- 환자 악안면 모델링·환자맞춤 절골가이드·환자맞춤 골접합판 개발…정확성·안정성 입증

- 한국형 CASS 프로그램 FACEGIDE System 구축…3년간 33명 환자 추적관찰 결과

[왓처데일리]한림대학교성심병원 구강악안면외과 양병은 교수는 국내 최초로 디지털 양악수술에 사용할 한국형 컴퓨터 가상수술 프로그램(CASS:Computer-Aided Surgical Simulation) FACEGIDE System을 개발하고, 개인별 골 고정 보형물 환자맞춤 골접합판(FACE-PLATE)을 제작해 수술에 적용했다.

양병은 교수는 캐드캠(CAD-CAM)기술, 3D프린팅 기술 등 최신 복합의학술기를 접목해 직접 제작한 환자의 악안면 모델링에 환자맞춤 절골가이드, 환자맞춤 골접합판을 이용한 초정밀 디지털 양악수술법을 개발하고 정확성과 안정성을 입증했다..

양악수술은 얼굴의 골절수술이나 재건수술과는 달리 원래 턱이 없던 공간에 분리한 얼굴뼈 골편을 옮겨 새로운 얼굴형을 만드는 고난도 수술이다. 부정교합, 얼굴 비대칭이 심하거나 상악골을 하방으로 내려야 하는 경우 얼굴 변형이 심한 환자는 가상수술 결과와 실제수술과의 오차범위가 클 수 있다. 이 때문에 집도의 숙련도에 따라 수술의 성패가 좌우되는 고난도 수술로 해부학적 지식, 풍부한 경험을 가진 숙련의의 집도가 필수다.

일반적 양악수술은 컴퓨터 3차원 이미지상에서 골 이동량 등의 계획을 세우고, 악골 절단을 한 후 각 골편을 움직인다.. 이때 집도의는 크기별로 규격화하여 대량 생산한 기성품 골접합판 중에 환자에게 맞는 모양과 크기를 골라 구부리거나 조정한 후 골 표면에 맞춰보고 골접합판 홀에 맞게 구멍을 낸 후 나사로 고정한다. 수술 후 환자는 부정교합이 충분히 개선되지 못하고 얼굴의 비대칭이 남거나 없던 비대칭이 생기기도 하고, 신경 손상이 남는 등 부작용의 위험성이 높다.

하지만 디지털 양악수술은 수술전 진단에 필요한 환자의 얼굴과 똑같은 3DCT 이미지에 치아 3D 이미지를 합쳐 얼굴 골격 모델링(Virtual Face)을 디자인한다. 환자 정보를 데이터화한 다음 3D시뮬레이션(가상수술)에 적용하고 그 정보를 바탕으로 개인별 환자맞춤 절골가이드와 골접합판를 만들어 사용한다.

특히, 환자의 골 절단 전에 Screw Hole Guide를 이용하여 미리 Screw Hole을 형성하고 환자의 Virtual Face정보가 담긴 Guide를 이용해 골 절단을 시행한다. 이때 Virtual Face에 담긴 환자 정보는 개인별 골 고정 환자맞춤 골접합판(FACE-PLATE)에 데이터로 저장돼, 골편을 골접합판에 정확히 맞춰 오차 없이 가상수술과 똑같은 실제 수술 결과를 얻는다.

환자맞춤 골접합판(FACE-PLATE) 수술시간 단축·정확성·안정성 입증

양악수술의 발전을 가져온 개인별 환자맞춤 골접합판(FACE-PLATE)은 FACEGIDE기반 3D프린팅과 밀링기계를 이용해 특정 환자의 구강내 움직인 골절편의 외형에 정확히 맞게 그 형태와 크기를 디자인해 만든다. 이 때문에 기존 규격화된 상태로 공급된 골접합판과는 달리 골편 형태에 따라 다시 구부리거나 조정할 필요 없이 수술 시 골편에 밀착해 정확하고 안정적인 장점을 갖고 있다.

이 수술법은 한국형 디지털 의학기술에 근거한 국내 최초로 얼굴 턱뼈 수술에 적용했고, 개인별 환자맞춤 절골가이드와 환자맞춤 골접합판이 식약처 허가 후 세계 유수 학술지에 게재됐다. 또한 건강보험심사평가원에 치료재로로 등재돼 진단가이드부터 수술까지 가능하다. 이미 공동연구를 시행한 구강임플란트 회사에서는 독보적인 디지털기술로 네비게이션 임플란트 시술에 적용했으며, 세계 유수의 다국적 의료관련 대기업에서 비슷한 방식을 개발하고 있다.

양병은 교수는 2015년부터 2017년까지 33명의 개인별 환자맞춤 골접합판을 사용한 디지털 양악수술 환자를 대상으로 수술 후 1년 이상 추적관찰 결과를 얻었다. 환자는 부정교합 재발, 치아손상, 신경이상, 턱관절 장애 등과 같은 합병증 없이 만족했다.

관련 연구는 SCIE급 국제학술지 '환경 연구 및 공중보건(International Journal of Environmental Research and Public Health) 2018년 12월호 세부 section: Evolution of Dentistry에 하악관절 부위를 추적 조사한 결과(대개 양악수술 후 관절 위치를 잘못 잡으면 문제가 생기는 경우가 많다)와 세계적인 스프링거 네이쳐의 자매지 ‘BMC oral health’ 2019년 1월호 Digital Dentistry section에 상악골 이동 후 정확성과 장기안정성 부분을 조사한 연구가 게재됐다.

취업을 앞둔 20대 여성 A씨는 상악과 하악의 위치가 어긋난 안면비대층 환자로 부정교합이 심해 심미적 문제뿐 아니라 저작기능 이상으로 만성 위염과 두통을 호소하며 내원했다.  비대칭은 어느 한 가지 원인으로 유발되는 것이 아니라 선천적, 후전적 다양한 요인에 의해 생긴다.

A씨는 얼굴의 좌우길이가 다르고 씹을 때 얼굴이 틀어질 만큼 턱관절 모양이 비대칭으로 컴퓨터시뮬레이션 가상수술을 통해 위턱뼈를 바르게 위치시키고, 아래턱을 위턱의 치아에 맞춘 후 좌우 하악관절부의 과두를 재위치 시켜 비대칭을 개선하는 수술 계획을 세웠다.

A씨의 디지털 양악수술은 안면부를 CT촬영(그림1a) 후, 얼굴 골격 모델링 Virtual Face(그림1b)를 만들고 가상수술(그림1c)을 진행했다.. 가상수술에서 환자에게 꼭 맞는 골 고정용 환자맞춤 골접합판(그림1d)을 디자인했다. 끝으로 환자맞춤 골접합판에 상응하는 Screw Hole을 정보를Virtual Face에 옮긴 후 골전단량과 Screw Hole정보를 갖는 환자맞춤 전골가이드(그림1e)를 바탕으로 3D프린팅을 이용해 제작해 수술장으로 보낸 후 가상수술과 똑같은 디지털 양악수술을 시행해 가상수술과 똑같은 실제 수술 결과를 얻었다.

양병은 교수는 “지금까지 턱얼굴악안면외과수술 결과는 온전히 집도의의 경험과 숙련도에만 의존해 왔다면 디지털 양악수술의 새로운 수술법은 예측성·정확성·안정성을 입증한 수술 결과를 얻었다”며 “컴퓨터상에서 계획된 대로 뼈를 자를 수 있는 환자맞춤형 가이드와 뼈를 고정할 수 있는 개인별 환자맞춤 골접합판의 개발은 향후 골절수술이나 신체 어느 부위에도 사용할 수 있다”고 설명했다. 이어 “기존의 수술법은 훌륭한 외과의와 치과교정과의사에 의해 좋은 결과를 얻어왔지만, 상대적으로 심한 얼굴기형의 환자에서 새로운 수술법이 적용된다면 초정밀 수술이 이뤄질 수 있을 것”이라고 말했다.

양 교수는 “향후 환자 맞춤형 보형물 개발은 재료 및 다양한 방식을 통해 많은 환자에게 안정적으로 적용될 것”이라며 “이 기술은 얼굴뼈의 결손부위에 인공보형물을 맞춤형으로 만들어 삽입하는 수술에도 적용될 수 있고, 향후 환자맞춤형 금속판을 3D프린팅 생체흡수형 재료로 바꾸는 연구를 진행할 예정”이라고 말했다.

한편, 양병은 교수는 한림대학교 의과대학 치과학교실 주임교수, 한림대학교 임상치의학대학원장 및 한림대학교성심병원 치과 임상과장으로 재직중이다. 대한치의학회 신의료담당 자재이사, 대한구강악안면외과학회 기획이사, 대한악안면성형재건외과학회 의료신기술위원장직을 맡아 활발히 활동중이다.