Superior pylon reconstruction to decrease superior translation of humerus for massive irreparable rotator cuff tears : A simulation study
광범위 회전근개 파열 환자의 상완골의 상방 전이량 감소를 위한 상부 파일런 재건술 : 시뮬레이션 연구
- 주제어 (키워드) Massvie irreparable rotator cuff tear , Superior-inferior translation of the humerus , Superior pylon reconstruction , 광범위 회전근개 파열 , 상완골의 상하방 전이 , 상부 파일런 재건술
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 신충수
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000069957
- UCI I804:11029-000000069957
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
The superior translation of the humerus is known as a major sign of massive irreparable rotator cuff tears and one of the major symptons of shoulder impingement syndrome. Therefore, various surgical techniqes are targeted to decrease superior translation of the humerus. Superior capsule reconstruction (SCR) is a widely used surgical technique for treating massive irreparable rotator cuff tears. However, SCR is technically demanding and time-consuming. Therefore, there’s a growing need for a new surgical technique for massive irreparable rotator cuff tears. The purpose of this study is to evaluate SPR’s effect of increasing shoulder joint range of motion (ROM) and prove its biomechanical mechanism of decreasing superior translation of the humerus. Total four different shoulder joint models (Intact, rotator cuff tear, SPR, and SPR no contact models) were constructed. Full rotator cuff muscles were activated in intact model while supraspinatus and infraspinatus were deactivated in rotator cuff tear model. Cable composed of passive elastic elements were constructed which connecting superior part of glenoid labrum and greater tuberosity of humerus in SPR model. Contact between humerus and cable was deactivated in SPR with no contact model. To obtain shoulder joint kinematics, total 10 male subjects participated in experiment. Each subject implemented abduction in the scapular plane. Calculated muscle force of deltoids and rotator cuff muscles from obtained kinematics were used as input of current shoulder joint models. ROM, superior-inferior(SI) translation of the humerus, and contact force between the humerus and cable & glenoid labrum during abduction motion were compared between four models. In SPR model, ROM increased by 89.7º (p < 0.05), and superior translation of humerus decreased by 2.7mm (p < 0.05) compared with the rotator cuff tear model. In case of SI-translation of the humerus, during 0 ~ 21º abduction angle, humeral head migrated superiorly 4.8mm. During 21 ~ 31º, humeral head kept its position nearly constant. During 31 ~ 54º humeral head migrated inferiorly 1.1mm, and after 54º, humeral head migrated superiorly 1.5 mm until full abduction achieved. Cable tension linearly decreased during 0 ~ 47º. And after 47º, cable tension nearly disappeared. Contact force between cable and humerus acted inferiorly during 21º~45º, but contact force disappeared after 45º. Contact force between glenoid labrum and humerus acted inferiorly during 21 ~ 87º, decreased during 21 ~ 30º, and increased during 30 ~ 54º. During 54 ~ 87º, contact force between glenoid labrum and humerus decreased. After 87º direction of contact force reversed. 0 ~ 21º abduction angle, cable tension could decrease superior translation of humerus by changing the total force vector acting on humerus to medially. After 21º, cable could depress the humerus to the center of glenoid which resulted glenoid labrum to decrease superior translation of humerus. This results imply that cable tension could change the total force vector at the initial stage of abduction. After this initial stage, cable and glenoid labrum contact force between the humerus could depress the humeral head. Thus, the superior translation of the humerus seems to be decreased by the biomechanical mechanism mentioned above. In conclusion, SPR could restore shoulder joint ROM of massive irreparable rotator cuff tears and decrease superior translation of the humerus effectively.
more초록 (요약문)
상완골의 상방전이는 광범위 회전근개 파열 환자들 사이에서 나타나는 대표적인 어깨관절 이상거동으로서 어깨충돌증후군의 증상 중 하나이다. 현재 많은 술기법들이 이러한 상완골의 상방 전이량을 감소시키는데 그 목적을 두고 있다. 상방 캡슐 재건술은 현재 광범위 회전근개 파열 환자들을 치료하기 위해 널리 사용되는 술기법 중 하나이다. 하지만 상방 캡슐 재건술은 그 술기 난이도가 높고 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 이러한 이유로 현재 광범위 회전근개 파열 환자를 위한 새로운 술기법에 대한 요구가 높아지고 있다. 이번 연구의 목적은 상방 파일런 재건술의 어깨 관절 가동범위 회복 효과에 대해 평가하고, 상완골의 상방 전이량을 감소시킬 수 있는 바이오역학적 메커니즘을 밝히는데 있다. 정상, 회전근개 파열, 상방 파일런 재건, 그리고 상방 파일런 재건 노 컨택트 모델을 구성하였다. 정상 모델은 모든 회전근개가 정상적으로 작동하며 회전근개 파열 모델은 그 중 극상근과 극하근이 작동하지 않았다. 상부 파일런 재건 모델의 케이블은 유연체로 만들어졌으며 관절와 상부와 상완골 대결절을 이어주었다. 상부 파일런 재건 노 컨택트 모델은 상완골과 케이블 사이의 접촉힘이 비활성화 되어 있다. 어깨 관절 거동을 얻기 위하여 총 10명의 남성 피험자가 실험에 참여하였다. 각 피험자는 견갑면 상에서 어깨 외전을 시행하였다. 획득한 어깨 관절 거동에서 계산한 삼각근과 회전근개근의 근력을 현 모델의 입력값으로 사용하였다. 4개 모델 사이의 가동범위, 상완골의 상하방 전이량, 그리고 거동 중 상완골과 캐이블, 그리고 관절와 오목 테두리 사이의 접촉힘을 비교하였다. 상방 파일런 재건 모델은 회전근개 파열 모델에 비해 가동범위는 89.7º (p < 0.05), 그리고 상완골의 상방 전이량은 2.7mm (p < 0.05) 감소하였다. 상완골의 상하방 전이량의 경우 외전 각도0 ~ 21º 사이에서 상완골은 상방으로 4.8mm 이동하였다. 외전 각도 21 ~ 31º 사이에서는 상완골은 그 위치를 거의 일정하게 유지하였다. 외전각도 31 ~ 54º 사이에서는 상완골은 하방으로 1.1mm 이동하였으며 그 이후로는 외전이 종료될 때 까지 상방으로 1.5mm 이동하였다. 케이블의 장력은 외전각도 0 ~ 47º 사이에서 선형적으로 감소하였으며 그 이후로는 거의 나타나지 않았다. 상완골과 관절와 오목테두리 사이의 접촉힘은 외전 각도 21 ~ 87º 사이에서는 하방으로 작용하였다. 외전 각도 21 ~ 30º 사이에서는 감소하였으며 30 ~ 54º 사이에서는 증가, 그리고 54 ~ 87º 사이에서는 다시 감소하였다. 외전 각도 87º 이후로는 접촉힘의 방향이 반전되었다. 외전 각도 0 ~ 21º 사이에서는 케이블의 장력이 상완골에 작용하는 힘의 방향을 상방에서 내측으로 바꿔 상완골의 상방 전이량을 감소시킨 것으로 해석할 수 있다. 외전 각도 21º 이후로는 케이블이 상완골을 관절와 중심 방향으로 눌러주어 관절와 오목 테두리가 상완골의 상방 전이량을 감소시키는 결과로 이어진 것으로 보인다. 해당 결과는 케이블의 장력이 외전 초기 시 합력의 방향을 바꿔주는 것을 암시한다. 그 이후로는 케이블과 관절와 오목 테두리와 상완골 사이의 접촉힘이 상완골두를 위에서 설명한 메커니즘에 따라 눌러주게 된다.결론적으로, 상부 파일런 재건술은 광범위 회전근개 파열 환자의 어깨관절 가동범위를 회복 시키고 상완골의 상방 전이량을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
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