초음파 영상기법과 동작 분석을 이용한 뇌성마비 환아의 하퇴삼두근의 내적 구조 평가

Abstract

[한글]

하퇴삼두근은 발목의 족저굴곡을 유발하는 주동근으로써 근섬유 분포뿐만 아니라 구조적 배열에 있어서도 그 특성에 차이를 보이는 가자미근과 내, 외측 비복근으로 구성되어 있다. 첨족 보행을 보이는 편마비 환아의 하퇴삼두근 연장술은 일반적으로 고식적인 Silverskiold 검사에 의해 결정되는데 검사자의 주관적인 경험에 의존하는 경우가 현실이다. 하퇴삼두근을 구성하는 세 근육이 주어진 운동과제에 따라 특징적으로 그 기능을 수행하고 복잡한 건 구조를 동반하는 점을 고려할 때 현재 사용되는 술식 결정법은 보다 객관적인 방법으로 발전되어야 할 것이다. 따라서 본 연구에서는 초음파 검사를 이용하여 슬관절과 족관절의 조건에 따른 근육의 미세구조의 차이를 정량적으로 분석하고, 첨족 보행에서 3차원 동작분석을 통하여 하퇴삼두근의 역동적 변화의 차이를 분석하여 뇌성마비 환아를 대상으로 한 Silverskiold 검사를 보완, 대체할 하퇴삼두근 연장술의 생역학적 근거 및 치료 기준을 제시하고자 한다.총 10명의 편마비 환아가 연구대상이었으며 모든 환아는 Silverskiold검사 상 음성으로 아킬레스 건에서의 연장이 필요하다고 판단되었다. 남아가 6명, 여아가 4명이었으며 검사 당시 평균연령은 7년1개월 (5년~10년1개월) 이었다. 동 연령대의 정상아 10명을 선발하여 대조군으로 하였다. 정상아의 평균 연령은 6년7개월 (5년2개월~8년)이었으며 남아가 6명 여아가 4명이었다. 편마비 환아와 정상환아 간의 연령 및 성비에는 통계학적으로 유의한 차이는 관찰되지 않았다. 제 1 군(Group I, 편마비 환아의 환측, 10예)과 제 2 군(Group II, 편마비 환아의 건측, 10예) 그리고 제 3 군(Group III, 정상아, 20예)의 결과를 비교하였다. 3차원 보행분석을 통하여 운동형상학적 지표(kinematic data)와 운동역학적 지표(kinetic data), 근-건 길이변화를 분석하였다. 슬관절, 족관절의 운동형상학적 변화와 운동역학적 변화는 시상면(sagittal plane)에서 측정하였다. 재구성된 근-골격 모델을 이용하여 하퇴삼두근(triceps surae muscle-tendon complex)과 반막양근(semimembranosus)의 비례 근길이와 근속도를 측정하였다. 초음파를 이용한 측정은 Accuvix XQ？ (5~12Mhz, 40mm)를 이용하여 시행 하였다. 내, 외측 비복근(Gastrocnemius)과 가자미근(Soleus)의 근섬유속 길이(fascicle length), 근섬유 정렬각(pennation angle)을 측정 하였다.편마비 환측군에서 정상군보다 입각기 중 내, 외측 하퇴삼두근의 최대 길이가 감소되어 있었으나 편마비 건측 군과는 뚜렷한 차이가 관찰되지 않았다. 편마비 환측군에서 내, 외측 하퇴삼두근 및 반막양근의 최대 수축 속도가 감소되어 있었다. 편마비 환측군의 외측 비복근의 근섬유속 길이가 슬관절 0도와 45도 굴곡 및 족관절 30도 족저굴곡 시에 제 3 군보다 길게 측정되었다. 편마비 환측군의 외측 비복근의 근섬유 정렬각이 모든 관절의 각도에서 정상군보다 감소되어 있었으며, 내측 비복근의 근섬유 정렬각은 슬관절 45도 굴곡 시에만 정상군보다 감소되어 있었다. 편마비 환측군에서 외측 비복근의 두께가 슬관절 0도-족관절 15도 족저굴곡, 슬관절 45도-족관절 15도 족저굴곡, 슬관절 90도-족관절 30도 족저굴곡 시에 정상군보다 감소되어 있었다. 슬관절 신전 시에 편마비 환측군의 내, 외측 비복근의 심부 근막의 변화가 정상군보다 감소되어 있었다. 족관절 족저굴곡 15-30도 운동 시에는 각 군간 심부 근막의 변화에서 차이가 관찰되지 않았다.뇌성마비에 의한 근위축의 영향을 가장 많이 받는 근육은 외측 비복근으로 생각된다. 또한 정상군과의 비교 결과 외측 비복근은 근섬유속 길이는 길고 근섬유 정렬각과 두께는 감소된 상태로 생각된다. 같은 관절 조건하에서는 편마비 환아의 내, 외측 비복근의 근섬유 정렬각이 정상군보다 감소되어 있었다. 즉, 편마비 환아에서 족관절 족저굴곡 상태의 비복근의 근섬유 정렬각은 이미 정상아에서 족관절 중립 위의 상태와 유사하며, 편마비 환아에서 족관절 중립 위에서의 근섬유속의 상태는 정상아의 족관절 배부 굴곡상태와 같기 때문에 더 이상의 배부 굴곡이 불가능하다. 또한 이러한 모델 하에서는 같은 족관절 운동범위, 즉 족저굴곡 15도-30도에서는 비복근의 심부 근막의 이동거리에 차이가 없으나, 정상아에서 배부 굴곡 10도까지 심부 근막이 이동한 거리와 비교하였을 때는 두 군간 차이가 나타났던 본 연구의 결과에도 일치한다. 비복근의 심부 근막에 해당하는 부위 혹은 아킬레스 건의 연장이 적합하다고 생각된다.편마비 환아에서는 비복근의 근섬유 정렬각이 같은 관절 조건하에서 정상아보다 감소되어 있으며, 심부 근막의 이동에는 차이가 없었다. 족관절 배부 굴곡의 호전을 위해서는 Silverskiold 검사 상 음성인 환아에서는 아킬레스 건의 연장이 효과적일 것으로 생각된다.

[영문]

The most common ankle deformity in patients with cerebral palsy is ankle equinus deformity. The treatment of ankle equinus is the lengthening of triceps surae and the choice of surgical method was decided by Silverskiold test. Silverskiold test was effective in the model with independent muscle, but in vivo, the spasticity of gastrocnemius was affected by the spasticity of soleus and the differences of the strain between muscle and tendon affect to the spasticity of triceps surae. For application of Silverskiold test in patients with cerebral palsy, the changes of micro-architecture of the spastic triceps surae in accordance with knee joint angle should be proved. The purpose of this study is analysis of the changes and differences of micro-architecture of triceps surae in cerebral palsy and suggestion of the guide line for the lengthening of triceps surae.Ten children with spastic hemiplegia were recruited and age-matched 10 normally developing children were recruited for comparison. Ultrasonography and 3-dimensional gait analysis was used. The fascicle length, pennation angle, muscle width and changes of deep aponeurosis were measured. Sagittal kinetic and kinematic data were reported and the percent muscle length and velocity of gastrocnemius-soleus complex and semimembranosus were recorded. The data of paretic, non-paretic and normal were compared.Percent muscle length and velocity of the gastrocnemius-soleus complex were short in paretic group. Fascicle length of the lateral gastrocnemius in paretic group was measured longer and pennation angle of the lateral gastrocnemius in paretic group was measured smaller than those of normal group. During ankle plantarflexion from 15 degrees to 30 degrees, the changes of deep aponeurosis was not different significantly between groups, but during ankle motion at possible range in each group, the changes of deep aponeurosis was increased in normal group.At the same knee and ankle joint angle, pennation angle of the lateral gastrocnemius in hemiplegia was more decreased than normal children. From the neutral position of the ankle, pennation angle of lateral gastrocnemius in normal children was more decreased following ankle dorsiflexion, but in hemiplegia, pennation angle of lateral gastrocnemius was already decreased than normal children, so further ankle dorsiflexion is impossible. This model can explain the differences in the changes of deep aponeurosis during full ankle motion and no significant differences in the changes of deep aponeurosis during same degrees of ankle motion.Pennation angle of lateral gastrocnemius is decreased in hemiplegia and the changes of deep aponeurosis during same degrees of ankle plantarflexion were not significantly different between normal and hemiplegia. For improvement of gait in Silverskiold negative hemiplegia, heel cord lengthening is a more appropriate procedure.