구강암 절제술 후 생긴 하악골 결손의 비골피부 자유피판술을 이용한 재건을 위한 가상수술계획 및 3차원 프린팅: 증례보고
Virtual Surgical Planning and Three-Dimensional Printing for Reconstruction of Mandibular Defect by Fibula Free Flap: A Case Report
Article information
Trans Abstract
Reconstruction using osteocutaneous fibular free flap after radical resection of oral cancer with mandibular invasion and segmental mandibulectomy is the gold standard of treatment. Recent technological advances have made virtual surgical planning and threedimensional printing incorporating computer-aided design and computer-aided modeling possible, thereby shortening the ischemic time of free flap and enabling more sophisticated reconstruction. We report a successful case of osteocutaneous fibular free flap using this technique.
서 론
Osteocutaneous fibular free flap을 이용한 하악 재건은 오늘날 하악 결손을 재건하는 황금 표준방법으로 간주되고 있다[1]. 그러나 하악골의 기능적, 심미적 재건은 핵심적이지만 기술적 어려움으로 인하여 흔히 시행되기 어려웠다. 왜냐하면 전통적인 방식의 하악 재건술은 U자 형태의 복원을 위해 정밀한 절골작업이 필요하였고, 해부학적 복원뿐만 아니라 언어, 연하 및 안면윤곽의 복원까지 고려해야 하며, 부적절한 재건은 환자의 삶의 질과 사회활동에 큰 영향을 주기 때문이다.
특히 외과의의 경험만으로 하악의 곡률을 만들기 위해 비골절단부의 정확한 위치와 각도를 결정하는 것은 초심자에게 매우 어려우며, 과거에는 정확한 수술계획 없이 집도의의 경험에만 의존하여 하악골 재건술을 시행해 왔다. 이로 인해 수술 중 추가 절골술 및 수술계획 변경이 발생했으며, 긴 허혈시간으로 인한 자유피판의 실패, 부적절한 하악 재건의 위험이 있었다. 최근 개인화 및 기능적 재건의 관점에서 정확한 수술 전 수술계획을 세울 수 있는 3차원(three-dimensional, 3D) 가상시스템이 개발되었다[2,3]. 우리는 3D 프린팅 기술 및 가상 수술계획(virtual surgical planning, VSP)을 하악골 재건에 유용하게 사용한 성공적인 증례를 보고하고자 한다.
증 례
1. 환자
6년 전 구강저의 설하선 기원의 선양 낭성암종(adenoid cystic carcinoma)으로 경구강 광범위 종양절제술 및 양측 경부절제술을 시행 받고 원발부위 재발없이 경과관찰 중, 3년 전 폐전이가 확인되었으나 선양 낭성암종의 늦게 자라는 특성상 추가 치료 없이 종양내과에서 경과관찰 중인 54세 남성이 외래에 내원하였다. 3개월 전부터 우측 구강저의 통증성 유착성 점막하 종괴로 인한 구어, 연하장애를 지속적으로 호소하였다(Fig. 1A). 펀치 생검 및 영상검사를 통해 경부 컴퓨터단층촬영(computed tomography, CT)과 자기공명영상(magnetic resonance imaging, MRI), 양전자방출단층촬영(positron emission tomography-CT)에서 입 바닥과 혀 앞부분에 거대하고 불규칙한 덩어리가 발견되어 오른쪽 구강저의 재발된 선양 낭성암종(cT4aN0M1) 진단하에 하악 부분 절제술, 구강저와 혀 일부를 광범위하게 절제하고, 변형된 근치 경부 양측 절제술, 기관절개술 및 비골 자유피판을 이용한 재건술을 하기로 하였다(Fig. 1B, C). 이 환자는 특히 MRI 및 치과 스캔영상에서 하악 피질 침범이 의심되었다. 수술 전에 이 환자로부터 순천향대학교 천안병원 임상심사위원회의 승인 및 서면 동의서를 얻었다.
(A) Preoperative photographs of enlarged submucosal mass in the right floor of mouth and (B) protrusion of right lower alveolar mucosa of oral vestibule. (C) Malignant enhancing mass at the right floor of mouth invading right mandible in neck magnetic resonance imaging. (D) Hypermetabolic, osteolytic lesion of the right sublingual area in positron emission tomography–computed tomography.
2. 가상 수술계획
우리는 VSP를 위해 신의료기술 인정(보건복지부 고시 제2021-115호)을 받은 업체의 의료영상 분할 및 소프트웨어 시뮬레이션을 통해 하악골 및 하악 재건을 위한 비골의 절제 영역 정보를 추출해 설계하는 회사의 제품을 제작, 사용하였다(Anymedi, Seoul, Korea). 환자의 얇은 단면(1.5 mm) 고해상도 안면골과 하지 CT에서 획득한 DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) 데이터 형식을 이용하여 3D 이미지를 생성하여 3D 모델링을 시행하였다(Fig. 2). 수술 전 하악 3D 재건 영상을 이용하여, 종양학적으로 안전한 2 cm 안전 절제연을 설정하여 하악 분절 절제술(segmental mandibulectomy)을 계획할 수 있었다(Fig. 3A). 다음으로 3D로 재구성된 하악골과 비골 영상을 병합하여 종양 변연부의 가상 절제에 따른 비골피판을 디자인하였다(Fig. 3B). 비골의 좌우측 선택은 피부피판 방향과 혈관경 방향의 용이성을 고려하여 좌측을 선택하고, fibular bone graft는 결손의 크기에 맞춰 삼분할로 길이와 각도가 가상으로 설계되었다(Fig. 3C). 그 결과 신하악골, 하악골 및 비골 절단을 포함한 3D 모델을 생성할 수 있었다(Fig. 3D–F). 다음으로 티타늄 플레이트는 3D 신하악골 모델에 따라 하악 곡률에 맞춰 사전에 구부러져서 수술 당일에 사용할 수 있도록 소독하여 전달되었다. 3D 모델은 수술 전 가상 디자인을 실제 수술 모습으로 프린팅하여, 현재 상태를 환자에게 설명하고 플레이트를 맞춰서 구부리는 데 사용되었다. 이 과정은 약 7일 정도 걸렸고, VSP에 대한 추가 수술비용은 환자가 회사에게 부담하였다(Fig. 4A–G).
Creation of cutting plane of segmental mandibulectomy photograph (A), right photograph (B), left axial image of bone setting applied neck computed tomography (C). (D) Panoramic X-ray view.
Preoperative virtual surgical planning. (A) Preoperative three-dimensional (3D) reconstructed mandible using high-resolution computed tomography scan. The green segmental area is the expected model of the mandibular defect. (B) 3D reconstructed fibula with cutting planes. (C) The transformed three-segmented fibular is positioned to the anatomic location in the mandibular defect. (D) 3D reconstructed neo-mandible. (E, F) The cutting guide is positioned at the mandible and fibula.
(A–D) A three-dimensional printed neo-mandible model is used for adapting the template to the desired contour and as a reference. (E–G) After the plate bending is finished, the titanium plate is checked if the plate is contoured correctly. This process is performed preoperatively to reduce operative time.
3. 하악 분절 절제술
전신마취하에 먼저 기관절개술을 시행하였다. 그런 다음 우리는 변형된 근치 경부 절개 양측 및 하악에서 하악 분절 절제술을, 입 바닥과 전방 혀의 넓은 절제와 함께 미리 제작된 하악 절골 가이드를 이용하여 진동 톱을 사용하여 하악 분절 절제술을 시행하였다(Fig. 5A–E). 미리 구부려져 제작된 플레이트 고정용 나사구멍도 가이드를 따라 미리 천공하였다.
(A, D) Intraoperative photographs of the segmental mandibulectomy. (B, C) The cutting guide is positioned at the mandible. (E) Final specimen.
4. 비골 자유피판 채취 및 삽입(fibular free flap harvest and insetting)
왼쪽 비골 자유피판 채취는 기존의 방법대로 시행하였고. 삼분절 비골 절골술은 미리 제작된 비골 절골 가이드를 사용하였다. 혈관경 뿌리를 결찰하기 전에 미리 구부려 둔 티타늄 판을 삼분절에 고정하여 신하악을 제작하면서 허혈시간을 줄일 수 있었고, 신하악골 삽입, 고정 및 혈관 문합은 기존과 동일한 방식으로 수행하였다(Fig. 6A–E).
(A) Intraoperative photographs of the fibula free flap. (B) The cutting guide is positioned at the fibula. (C) Fixation of the fibular segments using the pre-bended plate. (D) Pre-made fibular flap is fixed to the residual mandible and revascularized. (E) Immediate postoperative intraoral view.
5. 수술 후 관리
수술 후 경피위(percutaneous endoscopic gastrostomy) 관을 통한 연유식을 시작하였고 3주 후 경구 연식을 시행하였다. Decannulation은 수술 후 14일에 수행되고, 추후 재발이 없을 경우 치과 임플란트 수복은 약 1년 후에 계획되어 있다.
6. 결과
평균 전체 허혈(혈관 척추경 클램핑에서 혈관 문합 완료까지의 시간) 및 수술시간은 각각 182분과 1,081분이었다. 수술 후 피판의 울혈 또는 괴사, 감염, 구강 피부 누공, 혈종 등 합병증은 없었다(Fig. 7A, B). 추적 관찰기간(6개월)에 재발은 관찰되지 않았고, 입을 벌리고 부드러운 음식을 적절히 먹을 수 있었다. 또한 환자는 수술 후 안면윤곽에 매우 만족하였다.
(A) Postoperative bone scan shows viable fibular free flap. (B) Postoperative computed tomography scan shows well positioned fibular free flap without recurrence for 6 months.
고 찰
하악 재건은 하악의 곡률과 모양을 완전하고 정확하게 복원하는 것이 매우 어렵기 때문에 난이도 있는 수술 중 하나이다. Hidalgo [4]는 술자의 술기 및 절제팀과 재건팀의 의사소통 부족에 의해 수술시간과 허혈시간의 연장, 주요 합병증의 증가가 25%–35%에 이른다고 보고하였다. 이러한 제한점을 극복하고 개인화된 정밀의학이 발전함에 따라 VSP는 수술 전 3D 모델 이미지와 절단 가이드를 제공하여 두경부 재건수술에 개발 및 적용되고 있다. 하악골 재건에 VSP를 적용함으로써 수술 전 3D 수술계획을 통해 정확한 절골술을 시행할 수 있게 되었고, 허혈시간을 확연히 줄일 수 있게 되었다. 2015년에 Succo 등[1]은 컴퓨터 보조 하악 재건기술을 단계별로 기술하였고 Synthes ProPlan CMF (Materialise, Leuven, Belgium)와 VSP 기술을 소개하였다. 본 저자는 사용자 편의를 갖는 국내 회사의 3D 프린팅 기술로 같은 수술 준비단계를 사용하였다. 비록 본 저자는 초심자로서 VSP를 사용하였음에도 다소 긴 수술시간을 소요하였으나 여러 연구에서 수술시간의 이점을 보고하고 있다[5,6]. 또한 VSP를 사용하면 환자에게 정확하고 효과적인 시각적 의사소통과 수술 전 상담을 제공할 수 있는 장점이 있고, 3D 재구성 기술로 주변 구조를 관찰할 수 있어 안전하고 넓은 범위의 수술 마진을 결정할 수 있게 된다. 또한 수술 효율성 개선과 상처 회복, 수술비 및 동반된 병태를 줄일 수 있음이 알려졌다[7].
그러나 다양한 장점에도 불구하고 몇 가지 단점이 알려져 있다. 하악골 절제술을 위해 사전 제작된 절단 가이드는 때때로 실제 수술 중에 처음에 예상했던 것보다 너무 작을 수 있다. 이는 VSP가 처음 계획되었을 때부터 종양의 크기가 커졌을 수 있기 때문이다[8]. 그 결과 하악 가이드는 무용지물이 되어 수술 시 의사에게 혼란을 줄 수 있다. 뼈 주변의 연조직으로 인해 가이드가 정확히 맞지 않아 수술 전 계획만큼 정확한 절골이 어려울 수 있어 절골부의 확실한 주변박리를 요한다. 또한 절골 가이드는 3D 프린팅 재료가 경성 플라스틱으로 만들어져 톱에 의해 부러진 조각이 이물반응을 일으킬 수 있다.
3D VSP를 이용한 하악골 재건술은 잠재적인 단점이 있지만, 정밀한 절제와 골피부 자유피판 수술의 정확도와 수술시간 절약 등 상당한 이점이 있어 기능적, 심미적 결과를 향상시킬 것으로 보이며, 본원의 첫 성공적 증례를 보고하고자 하는 바이다.
감사의 글
이 수술과 연구는 아주대학교 의과대학 이비인후과의 두경부외과 전문의인 신유섭과 함께 진행되었다. 본 연구는 교육부(NRF-2019R1I1A3A010-63629)의 지원으로 한국연구재단(National Research Foundation)의 기초과학연구사업의 지원을 받아 수행되었으며, 순천향대학교 연구기금의 지원도 받았다.