안와 골절의 3차원 재구성

요약

안와 재건을 위한 맞춤형 의학이 빠르게 발전하고 있습니다. 안와의 섬세한 특성으로 인해 골절 재건 후 작은 불일치가 시각적 지각에 손상을 일으킬 수 있습니다. 여기에서는 궤도 결함의 가상 3D 재구성을 위한 세 가지 방법과 올바른 재구성을 위한 적응증 및 잠재적 위험에 대해 설명합니다.

초록

안와 골절의 재건은 어려울 수 있습니다. 제한된 노출, 여러 벽 결함의 관여 및 다양한 3차원(3D) 해부학적 구조로 인해 복잡한 사례에서 우수한 결과를 얻기가 어렵습니다. 안와 결손 재건을 위한 환자 맞춤형 임플란트의 사용은 큰 가능성을 보여줍니다. 그러나 이러한 경우 적절한 가상 계획이 중요하므로 해부학적 구조와 계획을 위한 다양한 옵션을 이해하는 것이 필수적입니다. 이 프로토콜은 결함을 재구성하는 세 가지 방법을 설명하고 각 방법에 대한 표시를 자세히 설명합니다. 자동화된 컴퓨터 재구성은 가장 간단한 방법이지만 주로 작은 결함에 사용할 수 있습니다. 파단된 부분의 재배치는 간단하여 파쇄된 벽의 해부학적 연속성이 우수하지만 분쇄되지 않은 골절이 필요합니다. 미러링(mirroring)은 분쇄 골절에서 선택되는 방법입니다. 이 방법의 단점은 미러링 단계에 따른 광범위한 조작이 필요하므로 계획자가 해부학과 의미에 대한 높은 수준의 이해가 필요하다는 것입니다. 방법에 대한 자세한 설명에 이어 재건할 때 가장 중점을 두어야 하는 해부학적 구조와 간과해야 하는 해부학적 구조를 보여줍니다. 또한 발생하는 함정과 이를 피하는 방법에 대해 설명하고 논의합니다. 이러한 방법은 사내 또는 아웃소싱으로 사용할 수 있지만, 외과의가 직접 계획을 세우지 않는 경우에도 더 나은 결과를 얻기 위해서는 이를 이해하는 것이 중요합니다.

서문

3차원(3D) 혁명이 절정에 달했습니다. 우리가 사용하는 많은 제품은 3D 프린터로 만들어집니다. 의학 분야에서 이 기술은 인적 오류를 줄이면서 뛰어난 정밀도를 제공합니다¹. 이러한 품질은 정확성이 중요한 수술 분야에서 가장 중요합니다. 눈은 미적 지각뿐만 아니라 기능적 필요에도 중요하다². 안와는 7개의 뼈로 구성된 골격강으로 지구를 보호합니다. 뼈 궤도는 지구를 보호하고 지탱합니다. 그것은 신경, 혈관, 근육 및 선 구조를 포함합니다. 안와의 바닥은 매우 얇고 대부분 상악골의 안와 돌기로 구성되어 있습니다. 전측으로는 접합골(zygomatic bone)로 구성되어 있고 후방으로는 구개골(palatine bone)로 구성되어 있으며, 이는 안와저골절(orbital floor fractures³)에서 중요한 랜드마크입니다. 내측 안와벽은 전방 눈물샘 능선에서 안와 정점까지 뻗어 있습니다. 얇은 판(lamina papyracea)은 내측 벽의 대부분을 구성하며, 쉽게 골절될 수 있는 종이처럼 얇은 뼈입니다⁴. 고립된 안와 골절은 모든 안면 골절의 4%-16%를 차지합니다⁵. 안와가 골절되면 눈의 위치가 변경되어 기능적 시력 장애와 미적 장애가 발생할 수 있습니다⁶. 뼈 안와벽의 작은 움직임조차도 궤도 부피와 지구 위치⁵에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 변위되거나 축소된 안와벽을 정확하게 재구성하는 것이 가장 중요합니다. 안와하신경의 내측에 있는 안와층과 내측벽은 모두 상대적으로 얇아서 안와에 둔기에 의한 외상 시 쉽게 골절되는 경향이 있다⁴. 영상 검사와 신체 검사는 안와 골절을 진단하는 데 중요합니다. 대부분의 진단 영상 방식에는 컴퓨터 단층 촬영(^CT)7의 관상 절편이 포함됩니다. 안과 의사의 손상된 안와에 대한 완전한 평가가 필요하며 여기에는 시력, 안압, 안구 운동성, 동공 검사, 시야, 세극등 안구 검사, 망막 검사 및 외부 검사가 포함됩니다. 이 검사는 재건 수술 후에도 수행해야 합니다. 과거에는 뼈 이식편을 사용하여 안와 결함을 재구성하고 나중에는 티타늄 메쉬 ^7,8을 사용했습니다. 제한된 노출과 경피 또는 경결막 수술 접근법을 통해 뼈 이식편 또는 티타늄 메쉬를 결함에 적응시키는 어려움으로 인해 보다 정확한 방법에 대한 필요성이 높아졌습니다. 티타늄 메쉬를 사전 적응시키기 위해 3D 프린팅 모델을 사용하는 것이 도입되었고⁹ 결함의 정확한 재구성을 위해 환자 맞춤형 임플란트(PSI)가 도입되었습니다¹⁰. PSI는 최근 몇 년 동안 정형외과, 악안면 수술 및 신경외과와 같은 다양한 수술 분야에서 다양한 목적으로 더욱 널리 보급되었습니다. 골절을 줄이기 위해 또는 절제 수술 전에 이 방법을 사용하는 것은 여러 번 간단합니다. 그러나 안와에서는 복잡한 해부학적 구조와 여러 번 분쇄된 뼈로 인해 적절한 재건을 달성하기 위해 안와 해부학에 대한 깊은 이해가 필요합니다¹¹.

최근에는 3D 분석을 위한 새로운 방법을 사용하여 기존 접근 방식과 달리 이 방법의 정확성에 대한 연구가 발표되었습니다. 결과는 재구성을 위해 PSI를 사용할 때 정확도가 2.7배 증가한다는 것을 보여줍니다. 또한 장기적인 합병증이 더 적게 관찰되었습니다. 그러나 작은 실수조차도 기능적, 미적 결함을 초래할 수 있다는 것을 깨닫는 것이 중요합니다. 그러므로, 궤도 재구성¹¹의 모든 함정을 숙지하는 것이 매우 중요하다. 이 원고는 궤도 결함의 가상 3D 재구성에 사용되는 세 가지 방법, 적응증, 장점 및 단점에 대해 자세히 설명합니다. 이를 통해 임상의나 엔지니어가 사내에서 아웃소싱한 3D 재구성을 감독할 수 있습니다.

프로토콜

이 프로토콜은 기관 윤리 검토 위원회(Institutional Ethical Review Board)의 승인을 받았으며 의료 프로토콜 및 윤리에 관한 헬싱키 선언에 따라 수행되었습니다. CT 영상 사용에 대한 환자 동의를 얻었습니다.

1. 궤도의 세분화

참고: 이 섹션은 D2P 소프트웨어(이하 세분화 소프트웨어)를 사용하여 수행됩니다.

1. 파일 > DICOM 파일 추가를 클릭하여 환자의 얼굴 뼈 CT 이미지 DICOM 파일을 소프트웨어에 로드합니다(그림 2).
   참고: 1mm 이상의 DICOM 슬라이스 두께를 사용하는 것이 좋습니다.
2. Coronal 보기(오른쪽 화면에 표시)를 선택하고 Add(추가)를 클릭합니다(그림 3). 다음 화면에서 3D를 클릭하여 뼈 세분화 인터페이스를 엽니다.
3. 새 마스크를 만듭니다(세그멘테이션 시퀀스의 첫 번째 단계).
   1. 뼈 세분화 인터페이스에서 3D 볼륨은 왼쪽 화면에 표시되고 관상 CT 보기는 오른쪽에 표시됩니다(그림 4). 하단 툴바의 왼쪽에 있는 Bone segmentation 아이콘을 클릭하고 Thin bones를 선택합니다.
   2. 전체 궤도가 선택한 색상(이 예에서는 녹색)에 의해 완전히 정의될 때까지 궤도 및 안와 주위 영역의 별도 영역(왼쪽 볼륨 화면과 오른쪽 DICOM 화면에서 수행할 수 있음)을 클릭합니다(그림 5). 다른 DICOM 평면을 스크롤하여 생성된 새 마스크 의 정확도를 확인합니다.
      참고: 부정확한 선택이 식별되면 실행 취소(Ctrl Z)하고 다른 공간 위치에서 이 영역을 다시 선택할 수 있습니다. Thin bones 함수는 골 구조를 감지하기 위해 연조직과 분리하기 위해 가장 낮은 임계값을 사용합니다.
4. 메쉬를 만듭니다(세분화 시퀀스의 두 번째 단계). 첫 번째 단계를 완료하고 승인한 후 도구 모음에서 3D를 클릭합니다(그림 6). 3D 모델(메쉬)의 부드러움과 보이드의 부재를 완전히 관찰한 다음 파일 > 저장 > STL을 클릭하여 3D 모델을 STL 파일로 저장합니다(그림 7).
   참고: 그림 8 과 그림 9 는 궤도 바닥이 분쇄되지 않은 경우의 추가 분할 방법인 Multi-slice interpolation을 보여줍니다.
5. 크고 분쇄된 균열의 경우, 이전 단계에 따라 반대 궤도의 모델을 분할하고, 이는 미러링 원리를 구현하여 재구성을 위한 지침으로 사용됩니다.

2. 궤도 벽 재구성

참고: 이 섹션은 Geomagic Freeform(이하 3D 설계 소프트웨어)을 사용하여 수행됩니다.

1. 파일 > Import Model을 클릭합니다. 세분화 시퀀스의 1.4단계에서 내보낸 STL 파일을 선택합니다. 하단 도구 모음에서 Add Details(세부 정보 추가) 및 Add Fine Detail(세부 정보 추가)을 클릭합니다. 그런 다음 Apply(적용)를 클릭합니다(보충 그림 1).
   참고: 가져온 작업 모델의 표면은 부드러움이 증가하여 매우 정확해야 합니다( 가장자리 선명도의 낮은 값).
2. 골절 해부학적 구조에 따라 2.3단계(자동 재건), 2.4단계(해부학적 재배치) 및 2.5단계(미러링)에 설명된 다음 세 가지 재건 방법 중 하나를 선택합니다.
3. 자동 재구성
   참고: 이것은 작은 결함과 평평하고 단조로운 지형 영역에서 선택되는 방법입니다.
   1. 먼저, 결함 주위 둘레의 완전한 점토 연속성을 달성합니다(보충 그림 2). 파괴된 바닥 영역 주위에 작은 틈이 있는 경우(흰색 화살표) 점토 추가 기능을 사용하여 이러한 영역을 수동으로 연결하여 파괴 둘레의 완전한 연속성을 달성합니다(검은색 화살표).
   2. 매끄럽게 기능을 사용하여 추가된 점토를 매끄럽게 만듭니다. 활성화된 조각인 New Mask를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 Clay Utilities/Copy to Mesh를 선택합니다.
   3. 자동 갭 채우기를 위해 메쉬 도구를 사용합니다(보충 그림 3). Select Mesh Area(메쉬 영역 선택) 아래의 궤도에 있는 메쉬 개체에서 올가미 선택 도구를 사용하여 바닥 결함의 여백을 선택합니다.
   4. 키보드에서 Delete 키를 누릅니다. Fill Holes in Mesh를 선택하고 버튼이 비활성화될 때까지 Fill 을 클릭하여 바닥 결함을 자동으로 다시 생성합니다.
   5. 마지막 단계에서 - 메쉬를 점토로 변환합니다. Mesh, Mesh Utilities를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭한 다음 Copy to Clay를 클릭합니다.
4. 해부학적 재배치
   참고: 이것은 파괴된 바닥 세그먼트가 원래의 지형 해부학을 유지하면서 전체적으로 유지되는 경우에 선택되는 방법입니다.
   1. 두 개의 서로 다른 STL을 서로 다른 개체로 가져옵니다: (i) 궤도 및 (ii) 비분쇄 바닥 세그먼트(그림 8 및 그림 9).
   2. 세그먼트를 재배치합니다(보충 그림 4).
      1. Select/Move Clay(클레이 선택/이동)에서 Reposition 도구를 선택하고 Move only(이동만) 옵션을 선택 취소합니다. 해부학적으로 손상되지 않은 경계에 맞게 바닥을 수동으로 재배치합니다.
      2. 또는 조각난 가장자리 중 하나가 올바른 해부학적 위치에 배치된 경우 Select/Move Clay 아래의 Reposition origin 도구를 사용합니다.
      3. To Center를 클릭하고 트라이어드(검은색 화살표)를 선분의 해부학적으로 정확한 가장자리에 있는 회전 중심으로 이동합니다. Reposition piece를 클릭하고 Rotate only를 선택합니다.
      4. 키보드의 Shift 버튼을 누른 상태에서 트라이어드 중심을 통해 조각을 올바른 해부학적 위치로 회전합니다.
         참고: 해부학적 축소는 결함을 완벽하게 완성해야 합니다. 그렇지 않으면 이 방법을 포기하고 다음 재구성 방법인 미러링을 사용해야 합니다.
5. 미러링
   참고: 이것은 광범위하고 분쇄된 안와 골절에서 선택되는 방법입니다.
   1. 두 개의 서로 다른 STL을 서로 다른 개체로 가져옵니다: (i) 균열된 궤도 및 (ii) 반대 궤도.
   2. 온전한 궤도의 거울 이미지를 만드는 것부터 시작합니다. Mirror clay 도구를 사용하여 평면을 내측 쪽( 보충 그림 5B의 파란색 선)으로 배치합니다. Mirror Entire Piece and Preview(전체 조각 미러링 및 미리보기)를 선택한 다음 Apply(적용)를 클릭합니다.
   3. 이제 거울 궤도와 분열 궤도를 겹쳐 놓습니다(보충 그림 6). Register pieces 도구를 사용하여 미러링된 궤도를 Source 로 선택하고 균열된 궤도를 Target으로 선택합니다.
   4. 미러링된 궤도의 고유한 해부학적 위치와 균열된 궤도의 유사한 위치에 마커를 배치한 다음 Apply 를 클릭하여 세그먼트를 겹쳐줍니다. 최적의 중첩을 위해 자동 을 클릭합니다.
      참고: 중첩된 거울 궤도는 파괴된 궤도의 해부학적 재구성을 위한 가이드 역할을 합니다.

3. 재건된 바닥을 기반으로 한 환자 맞춤형 임플란트 설계

참고: 이 섹션은 3D 설계 소프트웨어를 사용하여 수행됩니다.

1. 안와 바닥 준비(보충 그림 7)
   1. Select/Move Clay에서 Reposition Origin > To Center를 선택합니다. 트라이어드를 대칭된 궤도 바닥의 중심으로 이동합니다. 회전만 선택(Rotate Only)을 선택하고 Z축을 수직으로, X축을 수평으로, Y축을 전후로 배치합니다.
   2. Select/Move Clay에서 Reposition Piece를 선택합니다. 고급 설정 표시/숨기기를 선택하고 번역 단계를 0.8mm로 변경합니다. 빨간색 사각형의 화살표를 클릭하여 파괴된 영역의 온전한 경계가 나타나기 시작할 때까지 미러링된 궤도를 파괴 궤도로 가라앉힙니다.
   3. 녹색 사각형의 아래쪽 화살표를 다시 클릭하여 대칭 궤도의 바닥을 0.8mm 더 가라앉힙니다. 이 깊이는 PSI 두께와 일치하므로 원래 바닥을 다시 만듭니다.
   4. Select/Move Clay에서 Select Clay를 선택하고 올가미 선택 도구를 사용합니다. 바닥의 해부학적 둘레를 선택합니다. 선택 영역 반전을 선택한 다음 나머지를 삭제합니다.
      알림: 바닥의 경계를 매끄럽게 하거나 골절된 궤도의 경계에 맞게 점토를 추가합니다.
2. 메쉬의 윤곽선을 만듭니다(보충 그림 8).
   1. 궤도 및 바닥 개체를 모두 선택하고 마우스 오른쪽 버튼을 클릭한 다음 Boolean/Combine as New 를 선택하여 해부학적으로 축소되고 함몰된 바닥을 포함한 궤도의 단일 개체를 만듭니다. 추가 시간 동안 테두리를 매끄럽게 합니다.
   2. 최종 개체를 복제합니다. 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하고 See Through를 선택한 다음 Turn On을 선택합니다. 곡선(Curves)에서 곡선 그리기(Draw Curve) 를 선택하고 원래 분단된 영역 바로 주위의 형태에 윤곽을 그립니다 - 원곡선은 분열된 궤도의 가장자리에 놓여야 합니다. 곡선은 뼈의 누락된 영역에서만 새로 생성된 바닥에 놓일 수 있습니다.
   3. 윤곽선이 완전히 설정되면 Fit to Clay on Create 아이콘을 클릭합니다. 같은 방법으로 PSI의 앵커링 암을 만듭니다.
      참고: 후방 경계는 연속적으로 놓여야 하며 후방 뼈 선반 위가 아니어야 합니다(그림 1D). 메쉬의 측면 경계는 결함을 넘어 최소한으로 확장되어 사운드 뼈 가장자리 위에 놓여야 합니다. 앵커링 암을 아래쪽 궤도 테두리의 잘 정의된 세그먼트 영역에 배치합니다. 항상 중요한 랜드마크를 피하는 것을 잊지 마십시오. 문헌에서는 안와로의 안전한 해부는 31-36mm 사이로 간주되지만, 사례별 맞춤형 계획이 권장됩니다^12,13.
3. PSI를 마무리합니다(보충 그림 9).
   1. 디테일 클레이(Detail Clay)에서 곡선으로 엠보싱(Embossing With Curve)을 선택하고 0.8mm의 거리를 선택합니다. 윤곽선이 표시된 영역의 내부를 선택하고 Raise(올리기)를 클릭합니다. Add Clay and Smooth를 사용하여 앵커링 암을 임플란트 본체에 연결합니다(보충 그림 9B, 검은색 화살표).
   2. 복제된 개체에서 Boolean 및 Remove From 함수를 사용합니다. 개체 목록에서 Clay coarseness 를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 0.1mm를 선택합니다. Sculpt Clay에서 Carve 도구를 선택하고 Tool Size 를 2.1mm로 설정합니다. 앵커링 암의 가장 먼 부분에 고정 구멍을 만듭니다.
   3. 도구 크기를 1.5mm 및 1mm로 설정하여 PSI의 나머지 부분에 배수 구멍을 만듭니다. 임플란트 가장자리 근처에 구멍을 만들지 마십시오. Boolean 및 Remove From을 수행하여 최종 PSI에서 원래 파괴된 궤도를 뺍니다.
      알림: 고정 구멍은 수술실에서 사용되는 나사 시스템에 맞아야 합니다. 직경 1.5mm의 나사를 조정하기 위해 직경 2.1mm의 고정 구멍을 사용하십시오. 설계 순서의 마지막 단계는 항상 최종 PSI에서 원래 파괴된 궤도를 빼서 수술 중 궤도에 있는 메쉬의 수동 시트를 보장해야 합니다.
4. 메쉬 객체를 최종 제조 프로세스를 위한 STL 파일로 내보냅니다.

결과

이 프로토콜에 설명된 모든 방법은 본 연구소에 적용되었습니다. 이 방법의 간단한 적용을 보여주기 위해 대표적인 사례가 제시됩니다. 그림 1 은 안와저부 파괴의 사례를 보여줍니다. 그림 1A, B 는 각각 관상 CT 및 시상 CT에서 안와바닥의 변위를 보여줍니다. 전방-후방 측면과 후방-측면 측면 모두에서 큰 변위를 주목하십시오. 측면 및 내측 선반이 존재하며 후방 선반은 손상되지 않았지만 매우 뒤쪽 위치에 있습니다.

CT는 세분화 소프트웨어에 업로드되었습니다(그림 2 및 그림 3). 다음으로, 파쇄된 궤도(그림 4, 그림 5, 그림 6 및 그림 7)와 바닥(그림 8 및 9)의 분할을 수행하여 두 개의 STL 파일을 생성했습니다. STL 파일은 3D 설계 소프트웨어에 업로드되었습니다(보충 그림 1). 사소한 간격이 수정되고 메쉬가 생성되었습니다(보충 그림 2). 갭은 자동 갭 충진을 사용할 수 있을 만큼 작지 않았습니다(보충 그림 3). 파괴된 세그먼트를 올바른 위치로 재배치할 수 없습니다. 세그먼트의 양쪽 가장자리가 모두 변위되었기 때문에 회전 전용 기능이 불가능했습니다(보충 그림 4). 너무 많은 압축이 있었습니다. 따라서 미러링 기술이 필요했습니다(보충 그림 5 및 보충 그림 6). 재구성된 세그먼트는 최종 PSI가 궤도 공간으로 과도하게 투영되는 것을 피하기 위해 아래쪽으로 이동했습니다(보충 그림 7). PSI 두께가 상업용 조립식 오비탈 티타늄 플레이트보다 크다는 것을 기억하는 것이 중요합니다. PSI는 고정 암과 배수구가 있는 것으로 만들어졌습니다(보충 그림 8 및 보충 그림 9). 앵커링 암의 곡률은 수술 중 메쉬의 정확한 단일 공간 위치를 찾는 데 도움이 됩니다. 수술 중 메쉬가 흔들린다는 것은 부적절한 위치 지정 또는 설계 오류를 의미합니다. 또한 앵커링 암의 설계에서 안와공(infraorbital foramen)을 멀리하는 것을 잊지 마십시오. 배액 구멍이 많다는 것은 안와 내 부종/혈액 축적을 방지하기 위한 설계의 필수 부분이며, 이는 안와 구획 증후군(orbital compartment syndrome)의 발병 위험을 초래합니다.

강제 유관 검사 후 수술 절차에는 족골 중간 절개가 포함되었습니다. 이러한 경우 경결막 절개도 가능합니다. 골막하 절제 후 안와벽 결손이 노출되었습니다. 상악동으로 열등하게 변위된 안와 내용물이 상승하고 PSI는 뼈 선반과 하부 안와 테두리(고정 암)의 정확한 해부학적 일치에 기초하여 명확한 위치에 배치되었습니다. 외과적 절개를 봉합하기 전에 강제 덕트 검사를 다시 실시했는데, 이는 안구 운동에 기계적 한계가 없었습니다. 또한, 박리 및 임플란트 식립 후 안구 안구(ocular proptosis)를 확인하는 것이 중요합니다. 골막과 피부를 봉합했습니다. 수술 후 CT를 시행했습니다.

그림 1C,D는 각각 코로나 CT와 시상 CT에서 PSI를 사용하여 재구성된 궤도를 보여줍니다. PSI 배치를 지지하기 위해 측면 및 내측 선반을 사용하는 동시에 매우 뒤쪽에 배치된 후방 선반을 피하는 것에 주목하십시오. 그 위에 선반을 놓으면 움직임이 제한되고 궤도 부피가 변경될 수 있습니다. 따라서 PSI의 뒤쪽 끝은 선반과 연속적으로 놓이도록 설계되었습니다.

그림 1: 안와저골절로 고통받는 환자의 수술 전후 영상. (A) 전위된 골절절에 의해 관찰된 안와저골절을 보여주는 수술 전 관상동맥 CT 소견. (B) 열등하게 변위된 골절된 안와바닥을 보여주는 동일한 환자의 시상면도. (C) PSI를 사용한 바닥 재건을 보여주는 동일한 환자의 수술 후 관상 CT 보기. PSI의 우수한 구조와 위치에 주목하십시오. (D) 동일한 환자의 시상면(Sagittal view). PSI를 사용하여 바닥의 해부학적 재구성을 보면 바닥의 뒤쪽 영역에서 "게으른 S" 구조를 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 세분화를 위해 CT를 업로드합니다. DICOM을 삽입하려면 File > Add DICOM files 버튼을 눌러 3D 모델을 가져오고 세그먼트화합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 적절한 평면을 선택합니다. 환자 CT의 관상형 MPR(Multi-Planar Reformation)은 1mm의 슬라이스 너비로 선택됩니다. 추가 버튼을 클릭합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 뼈 분할 인터페이스. 왼쪽은 3D 모델이고 오른쪽은 코로나 CT 뷰입니다. 툴바에서 Bone segmentation 아이콘을 누르고 Thin bones 옵션을 선택합니다. 세그멘테이션 프로세스의 첫 번째 단계는 새 마스크(화면의 오른쪽 상단 모서리)를 정의하는 것입니다. 슬라이스 너비는 1.000mm(화면의 왼쪽 상단 모서리)입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: 세분화를 위한 영역 정의. (A) 골절된 뼈 궤도의 아무 영역이나 클릭하여 새 마스크(녹색 영역)를 정의하기 시작합니다. (B) 클릭할 때마다 뼈 세그먼트의 추가 볼륨이 추가됩니다. (C) 전체 궤도가 표시될 때까지 다른 영역을 계속 선택합니다. 이 프로세스는 3D 보기와 슬라이스 보기 모두에서 수행할 수 있습니다. (D) 다음 단계로 진행하기 전에 궤도의 모든 뼈 부분이 축 및 시상 보기에서 선택되었는지 확인합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6: 메시 생성 도구 모음에서 3D 버튼을 선택합니다. 선택한 마스크는 메쉬로 정의된 모델에 구축됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 7: 메시 검사 및 내보내기. 궤도의 3D 모델(메쉬)이 왼쪽 화면에 표시됩니다. 파일 > 다른 이름으로 저장을 누르고 형식에서 STL을 선택합니다. 궤도의 STL 모델을 내보냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 8: 다중 슬라이스 보간 세분화 방법. 바닥의 파쇄된 세그먼트가 분쇄되지 않은 경우(오른쪽 코로나 뷰), Multi-slice 보간은 이 세그먼트에 대한 별도의 메쉬를 만드는 데 사용됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 9: 분할된 세그먼트를 만듭니다. Multi-slice interpolation 을 사용한 다음 Paint areas 아이콘을 사용하면 coronal view의 fractured segment를 여러 개의 무작위 다른 slices로 선택할 수 있습니다. 그런 다음 분할된 세그먼트의 자동 선택을 위해 Interpolate 기능을 사용하여 분할이 수행됩니다. 이제 바닥 세그먼트를 STL 파일로 내보낼 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

보충 그림 1: STL을 3D 설계 소프트웨어로 가져옵니다. File > Import Model을 클릭하고 그림 7에서 내보낸 STL 파일을 선택합니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

보충 그림 2: 점토를 메쉬로 전환. 먼저, 결함 주변 둘레의 완전한 점토 연속성이 달성된 다음 점토를 메쉬로 변환하는 작업이 수행됩니다. (A) 파쇄된 바닥 영역 주변의 작은 틈(흰색 화살표), (B) 파단 둘레의 완전한 연속성을 달성하기 위해 이러한 영역을 수동으로 연결(검은색 화살표). (C) 첨가된 점토를 매끄럽게 합니다. (D) 새로운 메시를 생성합니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

보충 그림 3: 자동 갭 채우기. (A) 결함의 여백을 선택합니다. (B) 여백 삭제. (씨,디) 바닥이 완전히 다시 만들어질 때까지 구멍을 채웁니다(D). 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

보충 그림 4: 해부학적 재배치 순서. 골절된 분절이 일체형으로 변위된 경우, 해부학적 재배치가 가장 쉽고 정확한 옵션입니다. (A) 궤도의 STL과 바닥 세그먼트의 STL을 가져오고(보충 그림 1), 바닥 조각을 활성화합니다(마우스 오른쪽 버튼 클릭 - 활성화). (B) Select and Move Clay에서 Reposition 도구가 선택되고 Move only 옵션은 선택 취소됩니다. (C) 바닥은 해부학적으로 손상되지 않은 경계에 맞게 수동으로 재배치됩니다. (D) 파쇄된 세그먼트를 재배치하는 또 다른 방법은 단편화된 가장자리 중 하나가 올바른 해부학적 위치에 위치하는 경우에 가능하다. 이 재배치 방법 중에 회전 중심은 공간에 고정됩니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

보충 그림 5: 미러링 기술. 크고 미세한 궤도 결함의 경우 미러링 기술이 보다 정확한 결과를 생성합니다. (A) 뼈의 많은 부분이 결핍된 오른쪽 안와기저. 왼쪽의 손상되지 않은 궤도가 분할되었습니다. (B) Mirror clay 도구를 사용하여 평면 위치가 내측(파란색 선)을 향합니다. (C) Mirror Entire Piece 와 Preview 가 체크되어 있고, Apply가 체크되어 있습니다. (D) 온전한 왼쪽 궤도의 새로운 거울 물체. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

보충 그림 6: 거울 궤도와 파괴된 궤도의 중첩. (A) Register pieces 도구를 사용하여 미러링된 궤도를 Source 로 선택하고 균열된 궤도를 Target으로 선택합니다. (B) 마커는 미러링된 궤도의 고유한 해부학적 위치와 파괴된 궤도의 유사한 위치에 배치된 다음 적용을 클릭하여 세그먼트를 겹칩니다. (C) 최적의 중첩을 위해 자동 이 선택됩니다. (D) 중첩된 거울 궤도는 파괴된 궤도의 해부학적 재구성을 위한 가이드 역할을 합니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

보충 그림 7: 안와 바닥 준비. 재건된 바닥은 수직축에서 0.8mm 내려갑니다. 이 수직 거리는 설계된 티타늄 메쉬의 두께와 일치하므로 메쉬가 궤도 내부를 침범하고 부피를 줄이는 것을 방지할 수 있습니다. (A) Select/Move Clay에서 Reposition Origin 을 선택한 다음 To Center를 선택합니다. 트라이어드가 대칭된 궤도 바닥의 중심으로 이동합니다. 회전만(Rotate Only )이 선택되고 Z축은 수직으로, X축은 수평으로, Y축은 전후로 배치됩니다(B) 클레이 선택/이동(Select/MoveClay)에서 조각 재배치(Reposition Piece )가 선택됩니다. 그런 다음 고급 설정 표시/숨기기 및 번역 단계가 0.8mm로 수정됩니다. 빨간색 사각형의 화살촉을 클릭하여 파괴된 영역의 온전한 경계가 나타나기 시작할 때까지 미러링된 궤도를 파괴 궤도로 가라앉힙니다. (C) 녹색 사각형의 아래쪽 화살표를 한 번 더 클릭하여 거울 궤도의 바닥을 0.8mm 더 가라앉힙니다. 이 깊이는 PSI 두께와 일치하므로 원래 바닥을 다시 만듭니다. (D) Select/Move Clay에서 Select Clay 가 선택되고 Lasso Select Tool 이 사용됩니다. 바닥의 해부학적 둘레가 선택됩니다. 선택 반전 이 선택되면 나머지가 삭제됩니다. 바닥의 경계는 매끄럽게 다듬어지거나 균열 된 궤도의 경계에 맞게 점토가 추가됩니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

보충 그림 8: PSI 설계. (A) Orbit 및 floor objects를 선택하고 마우스 오른쪽 버튼을 클릭한 다음 Boolean/Combine as New 를 선택하여 해부학적으로 축소되고 함몰된 바닥을 포함한 궤도의 단일 개체를 만듭니다. 경계선이 추가로 매끄럽게 조정됩니다. (B) 최종 개체를 복제하고 마우스 오른쪽 버튼을 클릭한 다음 See Through 를 선택한 다음 Turn On을 선택합니다. (C) 곡선 그리기(Draw Curve )가 곡선( Curves )에서 선택되고, 원래 분열된 영역 바로 주위에 윤곽선이 생성됩니다 - 곡선은 분열된 궤도의 가장자리에 놓여야 합니다. 곡선은 뼈의 누락된 영역(예: 예시의 측면 후방 가장자리 - 검은색 화살표)에서만 새로 생성된 바닥에 놓일 수 있습니다. 윤곽선이 완전히 설정되면 Fit to Clay on Create 아이콘을 클릭합니다. (D) 같은 방식으로 PSI의 앵커링 암이 생성됩니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

보충 그림 9: PSI를 마무리합니다. 메쉬와 고정 암은 엠보싱된 다음 연결됩니다. 고정 및 배수 구멍이 만들어집니다. (A) 디테일 클레이에서 곡선으로 엠보싱 을 선택하고 0.8mm의 거리를 선택합니다. 윤곽선이 있는 영역의 내부가 선택되고 Raise 가 클릭됩니다. (B) Add Clay 및 Smooth 는 앵커링 암을 임플란트 본체(검은색 화살표)에 연결하는 데 사용됩니다. (C) Boolean 및 Remove From 함수가 복제된 개체에 적용됩니다. (D) 개체 목록에서 점토 거칠기를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하면 -0.1mm가 선택됩니다. 점토 조각에서, 조각 도구가 선택되고, 도구 크기가 2.1 mm로 설정됩니다 - 고정 구멍은 앵커링 암의 가장 먼 부분에 생성됩니다. 도구 크기는 1.5mm 및 1mm로 설정되어 나머지 PSI에 배수 구멍을 만듭니다 - 임플란트 가장자리 근처의 구멍은 피합니다. 최종 환자 맞춤형 임플란트가 제공됩니다. Boolean 및 Remove From 은 항상 최종 PSI에서 원래 파괴된 궤도를 빼서 파괴된 궤도의 뼈 가장자리에 임플란트의 수동 시트를 보장하는 데 사용됩니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

토론

안와 골절 재건술은 악안면 외과 의사의 가장 중요하면서도 섬세한 과제 중 하나입니다¹⁴. 재건술은 외부의 작은 절개를 통해 매우 민감하고 뛰어난 안구 기관 주위를 작업하는 것을 포함하며, 그 결과 수술 부위가 부분적으로만 보입니다. 이러한 어려움으로 인해 재건을 위해 PSI를 사용하면 정확도를 크게 향상시킬 수 있으므로 이환율을 최소화할 수 있다¹⁵. 그렇긴 하지만, 정확한 해부학적 구조, 모든 부품의 3D 재구성 원리, PSI 특성 및 그 효과, 수술 중 적절한 취급에 대한 이해 부족으로 인한 부적절한 설계로 인해 생성된 PSI를 수술 중 또는 쉽게 피할 수 있는 다양한 질환에 사용할 수 없게 될 수 있다¹⁶.

이 프로토콜에서는 다양한 3D 재구성 방법이 설명되고 그 적응증이 논의됩니다. 또한 각 방법에 대한 자세한 단계와 PSI를 설계할 때 피해야 하는 함정에 대한 강조가 있습니다.

안와 골절을 재건하는 세 가지 방법이 설명됩니다. 첫 번째 방법은 설계 소프트웨어의 자동화를 사용하며 현재까지 적절한 재구성을 위해 작은 결함이 필요하므로 덜 일반적인 방법입니다. 두 번째는 해부학적 재배치로, 적용 가능한 경우 설계자의 경험과 이해가 덜 필요하면서도 매우 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. 세 번째이자 가장 일반적인 것은 미러링 기법으로, 복잡한 해부학적 구조, 파괴 특성, PSI 특성 및 각 특정 사례를 재구성하기 위한 핵심 영역에 대한 높은 수준의 이해가 필요합니다.

이 방법은 Krasovsky A et ^al.11에 설명된 바와 같이 여러 벽 결함뿐만 아니라 다양한 궤도 벽 결함에 적용할 수 있습니다. 이 방법은 최근에 획득한 골절과 이전에 부적절하게 치유된 골절 모두에 사용할 수 있습니다.

우리 연구소에서 설계자는 외과의이기도 하며, 우리는 이것이 설계 단계와 수술 중 모두에서 우수한 결과를 가져온다고 믿습니다. 그러나 현재까지 대부분의 연구소에서는 이 성좌가 불가능하므로 외과의와 엔지니어 모두 이 프로토콜의 사용을 통해 이 관계의 반대편을 더 잘 이해하고, 함정을 피하고, 더 높은 수준의 안와 복원을 달성해야 합니다.

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
D2P (DICOM to Print)	3D systems	https://oqton.com/d2p/	Segmentation software to create 3D stl files
Geomagic Freeform	3D systems	https://oqton.com/freeform/	Sculpted Engineering Design