 0.001 in all). Particularly, JTA of the HTO group was more than 3 fold of that of the control group (4.1° vs. 1.2°, P < 0.001). After HTO, besides the change of TPI, JTA also decreased by 2 degree on average. The amount of JTA change was larger in patients with more preoperative varus alignment and larger preoperative JTA, preoperatively (B = -0.19, P = 0.006, and B = -0.28, P = 0.001, respectively

R2 for regression model = 0.361). In comparison between Dugdale and Miniach methods, the correction amount computed by Miniachi method was significantly larger than by Dugdale method (8.6° and 9.7°, P = 0.028). Between the two methods, angle computed by Dugdale method was more close to actual amount of correction (8.6° vs. 8.9°, respectively). In terms of categories of final alignment, 37 knees (56%) were classified as ideal correction and 29 knees (44%) as overcorrection. There was no knee classified as undercorrection. Among the radiographic variables evaluated except postoperative WLL, the change of JTA differed significantly between the ideal correction group and the overcorrection group (1.5° and 3.0° respectively, P < 0.001). Conditional logistic regression analysis showed that an overcorrection was associated with the amount of JTA changes (odds ratio = 3.04, P = 0.002).

Conclusion We found that three major variables determining overall coronal alignment was more varus in the HTO group than the control group. Particularly, JTA of the HTO group significantly contributed to the varus limb alignment, and the JTA decreased by 2° on average after HTO which could result in additional valgus realignment effect after HTO. Even though more preoperative varus alignment and more preoperative tilt of JTA were found to be associated with larger change of the JTA after HTO, accurate estimation of the JTA change may not be possible due to low R2 value. Planning of target angle by Miniachi method showed significantly larger angle than that of Dugdale method. Therefore, if JTA change was not considered, Miniachi method could increase risk of overcorrection after HTO. Development of new method which could estimate the change of JTA more accurately would be warranted via further studies.

배경 본 연구는 개방형 경골 근위부 절골술을 시행받는 환자에서 1) 관상면 하지 정렬에 기여하는 3가지 주요 변수를 평가하고, 2) 수술 후 3가지 변수의 변화 및 실제 교정 각도와 술 전 Dugdale 방법과 Miniach 방법을 이용하여 계산한 계획 각도의 차이를 비교하며, 3) 술 후 관절간격의 기울기의 변화 정도와 관련된 인자들을 분석하고, 4) 수술 후 하지의 최종 정렬 상태와 연관된 인자를 알아보고자 한다.

대상 및 방법 내측 개방형 경골 근위부 절골술을 시행받은 66명의 환자와 정상 대조군으로 160명의 환자를 대상으로 하여 연구를 진행하였다. 기립 전하지 전후면 방사선 사진을 이용하여 체중 부하선과, 원위 대퇴 경사도, 경골 고평부 경사도, 슬관절간격의 기울기를 측정하였고, 환자군에서 수술 전 상태와 수술 후 상태, 그리고 환자군에서 수술 전 상태와 정상 대조군의 상태를 비교하였다. 수술 후 슬관절간격의 기울기에 변화에 기여하는 인자들에 대해 분석을 시행하였다. 또한, 수술 전 Dugdale 방법과 Miniach 방법을 이용하여 교정각도를 계산하였고, 이를 실제 교정된 각도와 비교하였다. 수술 후 체중 부하선이 원래 목표했던 체중 부하선과의 차이가 5% 이내인 경우를 적절한 교정으로 보았고, 목표했던 체중 부하선에 비해 5% 이상 외반인 경우를 과교정, 5% 이상 내반인 경우를 저교정으로 정의하였으며, 이상교정된 경우에 이에 기여하는 인자들에 대해 분석하였다.

결과 정상 대조군과 비교하였을 때 3가지 변수가 환자군에서 모두 유의하게 내반되어 있었다. 특히 관절간격의 기울기는 대조군에 비해 3배가 넘는 차이를 보였다. (환자군: 4.1°, 대조군 : 1.2°, P<0.001) 수술 후에는 경골 고평부 경사도의 변화 외에도 관절간격의 기울기가 평균 2도 감소하였다. 수술 전 교정각도의 계산을 위한 Dugdale 방법과 Miniach 방법을 비교하였을 때, Miniachi 방법으로 계산한 교정각이 Dugdale 방법으로 계산한 값에 비해 유의하게 컸다.(각각 9.7° 와 8.6°, p = 0.028). 또한 실제 교정각도는 8.9°로 Dugdale 방법으로 계산한 값에 더 근접하였다. 관절간격의 기울기는 수술 전에 내반 정도가 클수록 그리고, 수술 전 관절간격의 기울기가 더 내반되어 있을수록 수술 후의 그 변화량이 더 큰 경향을 보였다(β = -0.19, p = 0.006 and β = -0.28, p = 0.001, respectively

R2 for regression model = 0.361). 수술 후 정렬 상태를 평가하였을 때 총 29 명의 환자(44%)에서 과교정이 되었으며, 저교정된 환자는 없었다. 적절하게 교정된 군과 과교정된 군간에 인구학적 요소들과 하지의 정렬에 기여하는 해부학적 인자들에는 유의한 차이가 없었으나, 관절간격의 기울기의 변화량에는 유의한 차이가 있었으며, 과교정된 군에서 그 변화량이 유의하게 더 컸다(각각 1.5° 와 3.0°, p<0.001). 회귀분석을 시행하였을 때, 관절간격의 기울기 변화량이 클수록 과교정의 위험도가 유의하게 증가하였다(Odds ratio = 3.04, p = 0.002)

결론 본 연구에서는 대조군에 비하여 환자군의 3가지 주요 관상면 정렬 기여 변수가 모두 다 내반되어 있었으며, 특히 관절간격의 기울기가 환자군에서 내반 정렬에 상대적으로 큰 기여를 하고 있음을 알 수 있었다. 내측 개방형 경골 근위부 절골술 후에 관절간격의 기울기가 감소하여 결국 평균 2도의 추가적인 외반 교정효과가 발생함을 알 수 있었으며, 이는 수술 전 내반 변형의 정도와 관절간격의 기울기와 연관이 있었다. 하지만 추정 회귀식의 수정된 결정 계수 값이 낮아 관절간격 기울기 변화를 만족스럽게 예측할 수는 없었다. 수술 전 교정각도를 계산할 때 Miniachi의 방법으로 계산한 값이 Dugdale 방법으로 계산한 값보다 유의하게 컸으며, 이론적으로는 Miniachi 방법이 더 타당해 보이지만 관절간격의 기울기를 고려하지 않는 경우 과교정의 위험이 더 큰 것으로 사료된다. 따라서, 과교정의 위험성을 조금이나마 줄이기 위해서는 관절간격의 변화에 대한 고려가 필요하다. 향후 관절간격의 기울기의 변화를 보다 정확하게 추정할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.