개의 전완골 성장기형의 교정절골술시 3-D 컴퓨터 보조의 임상적 유용성

국문 초록 (Abstract)

각기형을 가지고 있는 전완골에서 변형의 중심축과 관절면 도입각의 측정을 포함한 수술 전(前) 계획 과정은 수의 외과 의사의 임무 중 하나이다. 전완골 성장 기형은 요골이 시위가 당겨진 활 모양으로 휘어 있으면서 동시에 완만한 나선 형태를 가지고 있다. 이차원에 투영된 방사선 영상을 기반으로 3차원의 입체 구조를 평가해야 하는 태생적 한계를 가짐에도 불구하고 CORA 방법은 2006년 수의 정형외과에 소개된 후로 절골 부위와 절골 각도 결정에 독점적으로 사용되어 오고 있다. 골절 부정유합을 가진 뼈와는 다르게 요골의 성장기형은 CORA 방법론만으로는 근본적 해결에 한계가 있을 수 있고 3-D 평가를 기반으로 한 수술 전 평가가 만족스러운 결과를 보장할 수 있다. 이 연구에서 3-D 의료영상을 기반으로 수술 전 계획 방법을 고안, 환자맞춤 도구를 설계와 제작, 쾌속조형기 뼈 모형과 상상골 모형에서 환자맞춤 도구를 활용하여 모의 수술을 실시, 그 환자맞춤 도구를 활용한 교정 절골술을 수술실에 적용 후 수술 결과를 보고하여 새로운 방법으로 제시한다.
전완부 성장장애가 있는 개로 부터 컴퓨터 단층 촬영 (CT) 디지털 의료 영상 전송 장치 (DICOM) 일련의 평면 영상들로 부터 전완골의 표면 정보를 추출한 후 컴퓨터 이용 설계 (CAD; Computer-Aided Design) 프로그램에서 작동가능 한 형식인 광조형 (STL; Stereolithography) 파일로 변환 및 저장하였다. 모든 삼차원 작업은 디지털 의료 영상 전송 장치 영상 정보로부터 생성된 광조형 가상 형상 생성, 삼차원 가상현실에서의 수술 전 모의수술, 쾌속조형기 뼈 모형을 제작 후 모의 수술을 실시한 결과 정보를 기반으로 환자맞춤 도구를 설계 및 제조하고 최종적으로 임상에 적용하였다.
환자맞춤 도구를 사용한 쾌속조형기 골 모형, 상상골 모형에서 실시한 생체 외 수술과 수술실에서의 생체 수술 결과를 보고하였다. 각각의 단계에서 수술 후 절단면의 목표위치 및 각도를 수술 전 계획과 비교한 결과, 상상골에 실시한 모의 수술 실험에서는 환자맞춤 도구를 사용하였을 때 절골술 위치 오류는 ± 1 mm 이하, 절골 각도 오류 ± 2.5도 이하의 기준을 만족하였다. 상상 골 모델들을 활용한 모의 수술 결과와 동일하게 임상 모델 적용 수술에서도 절골술 위치 오류는 ± 1 mm 이하, 절골 각도 오류 ± 2.5도 이하의 기준을 만족하였다. 수술 직후, 3 개월 및 6 개월의 후속 검사에서 수술한 다리의 체중부하, 보행개선 및 외관이 개선되었다
본 연구가 제시한 새로운 3-D 컴퓨터 보조 프로그램을 활용한 교정 절골술 수술계획과 환자맞춤형 도구의 수술적용은 상상 골 모델에서의 모의 수술과 수술실에서의 환자맞춤 도구의 적용 수술 평가 결과도 고무적이었다. 향후 실제 다양한 임상 적용을 통해 그 가능성을 뒷받침하는 연구가 추가되어야 할 것이다

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1: General Introduction 1
• 1.1 MOTIVATION FOR THE RESEARCH 2
• 1.2 THE PROBLEMS AND BARRIERS 3
• 1.3 SUMMARY OF THE PROBLEMS AND SOLUTIONS 4
• 1.3.1 Problem and Solution 1: 5
• 1.3.2 Problem and Solution 2: 5
• 1.4 AIM AND OBJECTIVES 7
• 1.5 THESIS ORGANIZATION 8
• 1.6 LITERATURE REVIEW 10
• 1.6.1 ANATOMY OF THE RADIUS AND ULNA BONE 11
• 1.6.2 CANINE AGD 12
• 1.6.3 Pathogenesis of AGD 12
• 1.6.4 Epidemiology of AGD 13
• 1.6.5 DIAGNOSING AGD 13
• 1.6.6 TREATMENT FOR THE AGD 18
• 1.6.7 3-D TECHNOLOGY AID METHODS 24
• Chapter 2: novel virtual preoperative planning method and patient-specific instrumentation 37
• 2.1 INTRODUCTION 39
• 2.2 MATERIALS AND METHODS 46
• 2.2.1 Data Acquisition and 3-D Model Generation 46
• 2.2.2 Development of 3-D Virtual Evaluation Method 48
• 2.2.3 Preoperative Planning of Distal Radial Osteotomy 51
• 2.2.4 Virtual Corrective Osteotomy 52
• 2.2.5 Manufacturing Rapid Prototyping (RP) Bone Models and PSIs 53
• 2.2.6 Testing Protocols 54
• 2.2.7 In-vitro Surgery 54
• 2.2.8 Patient-Specific Cutting Guide (PSCG) Designing 54
• 2.2.9 Manufacturing of Secondary PSCGs 55
• 2.2.10 Testing Protocols 56
• 2.2.11 Example of Application (In-vitro Surgery) 56
• 2.3 RESULTS 56
• 2.3.1 Laboratory Study 56
• 2.3.2 Clinical Trials 57
• 2.4 DISCUSSION 57
• 2.5 CONCLUSIONS 63
• Chapter 3: In-vitro corrective osteotomy on the phantom bone model 86
• 3.1 INTRODUCTION 88
• 3.2 MATERIALS AND METHODS 92
• 3.2.1 PSI Design for the Distal Radial Surface 93
• 3.2.2 In-house Fabrication 93
• 3.2.3 Rehearsal Surgery on the Phantom Bone Models with PSI 94
• 3.2.4 Accuracy Evaluation 95
• 3.3 RESULTS 96
• 3.4 DISCUSSION 97
• 3.5 CONCLUSIONS 102
• Chapter 4: using patient-specific instrumentation in a dog model 111
• 4.1 INTRODUCTION 113
• 4.2 MATERIALS AND METHODS 115
• 4.2.1 Case Selection 115
• 4.2.2 CT & Bone Image Segmentation 116
• 4.2.3 Preoperative Surgical Planning 116
• 4.2.4 Pre-medication and Anesthesia 117
• 4.2.5 Surgery and Evaluation 118
• 4.2.6 Post-Operative Care 119
• 4.3 RESULTS 120
• 4.4 DISCUSSION 121
• 4.5 CONCLUSIONS 128
• Chapter 5: General Conclusion 136
• 5.1 SUMMARY 140
• 5.2 FUTURE WORK 141
• REFERENCES 146