[THA] hip joint biomechanics; 고관절 동역학

hip joint anatomy

아래의 그림에서 hip joint를 이루는 femoral head, acetabulum 등의 해부학적 위치와 모양을 확인할 수 있음

hip joint anatomy

 

joint forces

• Normal hip은 lever-arm 구조로 이해할 수 있음
• Hip center는 두 반대되는 힘의 fulcrum (받침점)으로서의 역할

hip joint forces에 대한 설명

hip joint forces에 대한 설명

• 이러한 구조로 인해 body weight (체중)이 클수록 hip joint에 걸리는 힘에 불균형이 발생
• obesity (비만)과 hip arthritis (고관절 관절염)의 이론적 상관관계
• 사람이 어떤 활동을 할 때, joint reactive force의 값은 달라짐
• 예를 들어 체중을 기준으로 걷기는 2.5배, 조깅은 6배, 달리기는 8배의 힘이 가해짐
• clinical hip degeneration의 상황들은 아래와 같음

1. the (femur) head begins to collapse, the (femur) neck shortens
   : femur head부분의 bone에 문제 발생
2. the abductor mechanism loses tension causing weakness and pain
   : abductor muscle 부분에 문제 발생

 

joint forces와 implant

• first modern hip reconstruction는 Dr. Charnley에 의해 수행됨
• deepening the acetabulum (shortens Lever arm #1)
• performing a troch-slide osteotomy (lengthen Lever arm #2)
• hip reconstruction은 restoring the anatomical geometry에 초점을 맞춘 방법이며 아래의 두 가지를 고려함

1. the hip placing the acetabular component (비구면) in a low and medial position to restore the center of rotation
   : 비구면 부분을 낮은 내측 위치에 배치하여 회전 중심의 복원
2. selecting a femoral stem that will restore offset (maximizing tension of the abductors) and leg length
   : tension of the abductors의 장력을 최대화하면서 다리의 길이를 보전하는 femoral stem을 선택

초기의 hip joint implant에 대한 설명과 이를 처음 시도한 Dr. Charnly

hip joint implant의 구성

 

Pelvic tilt

• Acetabular orientation은 고정되어 있지 않음
• dynamic relationship between the pelvis (골반) and the lumbosacral spine (요추)
   : sagittal balance를 위해 앉거나 일어설 때 예측 가능한 방식으로 움직임

sagittal balance에 대한 설명

• pelvic tilt and sacral slope are dynamic pelvic parameters (change with body position)
   : 자세에 따라 변하는 pelvic tilt and sacral slope
• 자세에 상관없이 pelvic tilt + sacral slope = Pelvic Incidence ... static! 
• Pelvic Incidence = a fixed number in adults
   : 전반적인 body balance를 나타냄

standing 및 stting 상태에서의 pelvic tilt

• 자세에 상관없이 pelvic tilt + sacral slope = Pelvic Incidence
• different positions (sitting, standing, lying down)
   : 우리의 몸은 Pelvic Incidence를 유지하기 위해 pelvic tilt and sacral slop를 지속적으로 변경 

Pelvic Incidence 계산의 예시

• 서있는 경우(standing) : pelvic tilt 이 작고 sacral slope 가 큼
• 앉아있는 경우(sitting) : pelvic tilt 이 크고 sacral slope 가 작음

standing 및 sitting에 따른 Pelvic Incidence 계산의 예시

• pelvic tilt의 증가는 Acetabular Anteversion를 증가시킴
  : at a rate of 1.0° pelvic tilt to 0.7° of anteversion
• Acetabular Anteversion의 증가는 anterior impingement을 막을 수 있음
  : femoral head to lever out posteriorly

hip joint anatomy와 anterior impingement에 대한 설명

Acetabular Anteversion 계산 방법 설명

• SS and PT는 같은 양만큼 변화하여 PI를 유지함 (pelvic tilt = PT; sacral slope = SS; Pelvic Incidence = PI)
• THA 이후 앉을 때 anterior impingement로 인한 posterior dislocation이 일어나지 않게 하는 것이 중요함
   : lumbo-pelvic segment가 필요
• 동시에 Lumbar Fusion은 피해야 함
   : reduces lumbo-pelvic motion and risks THA dislocation

lumbo-pelvic segment과 Lumbar Fusion에 대한 설명

• the measurements to describe the orientation of pelvic으로는 PI, SS, PT가 있으며 아래와 같이 설명할 수 있음

1. Pelvic incidence (PI)
    : the main axis of sagittal balance of the spine (ranges 48° - 53° )
2. Sacral slope (SS)
    : the angle of the sacrum
    : Angle between Line 1 (line parallel to sacral promontory) and Line 2 (a horizontal reference line)
3. Pelvic Tilt (PT)
    : the angle of the pelvis
    : Angle between Line 1 (center of Sacral promontory to Hip center) and Line 2 (a vertical reference line)
    : With normal sagittal balance (PI), the PT should be < 22°

 

Reference

• Lembeck, B., et al., Pelvic tilt makes acetabular cup navigation inaccurate. Acta Orthop, 2005. 76(4): p. 517-23.
• https://hipandkneebook.com/tha-chapters/2017/3/1/basic-hip-n
• https://www.jointteam.com/total-hip-joint-replacement
• https://boneandspine.com/hip-biomechanics/
• https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Acetabular_anteversion_of_hip_prosthesis.jpg
• https://www.fyzical.com/columbia-sc/Injuries-Conditions/Hip/Hip-Issues/Femoroacetabular-Impingement-of-the-Hip/a~6416/article.html
• https://mskneurology.com/really-assess-lumbar-lordosis-dispelling-fallacy-anterior-pelvic-tilt/
• https://www.peterfrelinghuysenmd.com/posterior-lumbar-fusion-orthopedic-spine-surgeon-new-york.html
• https://teachmeanatomy.info/lower-limb/joints/hip-joint/

Posterior Lumbar Fusion New York | Degenerated Discs Staten Island, New York

How to really assess lumbar lordosis - Dispelling the myth of anterior pelvic tilt

Femoroacetabular Impingement of the Hip

File:Acetabular anteversion of hip prosthesis.jpg - Wikimedia Commons

Total Hip Joint Replacement Surgery - Fort Myers Hip Doctors

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Hip Biomechanics and Its Clinical Uses | Bone and Spine

The Hip Joint - Articulations - Movements - TeachMeAnatomy