Use of customized 3D titanium printed osteotomy guides and plates for orthognathic surgery

Abstract

본 연구의 목적은 수술 전 가상 시뮬레이션(T0) 및 술 후 7일(T1), 6개월(T2)의 시간 경과에 따른 콘빔 컴퓨터 단층 촬영(CBCT) 영상을 비교하여 3차원(3D) 맞춤형 수술 절골 가이드 및 플레이트와 종래의 플레이트를 이용한 악교정 수술의 효율성 및 안정성을 평가하는 것이다. 2019년부터 2021년까지 이화여자대학교 의과대학 부속 목동병원 구강악안면외과에 내원하여 악교정 수술을 받은 12명의 환자를 대상으로 하였다. 시험군과 대조군 모두 술 전 CBCT 영상과 구강 내 스캔 데이터를 기반으로 가상 시뮬레이션을 수행하고, 시험군 6명은 3D 맞춤형 절골 가이드 및 플레이트를, 대조군 6명은 종래의 플레이트를 이용하였다. 정확도는 술 전 시뮬레이션(T0)과 술 후 7일(T1)의 CBCT 영상 데이터를 STL 변환한 뒤, 정합하여 계획과 동일하게 수술이 이루어졌는지 술 전과 술 후의 악골 위치 및 형태를 평가했다. 안정성(Stability)은 술 후 7일(T1)과 6개월(T2)의 CBCT 데이터를 정합하여 장기적인 골편의 변위 (이동) 여부를 측정했다. 사전 설정된 11개의 동일한 랜드마크 기준점 간의 선형의 차이를 측정하기 위해 X, Y, Z축에 따라 평균 제곱근 편차, 평균, 표준 분석하였다. 시험군(0.485±0.280 mm)의 평균 정확도 차이는 대조군(1.213±0.716 mm)보다 유의하게 낮았다. (p<0.01) 대조군의 평균 수술시간(6.83±0.72시간)이 시험군(5.76±0.43시간)보다 길었다. (p<0.05) 결론적으로, 3D 맞춤형 절골 가이드 및 플레이트를 이용한 시험군에서는 가상 시뮬레이션과 실제 수술 후 결과 사이의 오차가 임상적으로 허용되는 값인 2mm를 초과하지 않았으며, 대조군과 비교하여 더 높은 정확도를 나타냈다. 골절단 및 이동, 고정을 위한 3D 맞춤형 가이드 및 플레이트를 이용함으로써 수술 시간이 단축되고 계획한 대로의 악골 이동이 가능했다.;Computer-Aided Design/Manufacturing (CAD/CAM) technology was developed to increase the accuracy of surgery and minimize errors in surgical planning and orthognathic surgery. However, accurate implementation during surgery remains a challenge. Therefore, we evaluated the accuracy and stability, safety, efficiency of orthognathic surgery using preoperative virtual simulation and three-dimensional (3D) titanium printed custom osteotomy guides and plates. This study was conducted on 12 patients who underwent orthognathic surgery at the Department of Oral and Maxillofacial Surgery at Ewha Womans University Mokdong Hospital between 2019 and 2021. The study group used a 3D customized titanium osteotomy guide and plate processed using a selective laser melting printer, and the control group consisted of patients who underwent orthognathic surgery using an ready-made fixed plate. Both groups performed virtual simulations based on preoperative computed tomography images and intraoral 3D scan data. Accuracy and stability were evaluated by comparing the results of preoperative virtual simulations (T0) and 7 days (T1) and 6 months (T2) postoperatively. Root mean square deviation, mean, and standard analysis were performed along the X, Y, and Z axis to measure the linear difference between 11 identical landmark reference points set in advance. Accuracy (ΔT0–T1) and stability (ΔT1–T2) measurements using 11 anatomical references were more accurate for the study group. The mean accuracy difference in the study group (0.485 ± 0.280 mm) was significantly lower than in the control group (1.213 ± 0.716 mm). (p < 0.01) The average operating time of the control group (6.83 ± 0.72 hours) was longer than that of the study group (5.76 ± 0.43 hours). (p < 0.05) In conclusion, in the study group using the 3D customized osteotomy guide and fixation plate, the mean of the linear discrepancy between the preoperative virtual simulation and the actual postoperative result did not exceed the clinically acceptable value of 2 mm. The use of 3D customized guides and fixation plates enables accurate osteotomy and facilitates bone repositioning.