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May 22, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11985(2023) 이 기사 인용

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모든 유형의 두개골 성형술 기술은 두개골의 형태를 복원하고 환자의 심미성에 영향을 미칩니다. 환자의 회복과 재활 과정을 향상시키기 위해서는 안전하고 쉬운 기술이 필요합니다. 우리는 새로운 두개골 성형술 방법을 제안합니다. 두개골의 얇은 층 컴퓨터 단층촬영(CT) 스캔의 3차원(3D) 재구성을 사용하여 손상되지 않은 면을 결함에 반영하고 서로 겹치는 점을 뺍니다. 이를 통해 계획된 임플란트의 3D 모델을 원하는 모양과 크기로 제작할 수 있습니다. 수정이 가능한 경우에는 두개골의 결함 부분을 프린팅하여 보형물이 정확히 맞는지 확인할 수 있습니다. 이후 최종 모델을 기반으로 멸균 가능한 실리콘 몰드가 제작되었습니다. 폴리메틸메타크릴레이트 임플란트는 수술 중 수술실 내 무균 환경에서 직접 제작되었습니다. 2005년부터 2020년 사이에 우리는 외상성 뇌 손상, 뇌졸중 또는 종양 수술의 징후로 이전에 개두술을 수행한 환자 52명에게 54개의 두개골 성형술을 수행했습니다. 작업 중에 기술적인 문제는 발견되지 않았습니다. 2예에서는 발생한 패혈성 합병증이 시술 자체와 관련이 없어 보형물을 제거했다가 나중에 교체했습니다. 3D 프린팅된 개별 실리콘 몰드를 기반으로 제안된 기술은 다양한 두개골 결함을 복구할 수 있는 신뢰할 수 있고 안전하며 쉽게 재현 가능하고 저렴한 방법입니다.

두개골 결함을 복구하고 정확하게 재구성하기 위해 다양한 기술이 개발되었습니다. 이러한 기술의 과제는 개별 사례를 기반으로 하며, 제도적으로 개발된 방법은 특정 환자에게는 충분하지 않을 수 있습니다1,2,3. 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 사용한 수동 성형은 결함을 덮는 가장 간단한 방법입니다. 이 방법은 쉽게 접근할 수 있는 위치에 표면이 거의 균일한 작은 결함에 여전히 적용 가능합니다. 더 넓은 표면을 덮기 위해 다양한 티타늄 임플란트를 사용할 수 있지만 장기적으로 합병증 발생률로 인해 피부의 소성 재건이 필요한 경우 표시가 모호해질 수 있습니다.

3차원(3D) 프린팅의 가용성 증가는 개인 골성형술, 특히 두개골성형술 분야의 전환점이 되었습니다4,5,6. 외상성 뇌 손상 후 수술과 뇌졸중 환자의 감압술 사용이 널리 확산되면서 두개골 성형술에 대한 수요가 증가했습니다. 개발을 위해서는 쉽고, 외과의사 친화적이고, 재현 가능하며, 저렴한 기술이 필요합니다. 복잡한 형상에도 매우 적합한 특수 3D 프린팅 방법을 기반으로 한 두개골 성형술 절차는 2005년부터 데브레첸 대학에서 사용되어 왔습니다. 이 절차에서는 먼저 의도한 대체물의 모양과 크기와 일치하는 샘플을 인쇄합니다. 그런 다음 이 캐스트를 기반으로 수술 중 PMMA로 대체품을 제작하는 데 사용할 수 있는 실리콘 몰드를 생산합니다.

우리는 52명의 환자에게 54개의 두개골 성형술을 시행했습니다. 남녀비는 2.46이었고, 평균연령은 40.2세(SD±13.41)였다. 두개골 성형술 당시 가장 어린 환자의 나이는 17세였고 가장 나이 많은 환자는 65세였습니다. 평균 임플란트 부피는 52.19 cm3(SD ± 27.37)였습니다. 평균 임플란트 표면적은 218.8 cm2(SD ± 91.04)였습니다. 모든 수술은 두개골 절제술 후 3개월 후에 시행되었습니다. 모든 방법은 관련 지침 및 규정에 따라 수행되었습니다.

두개골 성형술이 필요한 경우 슬라이스 두께 1mm로 고해상도 CT 스캔을 얻었습니다. DICOM 파일의 3D 재구성은 Mimics®(Materialise, 벨기에) 소프트웨어 시스템을 사용하여 수행되었습니다. 다음 단계에서는 결함 영역에 정확히 맞고 원래 윤곽을 재현하는 기하학적 형태가 생성되었습니다. 이것은 대부분 정중시상면을 통해 손상되지 않은 절반을 미러링하여 두개골의 대칭을 기반으로 수행되었습니다. 계산에 필요한 시간을 최소화하기 위해 모델에서 사례에 따라 필수적이지 않은 부분을 제거했습니다(그림 1). 두개골 성형술의 임플란트 형태는 손상되지 않은 두개골을 나타내는 반사 모델에서 결함이 있는 모델의 부울 빼기를 통해 얻어졌습니다. 결함이 대칭면을 절단하거나 다른 상황으로 인해 미러링으로 교체가 불가능할 경우 신경외과 의사와의 상담을 통해 계획 과정이 용이해졌습니다. 양측 전두엽-측두엽-기저부 감압술과 양측 전두-측두엽-후두부 감압술을 재건해야 했던 2예에서는 계획 과정에서 사전 압축 CT 스캔을 사용했습니다. 교체품은 물론 결함이 있는 부분까지 프린팅하여 수술 전 완벽한 핏을 확인할 수 있습니다. 프린팅은 Objet 기술을 활용한 Connex 260(Stratasys, USA) 장비에서 수행되었습니다. 필요한 경우 인쇄된 모델을 절단, 밀링 및 연삭을 통해 더욱 정확하게 맞출 수 있습니다(그림 2). 필요한 경우 작업 중에 드릴을 연결할 수 있는 막힌 구멍을 추가하는 것도 가능합니다. 모형의 형상을 확정한 후, 응고 후 생물학적으로 불활성이 되는 2액형 실리콘 소재인 Protosil RTV 245(독일 안트로폴)를 사용하여 실리콘 몰드를 제작했습니다. 금형은 투명하고 최대 200°C의 내열성을 가지며 쉽게 멸균할 수 있습니다. 또한, 응고된 PMMA는 부착되지 않습니다. 사용된 실리콘 40A 쇼어의 경도를 고려할 때, 저점도 골시멘트 혼합물을 금형에 성형하는 동안 변형을 방지하기 위해 실리콘의 두께는 시료를 둘러싸는 최소 12mm가 되어야 합니다. 성형 후 실리콘은 완전한 응고를 달성하기 위해 12시간 동안 50°C의 온도에서 유지됩니다. 일반 데이터 보호 규정(GDPR)(그림 3)을 준수하는 모든 금형에는 라벨이 표시되어 있습니다. 측면 절단을 통해 결함 모델이 제거됩니다. 컷팅을 통해 실리콘 몰드를 책처럼 열고 닫을 수 있어 정확한 핏에 세심한 주의를 기울였습니다. 프로세스를 검증하기 위해 PMMA를 금형에 형성하고 결함이 포함된 이전에 인쇄된 모델에 삽입합니다. 두 경우 모두 거시적인 간격은 관찰되지 않았습니다. 최종 임플란트는 수술실에서 무균 환경에서 제작됩니다. PMMA가 금형에 형성됩니다(그림 4). 골시멘트의 형성은 변형을 방지할 수 있을 만큼 점도가 충분히 낮은지 확인하기 위해 적절한 혼합 직후에 시작되어야 합니다. 성형 공정 중에는 금형 내 시멘트의 균일한 분포에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 적절한 기술을 사용하면 기포 함유물 형성을 방지할 수 있습니다. 10분 이상 중합 후 측면 절개를 통해 몰드를 오픈하면 실리콘에 접착되지 않고 보형물이 쉽게 제거됩니다. 시술의 마지막 단계로 작은 구멍을 통해 작은 판이나 골간 봉합사를 사용하여 임플란트를 가까운 뼈에 고정합니다. 절차의 주요 단계는 그림 5에 나와 있습니다.