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1 저작자표시 - 비영리 - 변경금지 2.0 대한민국 이용자는아래의조건을따르는경우에한하여자유롭게 이저작물을복제, 배포, 전송, 전시, 공연및방송할수있습니다. 다음과같은조건을따라야합니다 : 저작자표시. 귀하는원저작자를표시하여야합니다. 비영리. 귀하는이저작물을영리목적으로이용할수없습니다. 변경금지. 귀하는이저작물을개작, 변형또는가공할수없습니다. 귀하는, 이저작물의재이용이나배포의경우, 이저작물에적용된이용허락조건을명확하게나타내어야합니다. 저작권자로부터별도의허가를받으면이러한조건들은적용되지않습니다. 저작권법에따른이용자의권리는위의내용에의하여영향을받지않습니다. 이것은이용허락규약 (Legal Code) 을이해하기쉽게요약한것입니다. Disclaimer

2 의학석사학위논문 토끼동물모델에서 3 차원인쇄 후두스텐트의평가 2019 년 2 월 서울대학교의학대학원 의학과이비인후과학전공 조영훈

3 토끼동물모델에서 3 차원인쇄 후두스텐트의평가 지도교수권성근 이논문을의학석사학위논문으로제출함 2018 년 10 월 서울대학교의과대학원 의학과이비인후과학전공 조영훈 조영훈의의학석사학위논문을인준함 2019 년 1 월 위원장 ( 인 ) 부위원장 ( 인 ) 위원 ( 인 )

4 초 록 서론 : 후두기관재건술이나윤상기관절제술이후, 후두스텐트는종종후두골격의안정화를위해사용된다. 그러나후두스텐트는후두의복잡한해부학적구조로인해합병증을유발할수있다. 이연구의목적은정상토끼의후두를삼차원으로재구성하여제작된삼차원인쇄후두스텐트 (3D-printed laryngeal stent; 3DLS) 의효능을기존에사용되던후두스텐트와비교하기위함이다. 재료및방법 : 10 마리의뉴질랜드흰토끼를두그룹으로나누어기관절개술을시행하고후두덮개에서부터성문하공간까지삼차원인쇄후두스텐트와기관삽관튜브를사용하여제작된후두스텐트 (conventional laryngeal stent using endotracheal tube; ETLS) 를각각적용하였다. 내시경을이용한검진과조직학적분석을통해각군간의육아조직형성, 궤양, 부종등의염증반응의차이를비교하였다. 결과 : 내시경검사에서시간경과에따라두군모두후두덮개에서육아조직형성이증가하였으나 ETLS 군에서더욱증가하였다. 동물을희생시키고후두스텐트를제거한후시행한내시경검사및현미경을이용한조직학적검사에서후두덮개의후두표면, 성문높이의전교련, 피열연골의성대돌기및성문하공간의앞벽에서육아조직형성, 궤양및부종의소견이관찰되었다. 전반적으로 ETLS 군은 3DLS 군보다더심한정도의염증및조직학적변화를보였다. 결론 : 내시경검사와조직학적관찰에서 3DLS 군이 ETLS 군보다후두조직에더적은염증반응및조직의변화가관찰되었다. 이는향후 3DLS가후두재건수술후후두스텐트로써보다나은가능성을보임을시사한다. 주요어 : 후두, 스텐트, 합병증, 3D 프린팅, 기도협착학번 :

5 목 차 초록... 1 목차... 2 표및 Figure 목록... 3 서론... 4 대상및방법... 7 결과 고찰 결론 참고문헌 초록 ( 영문 )

6 도표및 Figure 목록 Figure 1. Timeline of the experiment... 9 Figure 2. Tracheostoma after tubeless tracheostomy method. The laryngeal stent was inserted via tracheostoma retrogradely Figure 3. 3D reconstruction, modeling and post-processing steps to produce 3D printed laryngeal stent and conventional laryngeal stent using endotracheal tube Figure 4. Excised laryngeal specimen from epiglottis to tracheostoma Figure 5. Epithelial thickness measurement after the laryngeal stent removal Figure 6. Granulation formation at epiglottis on endoscopic evaluation Figure 7. The comparison of endoscopic exam from epiglottis to subglottis between normal rabbit and two groups after stent removal Figure 8. Histologic results of epiglottis Figure 9. Histologic results of glottic level Figure 10. Histologic results of subglottic space Table 1. The comparison of epithelial thickness after the laryngeal stent removal

7 서 론 수술술기의발전에도불구하고후두기관협착증 (Laryngotracheal stenosis) 환자에서기도재건수술은여전히어려움이있다. 수술이후 발관성공률은성문하협착이심하지않은케이스에서 80% 이상까지 보고되고 있다. 하지만 중증 (severe) 의 성문하 협착을 동반한 경우에서는 후두 재건 수술 이후 발관 성공률은 33.3% 까지 낮게 보고되고 있다 (1). 기관연화증 (tracheomalacia), 재협착, 후두 기관 골격 붕괴 및 육아 조직 형성은 후두기관재건술 (Laryngotracheal reconstruction) 이나윤상기관절제술 (cricotracheal resection) 과같은 후두골격재건술 시행 후 캐뉼라 발관 (cannula decannulation) 을 실패하게하는원인이다 (2). 비록후두스텐트삽입이발관성공률에미치는영향에대해서는 논란의 여지가 있지만 (3, 4), 협착이 성문이나 성문 상부로 확장된 상태라면기도의스텐트삽입이반드시필요하다. 또한후두기관재건술 후골격의붕괴 (collapse) 등과같은여러부작용을막기위해후두 스텐트를 삽입하는 것은 중요하다. 그러나 후두 스텐트가 점막에 가해지는압력이커지면점막손상을유발할수있다. 스텐트삽입후 점막 치유 문제, 성대의 구조적 손상, 감염 및 스텐트 이동과 같은 합병증이 이전의 연구들에서 보고된 바 있다 (3, 5, 6). 스텐트의 모서리가예리하거나, 너무단단하거나, 혹은부적절한위치에있을때 염증 반응을 일으킬 수 있다 (7, 8). 이에 Zalzal은 이상적인 후두 스텐트의 특징을 제안했다 (9). 첫째, 재건된 후두의 모양에 맞게 스텐트를다양한크기와형태로사용할수있을것, 둘째, 기도폐쇄의 위험을피할수있는곳에위치할것, 셋째, 이물반응, 압력괴사또는 불편함이 없을 것, 넷째, 발성이 가능하고 흡인 없이 음식물 섭취를 쉽게할수있을것, 다섯째, 검사및제거가쉬울것이그내용이다. 현재여러가지의후두스텐트가상용화되어있지만불행히도위와같은 조건을 만족하고 합병증을 예방하는 이상적인 후두 스텐트는 아직 개발되어있지않다. 후두재건술후기관삽관튜브 (endotracheal tube) 의발관없이 기관삽관을오래시행하는것이후두스텐트삽입을대신할수있지만 삽관기간이길어질수록후두에발생하는부작용은증가한다. 기관삽관 동안 환자는 일정 수준의 마취가 지속되어야 하며 구강 섭취는 4

8 불가능하기에 삽관은 4주 미만으로 제한되어야 한다 (10). 동물 실험에서역시직경이크고길이가짧은기관삽관튜브가삽입된경우 염증반응및조직학적변화가나타난다는결과가보고된바있다 (8). 기관삽관을오래지속하여후두의골격을유지시키며스텐트의역할을 대신하는방법이외에도여러연구그룹에의해다양한후두스텐트가 개발되었다. 1960년대 초에 시가 모양의 Aboulker 스텐트가 소개되었다. Aboulker 스텐트는후두재건술을시행한소아들에게널리 사용이되었는데이와관련된많은합병증역시보고된바있다 (9, 11). 스텐트의양쪽끝에육아종형성, 스텐트와접촉하는후두표면의압력 괴사, 스텐트의 이탈 및 부서짐 등이 보고되었다. 또한, Aboulker 스텐트는 성문 높이에서 전교련 (anterior commissure) 의 모양에 완전히들어맞지않아음성에부정적인영향을미친다는단점이있다 (9, 12, 13). 실리콘 재질로 만들어진 Montgomery T-tube는, 기도를 지탱하기위한세로로길이가긴내강과기관절개창밖으로나오는 75도에서 90도사이의측면의내강으로이루어진후두스텐트로서위쪽 끝은성문상부까지연장된다 (14). 이스텐트는소아에서도대체적으로 안전하게사용할수있다고보고되어있으나 (15), Montgomery T- tube의양쪽끝부분을날카롭게자른경우점막이닿는부분에서육아 조직이형성되었다는보고가있다 (16). 그리고 Montgomery T-tube도 Aboulker 스텐트와마찬가지로성문높이에서전교련의모양에정확히 맞지 않으며, 건조된 분비물로 인해 원위부의 끝 부분이 막힐 수도 있다 (16). LT-몰드 (Bredam S.A., St. Sulpice, Switzerland) 는시신후두의 모양을본떠서만든실리콘소재의후두스텐트이다 (7, 17). LT-몰드는 후성문협착과성문하협착이동반된기도를효과적으로재건하기위해 성대가완전히열린상태의모양을본떠만들었다. 또한압력괴사및 육아 조직 형성을 최대한 방지하기 위해 양쪽 끝을 부드러운 원형 모양으로설계하였다. 이러한이유로 LT-몰드는후두기관재건술또는 윤상기관절제술후에스텐트시술이필요할때좋은대안이될수있다. 해부학적 특성을 세심하게 고려하여 제작된 LT-몰드는 III-IV 정도 (Grade) 의 성문-성문하 협착에서도 후두기관재건술 후에 적용되었을 때에도 80% 이상의 발관 성공률을 보였으며 육아 조직 형성도 거의 없었음이 보고된 바 있다. LT-몰드는 10가지 크기로 나뉘고, 한가지 크기당 네 가지의 길이로 설계되어 총 40 가지로 구성되어 있다. 크기와 길이가 다양하기 때문에 후두재건수술 이후 5

9 LT-몰드를후두스텐트로쓰고자한다면수술전에최소몇가지 LT- 몰드를준비해놓을필요성이있다. LT-몰드는 40 가지의다양한크기가있기에모든크기를준비하는것도어렵고준비한다하더라도항상수술자가원하는대로정확한크기가존재하지않을수있다. 또한한국에서는 LT-몰드는아직식품의약품안전처의승인을받지않은의료기기로서법적인부분에서사용이제한되고있으며뿐만아니라경제적인이유로도많은국가에서 LT-몰드를사용하고있지않다. 의료영상을 3차원적으로재구성한 3D 프린팅모델은개개인의해부학적특성에맞춘환자맞춤형제품을제공할수있다. 3D 프린팅기술은의료분야에널리적용되어이식재, 틀, 인공장기를만드는데쓰이고있다 (18-20). 후두의구조는다음과같이복잡한구조로되어있다 : 1) 후두의전방은좁은반면, 진성대와평행선상에있는후방은넓고, 2) 내강은성문하에서진성대로갈수록좁아지다가진성대위부터넓어지며, 3) 연하시후두개는뒤쪽을향해접히며닫히고, 4) 사람마다조금씩다른후두의모양을갖는다. 따라서개개인에적합한다양한길이와모양의후두스텐트가필요한데, 앞서소개한 LT-몰드를포함해서기존의스텐트들은후두의이러한복잡한해부학적특성에따른요구사항을충족시키지못하기때문에 3D 프린팅기술은후두스텐트를개발하는좋은방법이될수있다. 이에본연구에서는컴퓨터단층촬영스캔의 3 차원재구성을통한 3D 프린팅후두스텐트 (3DLS) 를개발하고, 기존수술에서널리쓰이고있는일반적인기관삽관튜브를이용하여만든스텐트 (conventional laryngeal stent using endotracheal tube; ETLS) 와비교하여그효능을평가하고자하였다. 6

10 대상및방법 동물실험은서울대학교병원동물실험윤리위원회 (SNUH- IACUC) 의승인 ( S1A1) 을받았으며, 동물들은 AAALAC (Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care International, # ) 의인증을받은시설에서 Guide for the Care and Use of Laboratory Animals 8th edition, NRC (2010) 의지침에따라적절하게관리하였다. 1. 대상 10 마리의뉴질랜드흰토끼 (Koatech Laboratory Animal Company, Korea) 를무작위로두그룹, 3DLS와 ETLS로나누었다. 각동물에게 0.83 ml/kg의 xylazine(23.32 mg/ml, Rompun, Bayer Korea) 과 0.83 ml/kg의 ketamine (57.68 mg/ml, Yuhan Co. Ltd, South Korea) 을근육주사로주입하여마취하였다. 수술후각동물에게 20 mg/kg의 cephazolin (0.5 g/ml, Yuhan Co. Ltd, South Korea) 과 1 mg/kg의 meloxicam (1.5 mg/ml, Boehringer-Ingelheim Promeco SA de CV, Mexico) 을각각항생제및진통제로투여하였다. 조직학적소견을비교하기위해스텐트가없는정상토끼한마리를정상대조군으로포함하였다 (Figure 1). 2. 수술절차및수술후동물관리 마취 하에, 전방 경부의 털을 면도한 후, 토끼를 앙와위로 위치시키고 목을 신전 (neck extension) 시켰다. 포비돈 요오드 용액으로전방경부의피부를소독하고무균적으로드레이핑하였다. 기관절개술은 Boon 등에 의해 기술된 바와 같이, tubeless tracheostomy 방법을 이용하여 수행하였다 (Figure 2)(21). 윤상 연골의 1 cm 아래정중선에서약 2 cm 가량수평으로피부를절개하고 피하층의 과도한 지방 조직은 제거하였다. 기관을 노출시키기 위해 블레이드를 사용하여 피대근을 정중선에서 나누어서 절개했다. 수직 기관절개는정중선에서제3 기관륜에서제6 기관륜으로시행하였다. 이전에 기술된 바와 다른 점은 기관의 전벽은 기관 절개창을 넓게 7

11 유지하기위해제거하지않았다. 기관절개창을둘러싼피부는 4-0 흡수성 Monosyn (Aesculap, Center Valley, PA, USA) 으로기관벽에봉합하였다. 하벽과외측기관벽을봉합하고후두스텐트를기관절개창을통해역으로삽입하였다. 디지털카메라 (E4500, Nikon, Japan) 에연결된 4.0mm 30도내시경 (Richards, Knittlingen, Germany) 을경구로삽입하여후두스텐트의적절한위치를확인하였다. 후두스텐트의아랫쪽부분은 4-0 나일론을사용하여두번째기관륜과피대근을함께봉합하여고정하였다. 기관및기관점막등에손상을주지않기위해매듭은근육쪽에두었다. 이후기관절개창을둘러싼피부의상부는상부기관벽에봉합하였다. 수술후, 가래를줄이기위해 ambroxol HCl (15mg/ml, Aroxol Injection, BC World Pharm Co., Ltd) 1.2mg/kg을투여하였다. 수술후매일가래, 혈전, 흡인된모발의제거및기관절개창소독및내시경검사를시행하였다. 기도를내시경으로검사하고분비물을조심스럽게제거하여점막손상을최소화하였다. 상처및기도검사후기도에습기를유지시키기위해희석된 acetylcysteine 용액을마스크가달린분무기에넣은후기관절개창앞에놓고 10분동안동물이흡입하도록하였다. 8

12 Figure 1. Timeline of the experiment. 9

13 Figure 2. Tracheostoma by tubeless tracheostomy method. The laryngeal stent was inserted via tracheostoma retrogradely. 10

14 3. 후두스텐트 3DLS의제작을위하여, 마이크로컴퓨터단층촬영스캐너 (microct; NFR Polaris-G90, NanoFocusRay, Jeonju, Korea) 를이용하여토끼의후두및기관의이미지를촬영하였다. 이미지는 65 kv, 60 ma, 500 밀리초및 512 x 512 픽셀의해상도로 DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine) 형식으로촬영되었다. microct 스캔이미지를 InVesalius 프로그램 (Figure 3A, CTI Renato Archer Information Technology Center, Campinas, Brazil) 으로불러온후후두주변의기도를검출 (segmentation) 하였다. 관심영역 (Region of interest) 의위쪽경계는후두개의기저부로설정하였고관심영역의아래쪽경계는두번째기관륜으로설정하였다. 완전히열린상태의성대윤곽을얻기위해성대수준에서추가로수작업으로기도를검출하였다. 재구성모델은 STL (stereolitholithography) 형식으로저장하였다. 후처리를위해 Autodesk Meshmixer (Autodesk Inc., San Francisco, CA, USA) 로 STL 형식의 3차원모델을불러온후 3D 모델의표면을부드럽게처리하였다. 3D 모델의하단부는기관의접촉면에서육아조직형성을피하기위해날카로운모서리없이부드럽게설계되었다. 또한 3D 모델의상단부는후두개의윤곽에따라부드럽게디자인되었다. 몰드가공후이에맞게틀을제작한후 3DLS는압력괴사를방지하기위해 40 shore-a의강도로의료용실리콘으로제조되었다 (Figure 3B). ETLS는 Polyvinyl chloride (PVC) 재질의 Portex endotracheal tube (Smith medical, Minneapolis, MN, USA) 를사용하여길이 2.6 ~ 3.0 cm, 내경 3.5mm, 외경 4.8mm로만들었다 (Figure 3C). 후두스텐트삽입후음식물의기도로의흡인을방지하기위해실리콘블록을후두스텐트의위쪽끝단에삽입하고 4-0 나일론 (Ethicon, Somerville, NJ, USA) 으로스텐트에봉합하였다. 11

15 Figure 3. 3D reconstruction, modeling and post-processing steps to produce 3D printed laryngeal stent and conventional laryngeal stent using endotracheal tube, A segmentation of laryngeal and tracheal lumen, B 3D printed laryngeal stent, C conventional laryngeal stent using endotracheal tube. 12

16 4. 내시경기도검사 수술후매일기도및기관절개창드레싱을시행할때, 디지털카메라를장착한내시경을구강으로삽입하여후두개와후두스텐트의상부를관찰하였다. 이후내시경을기관절개창을통해삽입하고기관과후두스텐트의하부를관찰하였다. 내시경검사에서부종, 육아조직및궤양등이관찰되었고, 이조직반응은 Boon에의해기술된방법으로등급을매겼다 (21): 경미 (minimal), 기도단면둘레의 0 % 에서 10 % 의변화 ; 경도 (mild), 약 10 % 에서 25 % 의변화 ; 중등도 (moderate), 25 % ~ 50 % 의변화 ; 중증도 (severe), 50 % 을초과하는둘레의변화. 5. 조직학적분석 후두와그인접한조직은안락사후적출하였으며후두절제술과 비슷한 방법을 이용하여 아래로 기관 절개창을, 위로는 후두개를 포함하여 후두를 적출하였다 (Figure 4). 스텐트가 있는 후두 표본을 24시간 이상 10% 포르말린에 고정시킨 다음 스텐트를 제거하였다. 표본은 후두개, 성문, 그리고 성문하부의 단면을 얻을 수 있도록 나누었다. 후두개는 시상 방향 (sagittal) 으로, 성문 높이와 성문하 공간은축방향 (axial) 으로하여절제후표본을파라핀에포매하였다. 파라핀 블록은 마이크로톰을 사용하여 두께 5 μm 로 미세절편을 만들었으며, 유리슬라이드에박절된조직을올려놓았다. 이미세절편은 단계별로 xylene 시리즈 및 에탄올 시리즈를이용하여 탈파라핀 및 탈수화를 시행하였다. Hematoxylin과 eosin(h&e) 과 Masson trichrome을이용한염색법으로조직의염증반응여부나후두의점막, 점막하 조직과 연골 부위의 손상 여부를 평가하였다. 후두의 염증 정도를기술하기위해, 일반적으로사용되는 Kumar의급성염증반응 분류를이용하였다 (22). 이외에도염증및스텐트에의한조직반응을 객관적으로 관찰하기 위하여 다형핵 백혈구 (polymorphonuclear leukocytes), 편평형 과증식 (squamous hyperplasia), 만성 염증 세포 (chronic inflammatory cells), 궤양등의여부를분석하였다. 조직학적변화의정량적분석을위하여후두덮개의후두쪽면, 성문 위치에서의 전교련 (anterior commissure), 피열연골 (arytenoid 13

17 cartilage) 의성대돌기 (vocal process), 성문하부의앞쪽벽등에서상피의두께변화를측정하였다. 후두덮개의후두쪽면에서는후두덮개의첨부와기저사이각 1/3 지점에서가장두꺼운상피의두께를측정하고평균값을얻었으며, 성문위치에서전교련상피의두께는전교련에서기시한양쪽의성대근육에서상피끝까지의두께의평균을계산하였다. 피열연골의성대돌기에서역시양쪽에서가장두꺼운상피의두께의평균을계산하였으며, 성문하부의앞쪽벽에서는식도의위치와비교할때가장앞쪽의점막의두께를측정하였다 (Figure 5). 14

18 Figure 4. Excised laryngeal specimen from epiglottis to tracheostoma. 15

19 Figure 5. Epithelial thickness measurement after the laryngeal stent removal (Masson s trichrome staining, x12.5, x40). A Laryngeal surface of epiglottis, B Anterior commissure, C Vocal process of arytenoid process, D Anterior wall of subglottis. 16

20 결과 3DLS 그룹의토끼는스텐트삽입후평균 3.80 ± 2.59 일생존하였고 ETLS 그룹의토끼는평균 3.40 ± 1.82 일생존하였다. 두군간생존기간은통계적차이를보이지않았다. 모든토끼의사망원인은 tracheostoma보다원위부의기관에서의혈전및가피, 흡인된털에의한폐쇄로추정되었다. 각그룹당 5 마리의토끼중 3 마리의토끼는 3 일이상생존하였는데, 이들을대상으로한데이터는내시경및조직학적분석에포함되었다. 1. 내시경기도검사 매일시행한내시경검사에서, 시간이지남에따라후두덮개부위에서육아종이형성되는것이두군모두에서관찰되었다 (Figure 6). 육아조직의형성은 ETLS 군에서 3DLS 군보다더많이나타났다. 부종의소견은 3DLS 그룹의후두덮개에서는관찰되지않았으나, ETLS 그룹에서는시간이지남에따라부종이관찰되었다. 3DLS 군에서토끼 3 마리중 1 마리에서경미한수준 (minimal) 의궤양이관찰되었으며, ETLS 군의모든토끼에서경도 (mild) 의궤양이관찰되었다. 토끼를희생시킨이후스텐트를제거하고후두덮개에서부터성문하공간까지내시경검사를시행하였다 (Figure 7). 두군모두에서경도의육아조직형성이주로후두개의기저부와성문상부공간 (supraglottis) 의뒤쪽부분에서관찰되었다. 성문상부공간에서 3DLS 그룹에는부종및궤양의소견이관찰되지않았지만 ETLS 그룹에서는중등도의궤양과부종이관찰되었다. 성문높이에서는 ETLS 군에서중등도의과립형성, 경미한부종및경증의궤양이관찰되었다. 그러나, 3DLS 그룹에서는주로전교련에서경미한육아조직형성및부종의소견을관찰할수있었다. 성문하공간에서는두그룹모두주로앞벽에서육아조직형성, 부종, 궤양의소견을관찰할수있었다. 17

21 Figure 6. Granulation formation at epiglottis on endoscopic evaluation. 3DLS, 3D printed laryngeal stent; ETLS, conventional laryngeal stent using endotracheal tube. 18

22 Figure 7. The comparison of endoscopic exam from epiglottis to subglottis among normal rabbit and two groups after stent removal, on day 6. 19

23 2. 조직학적평가 H&E 염색및 Masson trichrome 염색슬라이드를관찰한소견에서, 후두덮개에서두군모두에서육아조직형성, 부종및편평형과증식소견이관찰되었다 (Figure 8). ETLS 군에서 3LDS 군과비교할때더욱심한정도의조직학적변화를관찰할수있었다. 성대높이에서조직학적변화는두군모두후두의전교련 (anterior commissure) 및피열연골의성대돌기 (vocal process of arytenoid cartilage) 와닿는뒤쪽 1/3 부근에서주로관찰되었다. ETLS 군에서는전교련에서상피세포탈락 (epithelial cell degeneration) 및섬유화 (fibrotic change) 소견이관찰되었으며 (Figure 9B), 3DLS 군에서는섬유화등과같이조직의구조적변화를시사하는소견은관찰되지않았으나경도의편평형과증식소견및다수의염증세포를관찰할수있었다 (Figure 9A). 성문하공간에서 ETLS 군은 3DLS 군에비해더욱많은조직학적변화를관찰할수있었는데, 이러한변화는주로앞벽에서관찰할수있었다 (Figure 10). 조직학적변화의정량적분석을위해주로조직학적변화가일어난네부위에서상피조직의두께를측정하였다. 상피의두꺼워진부분에서는육아조직의형성, 편평형과증식, 염증세포의모집등의소견이관찰되었는데, ETLS 군에서 3DLS 군보다더욱두께가두꺼워지는변화가관찰되었다. 각군당 3마리의토끼에서측정하여비교된값으로, 두군에서통계적차이는관찰되지않았다 ( 표 1). 20

24 Figure 8. Histologic results of epiglottis. Epithelial hypertrophy and inflammatory cell recruitments were shown in the ETLS group (arrow). ulceric changes (arrowhead), and edematous changes (asterisk) were shown as well. L, laryngeal surface; l, lingual surface. 21

25 Figure 9. Histologic results of glottis level. Only squamous hyperplasia was shown in the 3DLS group (arrow), while fibrotic changes and epithelial cell degeneration were shown in the ETLS group (arrowhead) at anterior commissure. Edema and epithelial hyperplasia were shown in the ETLS group (asterisk). 3DLS, 3D printed laryngeal stent; ETLS, conventional laryngeal stent using endotracheal tube. 22

26 Figure 10. Histologic results of subglottis level. Epithelial hyperplasia was shown in the 3DLS group (arrow), while ulcer and epithelial degeneration and desquamation were shown in the ETLS group (arrowhead). 3DLS, 3D printed laryngeal stent; ETLS, conventional laryngeal stent using endotracheal tube. 23

27 Site 3DLS group (n=3) ETLS group (n=3) Epiglottis, laryngeal side 0.85 ± 0.57 mm 1.19 ± 0.48 mm Anterior vocal fold 0.32 ± 0.53 mm 0.39 ± 0.20 mm Vocal process 0.17 ± 0.04 mm 0.24 ± 0.13 mm of arytenoid cartilage Anterior wall of subglottis 0.52 ± 0.12 mm 0.68 ± 0.10 mm Table 1. The comparison of epithelial thickness after the laryngeal stent removal. 3DLS, 3D printed laryngeal stent; ETLS, conventional laryngeal stent using endotracheal tube. 3DLS, 3D printed laryngeal stent; ETLS, conventional laryngeal stent using endotracheal tube. 24

28 고찰 토끼후두의 microct 이미지를이용하여후두의모양을 3차원재구성하고 3차원인쇄방식을응용하여제작된 3DLS의효용성을기존스텐트와비교하기위한연구로써토끼가연구대상으로사용되었다. 이는토끼의후두크기가신생아의후두크기와비슷하고몸무게에상관없이후두크기가일정하기에, 토끼가후두및기관연구에서이상적인동물모델중하나로여겨지기때문이다 (23, 24). 내시경검사및조직학적검사에서 ETLS 그룹이 3DLS 그룹보다더많은조직의반응및변화를보였다. ETLS에서생길수있는흡인의문제를막고자실리콘블록을제작하여기관삽관튜브위쪽끝에고정하였다. 이러한실리콘블록은후두개의후두표면과일치하게만들기위해최대한부드럽고둥근모양으로만들고자하였으나 3DLS와같이후두덮개의모양에맞게완벽하게일치시킬수는없었다. 이러한이유로 3DLS 군과비교할때 ETLS 군에서더욱심한정도의육아조직형성및부종과같은조직학적변화가후두덮개에서관찰되었다. 성문높이에서는전교련에서두군모두조직학적변화가관찰되었다. ETLS를만들기위해사용된기관삽관튜브는단면의모양이동그랗기때문에전방분절과의접촉은적고스텐트를거치할때대체적으로약간후방에위치하게된다. 이러한위치에있게되면연하및후두의운동시스텐트가운동성을갖게되어반복적으로전교련에마찰을일으킬수있게된다. 대조적으로, 3DLS는후두표면의크기및윤곽과잘맞기때문에스텐트자체의운동성을갖게되지않는다. 또한이전후두재건수술이후흔히발생할수있는합병증인성문의전방협착을예방하기위해 3DLS는앞쪽부분을부드럽고성문이약간외전된위치에맞게설계되었다. 이에섬유화와같은조직학적변화를보인 ETLS 군과달리 3DLS 군에서는전교련에서구조자체의변화없이염증세포모집및편평형과증식소견이관찰되었다. 성대근이피열연골과닿아있는성대뒷부분 1/3 부위에서는 ETLS 군에서현저한편평화과증식을보였다. 둥근모양의 ETLS를사용하면이부위는다른부위보다더강한압력을받게되기에이런결과를보인것으로사료된다. 성문하부위는후두에서상대적으로가장좁은부위이기에장기간의삽관시소아에서흔히손상을받는부위이다. 이에두군모두부종성변화, 궤양및육아형성이관찰되었으나 25

29 해부학적모양에따라성문하부위가살짝작게설계된 3DLS에서는 ETLS에비해적은조직학적변화가관찰되었다. 이번실험에서 3DLS는 microct를이용해제작된 기성품 의성격을갖고있지만, 수술전촬영한개인의 CT 이미지를이용하면 ' 환자맞춤형 으로제작될수있다. 후두기관협착증이있는환자들은종종기도의다른해부학적문제를동반한다 (25-27). 이러한해부학적변형은후두재건수술의계획및필요에따라스텐트의모양에반영이될수있다. 예컨대 3DLS 제작시후두덮개의모양과굴곡이일반적인경우와조금다른경우후두덮개와닿는부분을해부학적모양에맞게제작하고필요시후가공과정에서환자의상태에맞게변형할수있다. 뿐만아니라이전후두재건수술이실패하여재수술이고려되는환자인경우, 후두의구조적이상을더욱주의깊게고려해야하는데 (28-31), 이러한경우에서도 3DLS는해부학적구조에맞춰제작되기때문에다른스텐트들에비해효과적일수있다. 현재실리콘재료를이용한 3D 프린팅기술이구현되어있지않아틀을제작하여 3DLS를제작하였지만가까운미래에의료목적으로승인된실리콘을 3D 인쇄재료로사용할수있게되면 3DLS를훨씬저렴하고빨리생산할수있게될것이다. 이번연구에는몇가지한계점이존재한다. 첫째, 통계적으로유의미한결과를도출하기에는적은수의토끼가포함되었다. 둘째, 실험에서정상후두의토끼가대상이되었지만, 후두스텐트는후두기관협착재건술이후사용되기에, 후두기관협착증모델의토끼를이용하였다면더욱연구의목적에부합하였을것이다. 셋째, 토끼들은재건수술이후스텐트를삽입하는기간보다짧은 1 주이내에사망하였다. 토끼에서기관절개술을시행할경우수술후사망률이 40% 까지보고되어있기때문에이번실험에서는사망률이 0% 로보고된바있는 Tubeless tracheostomy 방법을채택하였다 (21). 그럼에도불구하고토끼들은 1주이내모두사망하였는데이는후두스텐트가기관절개창위쪽의기도를막기때문에기도폐쇄의위험성이기관절개창만있는토끼보다높았을것으로생각된다. 시간이지날수록두군모두토끼의체중은계속감소하였다. 후두스텐트는연하작용에방해가될수있어후두재건수술이후수액을이용한정맥영양요법 (intravenous nutrition) 이시행되나이번실험에서는토끼를적절히관리할수있는인력및자원의부족으로시행하지못하였다. 이러한점은스텐트이후후두및기도조직의염증 26

30 반응에일정부분영향을주었을가능성이있으나, 두군간비교시체중감소가통계적으로무의미한차이를보여분석의대상에포함되지않았다. 이번연구에서관찰된두군간의조직학적변화의차이는두후두스텐트의재질과모양이각각달라스텐트의어떤특성에서기인한것인지알기어렵다. ETLS는후두기관재건술이후앞서서술한법적, 제도적이유로현재후두스텐트로써주로사용되고있다. PVC의재질로만들어졌으며후두및그주변기도의모양과맞지않고완만하게굽은원통형의모양이며, 흡인을방지하기위한실리콘블록역시후두덮개의모양과꼭들어맞지는않는다. 이번연구에서새로이개발하고자하는 3DLS는의료용실리콘으로만들어졌으며 CT의 3차원재구성을통해만들어져해부학적으로모양이잘들어맞는다. 이에이번실험에서보인차이가재질의차이인지혹은모양의차이인지알기는어렵다. PVC와실리콘모두기관삽관튜브및다양한스텐트와같은기도유지를위한장치의재료로큰문제없이사용되고있다 (7, 14, 17, 32, 33), 실리콘재질은 PVC 재질에비해끝부분에적은압력이전해지고, 실리콘재질의경우점액이나가피등이잘달라붙지않는다는장점이보고되었지만 (32, 34), 두재질의스텐트를기도에장기간거치후차이를비교한논문은아직없다. 향후이에대한추가적인고찰이필요할것으로사료된다. 이러한여러제한에도불구하고 3DLS 군에서 ETLS 군에비해정량적, 정성적으로염증반응과같은조직학적차이가적게관찰되었다는점에서, 이번실험에서 3DLS가향후후두스텐트로서적용가능성을보여주었다고사료된다. 27

31 결론 DICOM 형식의 CT 이미지를삼차원재구성및삼차원인쇄기술을응용하여제작된 3DLS를제작하였다. 본연구에서는토끼의후두에서스텐트로써 3DLS와 ETLS를거치하였으며, 내시경검사와조직학적관찰에서 3DLS 군이주변후두조직에미치는 ETLS 군보다더적은염증반응및조직의변화가관찰되었다. 이는향후 3DLS가후두재건수술후후두스텐트로서가능성을보임을시사한다. 28

32 참고문헌 1. Padia R, Sjogren P, Smith M, Muntz H, Stoddard G, Meier J. Systematic review/meta-analysis comparing successful outcomes after single vs. double-stage laryngotracheal reconstruction. International journal of pediatric otorhinolaryngology. 2018;108: Hartley BE, Cotton RT. Paediatric airway stenosis: laryngotracheal reconstruction or cricotracheal resection? Clinical otolaryngology and allied sciences. 2000;25(5): Rhee JS, Toohill RJ. Single-stage adult laryngotracheal reconstruction without stenting. The Laryngoscope. 2001;111(5): Tawfik KO, Houlton JJ, Compton W, Ying J, Khosla SM. Laryngotracheal reconstruction: a ten-year review of risk factors for decannulation failure. The Laryngoscope. 2015;125(3): Bourinet V, Raguin T, Fortin M, Chetrit E, Guinde J, Laroumagne S, et al. Experience with Transcordal Silicone Stents in Adult Laryngotracheal Stenosis: A Bicentric Retrospective Study. Respiration; international review of thoracic diseases Jewett BS, Cook RD, Johnson KL, Logan TC, Shockley WW. Effect of stenting after laryngotracheal reconstruction in a subglottic stenosis model. Otolaryngology--head and neck surgery : official journal of American Academy of Otolaryngology-Head and Neck Surgery. 2000;122(4): Monnier P. Airway stenting with the LT-Mold: experience in 30 pediatric cases. International journal of pediatric otorhinolaryngology. 2007;71(9): Albert DM, Cotton RT, Conn P. Effect of laryngeal stenting in a rabbit model. The Annals of otology, rhinology, and laryngology. 1990;99(2 Pt 1): Zalzal GH. Stenting for pediatric laryngotracheal stenosis. The Annals of otology, rhinology, and laryngology. 1992;101(8): Mandal NG, Muralidhar V, Kumar S, Kaul HL, Ghosh P. Laryngeal changes following long-term stenting with polyvinyl chloride tubes. The National medical journal of India. 1995;8(5): Zalzal GH, Grundfast KM. Broken Aboulker stents in the tracheal lumen. International journal of pediatric otorhinolaryngology. 1988;16(2): Mohr RM. A modification of the Aboulker stent for reduction of granulation tissue that allows tracheotomy changes. The Laryngoscope. 1992;102(3):

33 13. Zalzal GH. Use of stents in laryngotracheal reconstruction in children: indications, technical considerations, and complications. The Laryngoscope. 1988;98(8 Pt 1): Montgomery WW. T-Tube Tracheal Stent. Archives of otolaryngology. 1965;82: Stern Y, Willging JP, Cotton RT. Use of Montgomery T-tube in laryngotracheal reconstruction in children: is it safe? The Annals of otology, rhinology, and laryngology. 1998;107(12): Froehlich P, Truy E, Stamm D, Floret D, Morgon A. Role of long-term stenting in treatment of pediatric subglottic stenosis. International journal of pediatric otorhinolaryngology. 1993;27(3): Alshammari J, Monnier P. Airway stenting with the LT-Mold for severe glotto-subglottic stenosis or intractable aspiration: experience in 65 cases. European archives of oto-rhino-laryngology : official journal of the European Federation of Oto-Rhino-Laryngological Societies. 2012;269(12): Bauermeister AJ, Zuriarrain A, Newman MI. Three-Dimensional Printing in Plastic and Reconstructive Surgery: A Systematic Review. Annals of plastic surgery. 2016;77(5): Kim GB, Park JH, Song HY, Kim N, Song HK, Kim MT, et al. 3D-printed phantom study for investigating stent abutment during gastroduodenal stent placement for gastric outlet obstruction. 3D printing in medicine. 2017;3(1): Zopf DA, Hollister SJ, Nelson ME, Ohye RG, Green GE. Bioresorbable airway splint created with a three-dimensional printer. The New England journal of medicine. 2013;368(21): Boon MS, Daniero JJ, Saxena S, Balceniuk M. Tubeless tracheotomy for survival airway surgery in the leporine model. The Laryngoscope. 2015;125(3): Kumar V. Robbins and Cotran pathologic basis of disease. 7th ed. Vinay K, editor: Philadelphia, Pa. : Elsevier Saunders; p. 23. Ajlan AM, Al-Khatib T, Al-Sheikah M, Jastaniah S, Salih A, Althubaiti A, et al. Helical computed tomography scanning of the larynx and upper trachea in rabbits. Acta veterinaria Scandinavica. 2015;57: Loewen MS, Walner DL. Dimensions of rabbit subglottis and trachea. Laboratory animals. 2001;35(3): Hommerich KW, Flemming I. Classification of laryngotracheal stenoses. ORL; journal for oto-rhino-laryngology and its related specialties. 1974;36(2):

34 26. Monnier P, Dikkers FG, Eckel H, Sittel C, Piazza C, Campos G, et al. Preoperative assessment and classification of benign laryngotracheal stenosis: a consensus paper of the European Laryngological Society. European archives of oto-rhino-laryngology : official journal of the European Federation of Oto-Rhino- Laryngological Societies. 2015;272(10): Biesecker LG. Pallister-Hall Syndrome. In: Adam MP, Ardinger HH, Pagon RA, Wallace SE, Bean LJH, Stephens K, et al., editors. GeneReviews((R)). Seattle (WA) Agrawal N, Black M, Morrison G. Ten-year review of laryngotracheal reconstruction for paediatric airway stenosis. International journal of pediatric otorhinolaryngology. 2007;71(5): de Alarcon A, Rutter MJ. Revision pediatric laryngotracheal reconstruction. Otolaryngologic clinics of North America. 2008;41(5):959-80, x. 30. Rutter MJ, Link DT, Liu JH, Cotton RT. Laryngotracheal reconstruction and the hidden airway lesion. The Laryngoscope. 2000;110(11): Younis RT, Lazar RH, Bustillo A. Revision single-stage laryngotracheal reconstruction in children. The Annals of otology, rhinology, and laryngology. 2004;113(5): Joo HS, Kataoka MT, Chen RJ, Doyle J, Mazer CD. PVC tracheal tubes exert forces and pressures seven to ten times higher than silicone or armoured tracheal tubes--an in vitro study. Canadian journal of anaesthesia = Journal canadien d'anesthesie. 2002;49(9): Puma F, Ragusa M, Avenia N, Urbani M, Droghetti A, Daddi N, et al. The role of silicone stents in the treatment of cicatricial tracheal stenoses. The Journal of thoracic and cardiovascular surgery. 2000;120(6): Dass A, N MN, S KS, Verma H. Tracheal T-tube stent for laryngotracheal stenosis: ten year experience. Iranian journal of otorhinolaryngology. 2014;26(74):

35 Abstract Development of 3D printed laryngeal stent: an experimental rabbit model Younghoon Cho Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery Major Graduate School of Medicine Seoul National University Introduction: Laryngeal stent is often applied for stabilization of laryngeal framework, following laryngotracheal reconstruction or cricotracheal resection. However, laryngeal stent might induce complications to the airway due to complex anatomical conformation of the laryngeal airway. The aim of this study was to assess the efficacy of 3D printed laryngeal stent (3DLS) made with threedimensional reconstruction of the larynx of normal rabbit. Methods: Ten New Zealand White rabbits were divided into two groups by the type of laryngeal stent: with 3DLS or with 32

36 conventional laryngeal stent using endotracheal tube (ETLS). These two groups were compared by endoscopic airway evaluation and histologic analysis. Results: Over time, granulation formation of epiglottis increased in both groups, but it was increased more in the ETLS group on serial endoscopic exam. On histologic exam, inflammatory reaction was presented dependently on anatomical site. However, the ETLS group showed more inflammatory changes than 3DLS group overall. Conclusions: 3DLS induced less inflammatory reaction and tissue damage than ETLS at the larynx. It appears to be a promising laryngeal stent. Keywords: Larynx, Stents, Complications, 3D printing, Airway stenosis Student Number:

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