3D 프린팅 광대 재건, 3D Fit PMMA의 적용과 한계

1. 성형외과 영역에서의 활용 : 광대재건 (1)

지금까지 연재에서 3D 프린팅 기술을 활용한 사각턱 재건의 다양한 case를 통해 그 가능성과 한계를 설명하였다. 이번 연재에서는 외상에 의한 광대 변형과 광대 축소술 후에 발생한 광대의 변형을 3D Fit 안면조소술로 재건, 복원하는 다양한 case에 대해서 소개하고자 한다.

광대재건은 결손이 발생한 광대 부위를 정상 구조로 회복시키는 개념으로 시행되며, 가능하면 보형물 사용을 최소화 하거나 남아 있는 자신의 뼈로 시행 하는 것이 이상 적이다. 교과서적인 방법은 자가골이 부족할때 다른 부위에서 뼈를 채취하여, 부족한 결손 부위에 뼈를 이식하는 방법이 사용되어 왔으나, 이러한 방법은 공여부(Donor Site)의 또다른 문제를 남기게 되고, 수여부(Recipient site)에서는 뼈의 흡수가 일어나 적절한 형태를 최종적으로 얻을 수 없는 단점이 있고, 결정적으로 3차원 구조적으로 적합한 디자인을 하기 어려운 단점이 있다.

이러한 지금까지의 문제를 보완하기 위해서는 3차원 구조적으로 잘 조각된 자가 뼈조직 또는 인공뼈조직, 생체 적합 보형물을 통해서 결손 부위를 채워주는 방식이 이상적이다. 하지만, 앞서 설명한대로 자가골 또는 뼈로 전환되는 인공뼈 재료는 흡수가 불규칙하게 일어나고 뼈로의 전환이 일정하지 않고, 최종적으로 변환된 뼈는 단단한 뼈가 아닌 부스러지는 형태의 약한 뼈로 전환 되는 경우가 대부분이었다.

따라서, 자가골로의 전환이 일정하거나 예측가능하고, 전환이 이뤄진 후 뼈의 물성이 남아있는 뼈와 같이 단단하고 형태를 유지할 수 있는 재료의 개발이 필요한 상태이다. 또한 3차원 구조적으로 적합한 보형물을 위해서는 3D 프린터로 출력할 수 있는 소재의 개발 또한 필요한 상태이다.

현재 실현 가능한 방법과 재료를 통해서 그간 시행해온 광대재건 case를 통해서 3D프린팅 기술의 가능성과 한계를 살펴보고자 한다.

먼저 미용목적으로 시행된 광대 축소술후에 발생한 과교정 및 광대부위 불유합과 뼈흡수로 인해 발생한 함몰변형을 교정하기 위해 시행한 재건 case를 소개하고자 한다.

좌측은 광대 축소술후 흔히 말하는 45도 광대부위의 함몰이 발생한 모습이며, 우측은 3D Fit PMMA 보형물을 통해서 함몰 부위를 교정한 예 이다.

실제 영상과 사례에서 확인한 핵심 내용

우측 사면 3D CT 모습에서 좌측의 재건 전 모습에서 뼈의 회전과 불유합, 흡수에 의한 갭이 관찰되며, 이러한 뼈의 함몰은 실제 모습에서도 푹 꺼진 모습을 나타내게 된다. 3D Fit PMMA 보형물을 통한 재건후의 모습에서 1mm 미만의 보형물 경계가 관찰되지만, 전체적으로 매끈하게 함몰 부위가 교정된것을 확인할 수 있다.

좌측 사면 3D CT에서 역시 우측면보다 정도는 덜하지만, 광대 과교정에 의한 함몰 변형과 뼈의 결손 부위가 관찰되며, 3D Fit PMMA 보형물로 적절하게 복원된 모습을 확인할 수 있다.

두번째 case는 두번에 걸친 광대 축소술후에 광대뼈의 흡수나 불유합은 없지만, 45도 광대의 볼륨이 사라지면서 밋밋한 인상을 주는 환자에게 시행된 예이다. 대부분 이러한 경우 지방이식이나 필러 주입 등의 방법으로 환자의 욕구를 해결해 주는 것이 대부분이었지만, 이러한 방법들은 근본적으로 흡수라는 문제에서 자유롭지 못한 단점이 있다. 기존의 보형물을 통한 수술은 환자의 뼈 굴곡면과 딱맞는 보형물 제작이 불가능하고, 이동과 변위, 경계부위에서 만져지는 등의 부작용으로부터도 자유롭지 못한 한계가 있다. 하지만, 3D 프린터를 활용한 보형물 제작은 이러한 보형물의 제작이 가능하고, 이동및 변위, 경계부위 굴곡으로 부터 자유로운 장점이 있다.

우측 사면 3D CT모습에서 환자분의 불만 사항인 45도 광대에 볼륨을 주는 3D Fit 보형물이 삽입된 모습이 확인된다. CT스캐너, 프린터의 오차 및 보형물 제작시 최소 두께로 인해 3D CT상에서 경계부위가 관찰되지만, 1mm 미만의 오차로 굴곡없는 보형물 제작및 삽입이 가능하다.

원문 사례를 통해 본 판단과 한계

좌측 사면 3D CT모습에서도 함몰 부위에 적절하게 삽입된 3D Fit PMMA 보형물이 관찰된다.

세번째 case는 최초 광대 축소술 후에 환자의 불만족으로 새로운 절골라인을 통한 광대축소 재수술을 시행한 후 발생한 광대 함몰 변형의 예이다. 재건 수술 전 좌측 3D CT에서 좌측의 광대 체부 는 두번의 절골로 인해 가운데에 위치한 골편이 하방으로 변위가 일어나고, 절골라인 주변으로 뼈손실이 발생한 모습이 관찰된다. 실재 겉모습에서도 울퉁불퉁한 45도 광대부위의 함몰변형이 관찰되었다.

아래쪽에서 본 3D CT 모습에서 함몰 변형된 광대 부위가 대칭성을 확보하면서 재건된 모습을 확인할 수 있다.

좌측 사면 3D CT 모습에서도 보형물이 함몰 부위와 결손 부위를 적절히 보완해주고 있는 모습이 관찰된다. 아치부위에서 보이는 약간의 들뜸 현상이 관찰되지만, 1mm 미만의 오차로 겉 모습에서는 티가 나지 않는 모습이다.

우측 사면 3D CT에서도 하방 변위와 골흡수가 발생한 광대체부부위가 적절히 재건된 모습이고, 상악 lateral buttress 부위의 뼈 결손도 재건된 모습을 관찰할 수 있다.

마지막으로 광대뼈 축소 수술 후 발생한 뼈 결손이 양측 광대 체부에 발생한 환자의 예이다. 광대 축소술시 광대 축소량을 극대화 하려는 의도로 체부의 뼈 조각을 제거하는 경우가 종종 있는데, 이 경우 고정이 불안정 하면, 불유합이 발생하고, 위 사진처럼 광대갭이 굉장히 넓게 생겨, 결과적으로는 45도 광대 부위에 겉으로 표시되는 함몰 변형을 호소하게 되는 경우가 발생한다. 이 경우 장골이나 늑골, 두 개골등을 이용한 자가골 이식이 전통적인 해결 방법이었으나, 그 결과는 예측이 불가능하고, 흡수가 많아 제한적으로 시행되었고, 환자의 만족도 역시 굉장히 낮은 수준이었다. 3D프린터를 활용한 3D Fit PMMA 보형물은 위 사진에서 보듯이 결손부위의 복잡한 형태에 딱 맞는 보형물 제작이 가능하기에 효과적이다. 물론, 현재 사용하고 있는 재료는 단순 보형물로 남아 있는 자가골과 유합이 일어나거나 자가골로 치환되지 않는 단점을 가지고 있다. 재료와 3D 프린팅기술이 더욱 발전하게 된다면, 이러한 문제도 가까운 시일내에 극복 되리라 생각된다.

다음 연재에서는 외상에 의한 광대 변형 및 골결손 환자에게 시행한 3D 프린터로 제작한 금속 티타늄(Titanium) 보형물을 이용한 예 에 대해서 심도깊게 소개하겠다.