의자 옆 디지털 CAD-CAM 수술 가이드를 이용한 요근 간 부위의 교정 미니스크류 삽입

요약

이 프로토콜의 목표는 CBCT와 CEREC CAD/CAM 기술을 통합하여 교정 미니스크류 삽입을 위한 진료실 내 생체 적합 수술 가이드를 설계 및 제작하는 의자 옆 디지털 워크플로우를 제시하는 것입니다. 이는 외부 소프트웨어와 실험실 의존 절차를 없애면서 정확도를 높이는 것입니다.

초록

본 연구는 교정용 미니스크류 삽입을 돕기 위한 외과 가이드를 만드는 새로운 의자 옆 디지털 기법을 도입하는 것을 목표로 합니다. 이 임상 검증 연구에서는 6명의 환자에게 12개의 교정용 미니스크류가 삽입되었으며, 이는 의자 옆 경제적 미용 세라믹 복원(CEREC) 시스템과 콘빔 컴퓨터 단층촬영(CBCT)을 결합하여 적용되었습니다. CBCT 스캔과 의자 옆 디지털 시스템을 통해 획득한 디지털 치과 모델을 통합하여 3차원 이미지를 생성했습니다. 교정용 미니스크류의 최적 삽입 각도와 위치는 이 이미지를 사용해 계획되었습니다. 수술 가이드는 컴퓨터 지원 설계(CAD) 소프트웨어로 설계되어 컴퓨터 지원 제조(CAM) 시스템을 사용해 제작되었습니다. 수술 전후 환자들의 CBCT 스캔을 겹쳐 배치하여 계획된 미니스크류 위치와 실제 위치 간의 각도 편차, 진입점 편차, 말단 편차를 비교하였습니다. 평균 진입점 편차와 말단 편차는 각각 2.4 ± 0.7 mm(범위: 1.2–3.4 mm)와 2.4 ± 0.6 mm(범위: 1.3–3.4 mm)였습니다. 평균 각도 편차는 3.8°± 2.3°(범위: 0.4°–7.2°)였다. 6개월 추적 기간 동안 미니스크류 고장은 관찰되지 않았습니다. 이 연구는 의자에서 CAD/CAM 기반 미니스크류 수술 가이드 방법을 성공적으로 개발했으며, 그 정확성과 안정성은 환자들 사이에서 예비적으로 검증되었습니다.

서론

교정용 미니스크류는 단순함, 빠른 삽입, 최소 침습성, 비용 효율성 덕분에 널리 인기를 얻고 있습니다 ^1,2,3. 이러한 장점에도 불구하고, 임상 성공은 해부학적 제약, 조작자 기술의 변동성, 표준화된 보조 도구의 부재로 인해 종종 제한됩니다. 가장 중요한 문제 중 하나는 미니스크류의 정확한 위치로, 잘못된 배치는 뿌리 손상이나 뼈 무결성 저하로 이어질 수^{있습니다.}

수술용 가이드 시스템은 위치 정확도를 높이고 합병증을 최소화하는 효과적인 도구로 널리 인정받고 있습니다 ^4,5. 현재 사용 가능한 대부분의 가이드 시스템은 제3자 계획, 실험실 제조 절차, 전문 기술자와의 협력에 의존하여 처리 비용을 증가시키고 처리 시간을 길리며, 즉각적인 의자 옆 구현을 제한합니다⁶. 또한 많은 워크플로우가 여러 데이터 변환 단계와 소프트웨어 플랫폼을 포함하여 등록 오류 위험을 높이고 절차적 효율성을 저하시킵니다.

이러한 한계를 해결하기 위해, 본 연구는 수술 가이드 설계 및 제작을 위해 콘빔 컴퓨터 단층촬영(CBCT)과 컴퓨터 지원 설계/컴퓨터 지원 제조(CAD/CAM) 시스템을 통합한 간소화된 의자 옆 디지털 워크플로우를 도입합니다. 외부 실험실 지원이 필요한 기존 워크플로우와 달리, 제안된 방법은 단일 통합 플랫폼 내에서 완전한 사무실 가상 계획, 설계 안내 및 제조를 가능하게 합니다. 이 접근법은 전문 인력에 대한 의존도를 줄이고 동일 방문 가이드 제작을 용이하게 하여 임상 효율성과 접근성을 향상시킵니다.

워크플로우 단순화 외에도, 현재 기법은 여러 가지 추가 장점을 제공합니다. 첫째, CBCT 데이터를 구강 내 디지털 스캔과 직접 통합함으로써 치근, 치조 형태, 치근 간 공간을 정밀하게 시각화하여 미니스크류 삽입의 안전성을 높이고 뿌리 손상 위험을 줄입니다. 둘째, 투명한 생체 적합성 수지로 제작된 치아 지지 가이드를 사용하면 구강 내 안정성을 높이고 수술 중 가이드 좌석을 직접 시각 확인할 수 있습니다. 셋째, 디지털 표준화된 삽입 궤적은 조작자별 변동성을 줄이고 특히 해부학적으로 좁은 요근 간 부위에서 재현성을 향상시킬 수 있습니다. 마지막으로, 완전 디지털 워크플로우는 수작업 제작 단계를 최소화하고 가이드 생산의 일관성과 예측 가능성을 향상시킬 수 있습니다.

본 연구는 가이드 교정 미니스크류 삽입을 위한 의자 옆 디지털 워크플로우를 제시하고, 그 위치 정확도를 평가하여 임상적 타당성, 재현성, 기존 가이드 기법에 대한 잠재적 이점에 대한 예비 증거를 제공하는 것을 목표로 했습니다.

프로토콜

이 연구는 베이징 톈탄 병원 수도의과대학 기관심사위원회(KY2022-041-01)의 승인을 받았으며, 헬싱키 선언 및 기관 인간 연구 지침에 따라 수행되었습니다. 임상 절차 참여 및 시작 전에 모든 환자로부터 서면 동의를 받았습니다. 2022년 4월부터 2023년 6월까지 베이징톈탄병원 교정과에서 치료를 받은 6명의 환자가 교정 미니스크류 삽입을 받았습니다.

1. 목표 지역의 디지털 데이터 획득

1. 구강 내 디지털 모델을 획득하세요.
   1. 구강 내 스캐너를 사용해 구강 내 스캔을 수행하여 완전한 상악 디지털 치과 모델을 얻습니다. 아치 전체를 커버하고 요근 간 부위의 정확한 포착을 보장합니다.
2. CBCT 영상을 확보하세요.
   1. CBCT 유닛을 사용하여 악안면 부위의 CBCT 스캔을 취득하세요.
      1. 0.16mm 크기의 복셀을 사용하세요.
      2. 8cm× 8cm의 시야각을 사용하며, 상악치와 주변 치조뼈를 포함할 수 있습니다.
      3. 교정 임플란트 계획에 대해 제조사의 권장 사항에 따라 영상 매개변수를 설정하세요.
      4. 치조뼈와 인접한 치근을 명확히 시각화하세요(그림 1A).

2. 미니스크류 배치의 가상 계획 수행

1. CBCT 및 구강 내 스캔 데이터를 등록하세요.
   1. 디지털 치과 모델과 CBCT 데이터를 임플란트 계획 소프트웨어로 가져오세요.
      1. 소프트웨어 내 CBCT 데이터셋에서 파노라마 재구성을 생성하세요.
      2. 디지털 치과 모델과 CBCT 파노라마 뷰에서 각각 세 개의 해당 치아를 수동으로 선택하여 초기 등록을 수행합니다(그림 1B).
      3. 선택한 치아를 계획된 미니스크류 삽입 부위에 인접하게 배치하고, 어금니 또는 소구치의 첨단 끝과 능선 등 명확한 해부학적 치아 구조를 포함하세요.
      4. 기준 치아를 선택한 후에는 소프트웨어가 자동으로 데이터셋의 중첩 및 표면 정렬을 완료하도록 하세요.
      5. 가상 미니스크류 계획 전에 축, 관상, 시상면에서 등록 정확도를 검증합니다(그림 1C).
      6. 눈에 띄는 불일치나 정렬 불일치가 확인되면 등록 과정을 반복하세요.
2. 미니스크류 위치를 가상으로 계획하세요.
   1. 치조뼈 형태와 인접 치근 간의 해부학적 관계에 따라 미니스크류 삽입 부위를 결정합니다.
      1. 각 미니스크류를 피질 뼈 접촉을 극대화하고 근치가 가까워지지 않도록 배치하세요.
      2. 미니스크류 배치를 치경 꼭대기 5–7mm 지점에 계획하세요.
      3. 임상 지침에 따라 인접 치아의 장축에 대해 삽입 각도를 30°–40°로 설정하세요(그림 1D).

3. 수술 가이드 제작

1. 수술 가이드를 디자인하세요.
   1. CAD 소프트웨어를 사용해 치아 지지 수술 가이드를 설계하세요.
      1. 고정 암과 가이드 슬리브를 계획된 삽입 각도에 맞게 포함하세요.
      2. 수동적 좌석과 선택된 교대 치아의 충분한 지지력을 확인하세요.
      3. 가이드 슬리브를 2.0mm 삽입 도구 직경에 맞게 설계하세요.
      4. 소프트웨어 내에서 가이드 치수, 지지 치아 위치, 가이드 두께, 검사 창을 정의하여 구강 내 안정성과 시각화를 보장합니다(그림 1E).
2. 수술 가이드를 제작하세요.
   1. 사무실 내 밀링 유닛을 이용해 투명한 생체 적합성 수지 블록에서 수술용 안내 의자 옆을 밀링하세요. 제조업체의 밀링 파라미터를 따르고, 세척 및 필요 시 경미한 중합을 포함한 수지 지침에 따라 후처리를 완료하세요(그림 1E).

4. 가이드 미니스크류 위치 수행

1. 수술 부위 준비해.
   1. 수술 전 구강 소독을 위해 0.2% 클로르헥시딘 용액으로 60초간 세척하도록 지시하세요.
2. 국소 마취를 시행하세요.
   1. 2% 리도카인과 1:100,000 에피네프린을 투여하고, 미니스크류 삽입 전에 적절한 마취를 확인합니다.
3. 수술 가이드를 위치시키세요.
   1. 수술 가이드를 구강 내에 삽입하여 완전한 좌석과 안정성을 확인하세요.
      1. 검사 창문을 통해 적응 여부를 확인하세요.
      2. 가이드와 지지 치아 표면 사이에 약 0.5 mm 이상의 보이는 간격이 없는지 확인하세요(그림 2A).
      3. 미니스크류 삽입 전에 양쪽 손가락으로 부드럽게 압력을 가해 흔들림이나 변위가 없음을 확인하세요.
      4. 불완전한 시위나 불안정성이 감지되면 가이드를 제거하고 스캔 부정확성, 제작 결함, 또는 오클루스 간섭이 있는지 점검한 후 진행하세요.
4. 교정용 미니스크류를 삽입하세요.
   1. 임플란트 모터를 사용해 자체 드릴링 미니스크류를 삽입하세요.
      1. 직경 1.4mm, 길이 8.0mm의 미니스크류를 사용하세요.
      2. 삽입 시 미리 계획된 삽입 궤적과 각도를 유지하세요.
      3. 연속 식염수 관개 하에서 약 20–35rpm의 회전 속도로 삽입을 수행합니다.
      4. 피질 뼈에 과도한 스트레스를 최소화하기 위해 제조사의 권고사항에 따라 삽입 토크를 유지하세요(그림 2B, C).

5. 수술 후 미니스크류 위치 평가

1. 수술 후 CBCT 영상을 확보하세요.
   1. 수술 후 CBCT 스캔을 전수술과 동일한 영상 매개변수, 복셀 크기, 시야각으로 받아 표준화와 비교 가능성을 보장합니다.
2. 수술 전과 수술 후 데이터셋을 중첩합니다.
   1. 수술 후 CBCT 데이터를 분석 소프트웨어로 가져오세요. 동일한 기준 랜드마크를 사용하여 수술 전 계획 데이터와 수술 후 영상 데이터를 중첩합니다.
3. 위치 편차를 측정하세요.
   1. 소프트웨어 내장 분석 도구를 사용해 계획된 미니스크류 위치와 실제 위치 간의 각도 편차, 진입점 편차, 종점 편차를 측정합니다(그림 2D).
      1. 진입점 편차를 계획된 미니스크류의 코로나 중심 사이의 3차원(3D) 선형 거리로 정의하라.
      2. 끝점 편차를 계획된 미니스크류의 꼭짓 중심 사이의 3차원 선형 거리로 정의합니다.
      3. 각도 편차를 계획 및 배치된 미니스크류의 종축 사이에 형성된 3D 각도로 정의합니다.
      4. 선형 편차는 밀리미터 단위로, 각도 편차는 도 단위로 기록하세요.
         참고: 구강 내 스캔부터 수술 후 정확도 평가까지의 전체 디지털 워크플로우를 요약한 도식 흐름도는 그림 3에 제시되어 있습니다.

결과

총 12개의 교정용 미니스크류가 디지털로 제작된 의자 옆 수술 가이드를 사용해 6명의 환자에게 후상악의 구강 또는 구개근 간 부위에 성공적으로 삽입되었습니다. 모든 수술 가이드는 시술 중 구강 내 좌석이 안정적으로 유지되었고, 골절이나 수술 중 합병증은 관찰되지 않았습니다. 가이드 위치 지정과 가이드 미니스크류 삽입의 대표적인 임상 이미지는 그림 2A–C에 나와 있습니다.

수술 후 CBCT 데이터는 수술 전 가상 계획 모델과 겹쳐 배치 정확도를 평가하였다. 대표적인 3차원 중첩 분석은 그림 2D에 나타나 있는데, 계획된 미니스크류 위치는 보라색으로, 실제 수술 후 위치는 파란색으로 표시되어 있습니다. 계획된 미니스크류와 배치된 미니스크류 간의 밀접한 공간적 대응은 가상 치료 계획이 임상 환경으로 정확하게 이전되었음을 입증했습니다.

토론

교정용 미니스크류 임플란트는 최소 침습성, 삽입 용이성, 임시 고정 장치로서의 효과성 덕분에 임상적으로 널리 받아들여지고 있습니다. 그럼에도 불구하고, 특히 뼈 가용성이 제한적이고 인접 뿌리와의 근처가 좁아 근 손상과 미니스크류 불안정성 위험이 증가하는 요근 간 부위에서는 정확한 위치 배치가 여전히 기술적으로 어렵^습니다. 이전 연구들은 컴퓨터 유도 수술 접근법이 교정 미니스크류 삽입 정확도를 향상시키고 합병증을 줄일 수 있음을 입증했습니다. 수손^{삽입 기법}에 비해 ^8,9. 하지만 현재 사용 가능한 많은 워크플로우는 여러 소프트웨어 플랫폼, 외부 실험실 제작, 또는 일상적인 의자 옆 구현을 제한하는 복잡한 디지털 프로토콜에 의존하고 있습니다.

본 연구에서는 CBCT 영상과 CA...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
CEREC Guide Bloc maxi	Dentsply Sirona	REF 6447093	수술 가이드를 제작하는 데 사용되는 수지 블록
CEREC Omnicam	Dentsply Sirona	REF 6390327	구강 내 스캐너
CEREC SW 4.4	Dentsply Sirona	REF 6731637	미니스크류 수술 가이드를 설계하는 데 사용되는 소프트웨어
GALILEOS Implant software v 1.9	Dentsply Sirona	REF 6369503	디지털 치과 모델과 CBCT 데이터를 중첩하는 데 사용되는 소프트웨어
GuideMia V5.0	GuideMia Inc.	https://ai.guidemia.com/downloads/	임플란트 배치의 정확도에 액세스하는 데 사용되는 소프트웨어
임플란트 모터	W&H SI-923	REF 00900100	미니스크류를 배치하는 데 사용되는 기계
미니스크류	Ormco	REF 601-0021	교정 앵커리지 장치
Orthophos XG 3D	Dentsply Sirona	REF 6303452	CBCT 기계