올소치과 권민수 원장의 '건강한 턱 아름다운 얼굴' 이야기

 이전 글에서도 소개드린 바와 같이, 최근에는 의료용 단층촬영 정보의 처리기술과 3차원 가상 수술에 관한 기술을 이용하여 턱교정수술 환자의 진단과 치료 계획이 컴퓨터 3D 가상 공간에서 이루어지고 이러한 치료계획에 따라 환자를 수술하는 것이 가능한 상태입니다.

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 그런데 여기에서 한걸음 더 나아가 컴퓨터 가상공간에 존재하는 수술 전후의 환자 골격을 3D 프린팅 기술을 이용하여 실제 크기의 모형으로 만들어낼 수 있으며, 이러한 환자 모형은 환자를 직접 수술할 때 구강악안면외과 의사에게 많은 유용한 정보를 제공하고 있습니다.

[그림] 3D 프린터. 물체의 컴퓨터화된 입체 정보만 있으면 문서를 출력하듯 입체물을 출력할수 있다.(구글이미지 발췌)

 3D 프린팅은 CAM(Computer Aided Manufacturing)의 일종으로, 만들고자하는 3차원 물체의 입체정보를 프린터에 입력하면 이 정보를 통해  연속적인 계층의 물질을 쌓아올리는 방식(축성방식)으로 만들어내는 기술입니다.

 따라서 물체의 입체정보만 있으면 어떠한 것이든 만들어 낼수 있으며, 이렇게 출력된 입체모델은 RP(Rapid Prototyping)모델이라고 칭하기도 합니다.

 얼마전 미국대통령 오바마 미국대통령이 의회 연설에서 제조업의 차세대 혁명 도구라고 했을 만큼 획기적인 제조방법으로 여겨지고 있습니다.

 이러한 기술력을 턱교정수술에 적용하면, 환자 얼굴뼈의 단층촬영 정보를 입체표면을 나타내는 정보로 바꾸고 이를 3D프린팅을하면 환자 개개인의 수술전 골격상태를 실제와 같은 모형으로 만들어 낼수 있습니다. 또한 컴퓨터프로그램을 통해 가상수술한 골격의 입체정보를 3D 프린터로 보내 수술후 골격모양을 만들어 낼 수도 있습니다. 

[사진]A.환자 CT데이터를 이용해서 3D 프린터로 출력한 얼굴뼈 RP모델. B.턱교정수술을 위해 수술에 필요한 정보를 RP모델에 직접 mapping한 모델.

또 단순히 모형을 뽑아내는 것 이외에도 모형의 표면에 계측선을 부여한다거나 실제 수술에 필요한 정보를 mapping한다면 실제 수술에 앞서 의사에게 더 많은 정보를 제공할 수 있기 때문에, 구강악안면외과의사는 더욱 정확하고 안전한 턱교정수술을 시행하는 것에 많은 도움을 받을 수 있습니다.

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환자의 단층사진(CT나 MRI) 정보와 3차원 재구성 프로그램을 이용하면, 촬영된 구간의 구조물을 재구성해서 촬영된 단면 뿐만 아니라 임의로 설정된 어느 단면도 재구성된 화면에서 관찰 할수 있습니다.

예전에 포스팅한 적이 있는데, 턱교정수술을 위해 촬영된 CBCT 영상을  DICOM file 형식으로 저장해서, 이미지 재구성 프로그램을 사용하면 환자의 상태를 훨씬 더 정확히 파악할 수 있습니다.

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또한 가상수술이 가능한 프로그램을 사용하면 가상의 공간에서 환자의 얼굴뼈를 잘라보고 이동시켜 볼수 있습니다.

 예전에는 턱교정수술의 치료계획을 세울때 두부방사선계측 사진을 이용해서 얼굴 뼈의 윤곽을 종이에 옮겨그려서 이것을 잘라 여러방향으로 이동시켜보면서(Paper surgery라고 합니다.) 치료계획을 세웠습니다. Paper surgery를 통한 치료계획의 수립은 아직도 많이 사용되고 있습니다.

 하지만 단층촬영 정보의 3차원 재구성과 3차원 가상 시뮬레이션에 관한 컴퓨터 프로그램의 발달되면서, 2차원의 두부방사선 필름을 이용한 paper surgery 방식을 대신해, 3차원 CT를 이용한 simulation surgery를 이용해서 치료계획을 수립하려는 노력들이 수 년전부터 시도되어 왔습니다.

 이러한 선학들의 노력으로 요즘은 3차원 CT를 이용해 환자의 상태를 진단하고 수술계획을 세울수 있게되었으며 수술에 의한 이동량을 소수점 둘째자리까지 정확하게 표현이 가능한 정도입니다.

 얼굴뼈 자체가 입체라는 당연한 사실을 생각한다면 이러한 기술을 이용한 진단과 치료계획의 수립은 이전의 방식보다 더 정확하고 예지성 높은 결과를 가져올수 있다는 것은 부정할수 없는 사실이되었습니다.

[그림] 수술전 환자의 턱뼈영상과 컴퓨터 프로그램을 이용해 가상수술을 거치 환자 얼굴뼈 영상. CBCT와 3차원 관련 프로그램을 통해 얻을 수 있음.

[그림] 수술전후 영상을 중첩해서 수술 직후 골격의 변화량을 정확히 예상할수 있음.

-건강한 턱 아름다운 얼굴 이야기, Dr.권민수-

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얼굴뼈 수술에 있어서 방사선사진(X-ray사진)은 매우 중요한 자료입니다.

턱교정수술을 위해서는 정면과 측면의 두부방사선계측사진을 많이 이용하고 있습니다.

특히 턱교정수술 같이 얼굴뼈를 잘라 새로운 위치로 이동시켜야 하는 수술의 경우에는 얼굴뼈 구조를 파악하는 것 뿐만아니라, 환자의 상태를 진단하고 치료계획을 수립하는 것에도 아주 중요하지요.

[사진] 환자의 옆모습과 앞모습을 촬영한 두부방사선계측사진.

또한 치아의 상태나 턱뼈의 상태를 개괄적으로 알아보기위해 아래와 같은 '파노라마사진'도 함께 이용합니다.

수술을 준비하는 의사들은 이러한 두부방사선계측사진과 파노라마사진은 2차원 영상으로도 많은 정보를 얻을 수 있지만, 더 정확한 얼굴뼈의 정보를 얻기 위해서는 '단층촬영'된 얼굴뼈  CT가 필요합니다.

[사진] CBCT로 촬영된 환자의 얼굴뼈 단층사진

CT(computed tomography, 컴퓨터단층촬영)는 환자얼굴의 단층 정보를 제공하기 때문에 2차원 영상으로 볼수 없었던 부분을 볼수 있게되고 2차원 방사선사진에서 어쩔수 없이 발생하는 영상의 확대가 없기 때문에 구조물의 정확한 길이와 크기를 알수 있어서 구강악안면외과 의사에게 환자 상태의 정확한 정보를 제공합니다.

기존에는 Multi-detector CT(MDCT)를 많이 사용했습니다.

CT는 의사에게 중요한 정보를 제공하는 필수적(?)인 검사이긴 하지만, MDCT가 매우 고가이고, 방사선조사량이 일반 방사선사진에 비해 높은 단점이 있습니다. 또한 촬영기기의 크기가 커서 대학병원 같은 '큰병원'에서 주로 사용합니다.

요즘은 구강악안면외과에서 얼굴뼈 전용으로 찍을 수 있는 CT, Cone Beam CT(CBCT)를 많이 이용하는데, CBCT는 MDCT에 비해 방사선조사량이 적고 촬영기기의 크기가 작고, MDCT보다는 저렴합니다. (저렴하다해도 2-3억원 정도....--;)

[사진]MDCT(A)와 CBCT(B). MDCT는 CBCT에 비해 촬영기기의 크기가 크고 누워서 촬영하는 반면, CBCT는 앉아서 혹은 서서 촬영하게 된다.

[사진] DICOM파일로 저장된 단층사진 정보를 3차원 재구성 프로그램을 사용해서 시각화 한 모습.

CBCT는 방사선조사량을 최소로 얼굴뼈 단층 정보를 얻을 수 있습니다. 또 촬영정보는 DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine, 의료용 디지털 영상 및 통신)이라는 컴퓨터확장자로 저장되어 3차원 재구성 프로그램을 이용하면 환자의 얼굴뼈의 정보를 단층뿐만 아니라 입체적으로도 파악할수 있습니다. 

 환자의 3차원 컴퓨터 단층사진 정보를 가지고 수술하는 것은, 마치 예전에 종이 지도를 가지고 목적지를 찾아갔던 것 대신에 3D 지도를 가지고 목적지를 찾아가는 것으로 비교될 수 있습니다.

CT를 통해 얻은, 환자의 대한 입체적이고도 다각적인, 정보는 수술을 하는 의사들에게 정말 많은 도움을 주고 있으며, CT촬영 검사는 정밀한 턱교정수술을 위해 이제는 거의 필수적인 과정이 되었습니다.

[그림] 3차원 지도.(출처:Google map)

-건강한 턱 아름다운 얼굴 이야기, Dr.권민수-

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