국내 최초 환자 맞춤형 디지털 양악수술법 개발돼

한국형 CASS 프로그램 FACEGIDE System 구축

환자 악안면을 모델링한 후 환자 맞춤 절골가이드 및 골접합판을 이용한 초정밀 디지털 양악수술법이 국내 최초로 개발됐다.

이를 개발한 한림대성심병원 구강악안면외과 양병은 교수는 해당 수술법을 실제 수술에 적용한 결과, 컴퓨터 시뮬레이션과 동일한 성과를 얻었다고 4일 전했다.

◆ 부작용 높은 양악수술, 디지털 양악수술로 정확성 · 안전성 제고

양악수술은 얼굴의 골절수술이나 재건수술과는 달리 원래 턱이 없던 공간에 분리한 얼굴뼈 골편을 옮겨 새로운 얼굴형을 만드는 고난도 수술이다. 

부정교합을 비롯해 얼굴 비대칭이 심하거나 상악골을 하방으로 내려야 하는 경우 얼굴 변형이 심한 환자는 가상수술 결과와 실제 수술과의 오차범위가 클 수 있다. 이러한 이유로 양악수술은 해부학적 지식과 풍부한 경험을 가진 숙련의의 집도가 필수다. 

일반 양악수술은 컴퓨터 3차원 이미지상에서 골 이동량 등의 계획을 세우고, 악골 절단을 한 후 각 골편을 움직인다. 이때 집도의는 크기별로 규격화해 대량 생산한 기성품 골접합판 중 환자에게 맞는 모양 · 크기를 골라 구부리거나 조정한 후 골 표면에 맞춰보고 골접합판 홀에 맞게 구멍을 낸 후 나사로 고정한다.

환자는 수술 부작용으로 부정교합이 충분히 개선되지 않거나 얼굴 비대칭이 남기도 한다. 심지어는 없던 비대칭이 생기며, 신경 손상 발생 위험성도 높다. 

이 같은 점에 착안해 양 교수가 개발한 디지털 양악수술은 수술 전 진단에 필요한 환자 얼굴과 똑같은 3DCT 이미지에 치아 3D 이미지를 합쳐 얼굴 골격 모델링(Virtual Face)을 디자인한다. 

환자 정보를 데이터화한 후 3D시뮬레이션(가상수술)에 적용하고, 그 정보를 바탕으로 개인별 환자맞춤 절골가이드와 골접합판를 만들어 사용한다.

특히, 환자의 골 절단 전에 Screw Hole Guide를 이용해 미리 Screw Hole을 형성하고, 환자의 Virtual Face 정보가 담긴 Guide를 이용해 골 절단을 시행한다. 

이때 Virtual Face에 담긴 환자 정보는 개인별 골 고정 환자 맞춤 골접합판(FACE-PLATE)에 데이터로 저장되므로, 골편을 골접합판에 정확히 맞춰 가상수술과 동일한 수술 결과를 얻을 수 있다.

◆ 환자 맞춤 절골가이드 · 골접합판, 식약처 허가 및 심평원 치료재료 등재

양악수술의 발전을 이룬 개인별 환자맞춤 골접합판(FACE-PLATE)은 FACEGIDE기반 3D 프린팅 · 밀링기계를 이용해 특정 환자의 구강 내 움직인 골절편의 외형에 정확히 맞도록 그 형태 · 크기를 디자인해 만든다.

이는 골편 형태에 따라 다시 구부리거나 조정할 필요 없이 수술 시 골편에 밀착하므로 정확성과 안정성을 가진다.

해당 수술법은 한국형 디지털 의학기술에 근거해 국내 최초로 얼굴 턱뼈 수술에 적용됐다. 개인별 환자맞춤 절골가이드와 환자맞춤 골접합판은 식품의약품안전처 허가 후 세계 유수 학술지에 게재됐으며, 건강보험심사평가원에 치료재료로 등재돼 진단가이드부터 수술까지 가능하다. 

양 교수는 2015년부터 2017년까지 개인별 환자맞춤 골접합판을 사용한 디지털 양악수술 환자 33명을 대상으로 수술 후 1년 이상 추적 관찰을 시도했다. 그 결과, 환자들에게는 부정교합 재발, 치아손상, 신경이상, 턱관절 장애 등과 같은 합병증이 나타나지 않았다. 

관련 연구는 SCIE급 국제학술지 '환경 연구 및 공중보건(International Journal of Environmental Research and Public Health) 2018년 12월호와 스프링거 네이처의 자매지 'BMC oral health' 2019년 1월호에 게재됐다.

한편, 공동연구를 시행한 구강임플란트 회사에서는 이미 네비게이션 임플란트 시술에 적용하고 있다. 세계 유수의 다국적 의료 관련 대기업에서도 비슷한 방식을 개발 중이다. 

◆ 심한 얼굴 기형 환자에게 초정밀 수술 가능…향후 신체 어느 부위에도 사용할 수 있어 

취업을 앞둔 A씨(女, 20대)는 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 아닌 다양한 요인에 의해 생긴다.

A씨는 얼굴 좌우 길이가 다르고 씹을 때 얼굴이 틀어질 만큼 턱관절 모양이 비대칭이었다. 양 교수는 컴퓨터 시뮬레이션 가상수술을 통해 위턱뼈를 바르게 위치시키고, 아래턱을 위턱의 치아에 맞춘 후 좌우 하악관절부의 과두를 재위치 시켜 비대칭을 개선하는 수술 계획을 세웠다.

A씨의 디지털 양악수술은 안면부를 CT로 촬영한 후(사진 1a), 얼굴 골격 모델링 Virtual Face를 만들고(사진 1b) 가상수술을 진행했다(사진 1c). 가상수술에서는 환자에게 꼭 맞는 골 고정용 환자맞춤 골접합판을 디자인했다(사진 1d). 

끝으로 환자 맞춤 골접합판에 상응하는 Screw Hole 정보를 Virtual Face에 옮긴 후 골전단량과 Screw Hole 정보를 갖는 환자 맞춤 전골가이드(사진 1e)를 바탕으로 3D프린팅을 이용 · 제작해 수술장으로 보낸 후 가상수술과 똑같은 디지털 양악수술을 시행했다. 

양 교수는 "컴퓨터에서 계획된 대로 뼈를 자를 수 있는 환자 맞춤 절골가이드와 뼈를 고정할 수 있는 환자 맞춤 골접합판의 개발은 향후 골절수술이나 신체 어느 부위에도 사용할 수 있다."며, "상대적으로 심한 얼굴 기형 환자에게 새로운 수술법이 적용된다면 초정밀 수술이 이뤄질 수 있을 것"이라고 말했다.

이어 "향후 환자 맞춤형 보형물 개발은 재료 및 다양한 방식을 통해 많은 환자에게 안정적으로 적용될 것"이라면서, "이 기술은 얼굴뼈의 결손부위에 인공보형물을 맞춤형으로 만들어 삽입하는 수술에도 적용될 수 있다. 향후 환자 맞춤형 금속판을 3D 프린팅 생체흡수형 재료로 바꾸는 연구를 진행할 예정"이라고 밝혔다.

양 교수는 한림대학교 의과대학 치과학교실 주임교수, 한림대학교 임상치의학대학원장 및 한림대학교성심병원 치과 임상과장으로 재직 중이다. 또, 대한치의학회 신의료담당 자재이사, 대한구강악안면외과학회 기획이사, 대한악안면성형재건외과학회 의료신기술위원장직을 맡아 활발히 활동중이다.