DOI:10.5125/jkaoms.2010.36.1.23 전재호 이형철 1 지현진 2 전영진 3 김용일 손우성 박수병 김성식 황대석 4 부산대학교치의학전문대학원치과교정학교실, 1 예쁜미소바른이치과의원, 2 국방과학연구소, 3 이루미치과의원, 4 부산대학교치의학전문대학원구강악안면외과학교실 Abstract (J. Kor. Oral Maxillofac. Surg. 2010;36:23-27) Reliability study of 6-axis model surgery simulator for orthognathic surgery Jae-Ho Jeon, Hyung-Chul Lee 1, Hyun-Jin Ji 2, Yeong-Jin Jeon 3, Yong-Il Kim, Woo-Sung Son, Soo-Byung Park, Sung-Sik Kim, Dae-Seok Whang 4 Department of Orthodontics, School of Dentistry, Pusan National University, 1 Pretty Smile Orthodontic Clinic, 2 Agency of Defense Development, Daejeon, Republic of Korea, 3 Erumi Dental Clinic, Busan, Republic of Korea, 4 Department of Oral and Maxillofacial Surgery, School of Dentistry, Pusan National University The purpose of this study was to evaluate the reliability of 6-axis model surgery simulator (6AMSS) for orthognathic surgery. A rectangular parallelepiped plastic block was assembled to model-mounting plate of 6AMSS. Left-right (X), anterior-posterior (Y), up-down (Z) translation and pitching ( X), rolling ( Y) and yawing ( Z) rotation was planned and performed using 6AMSS. The actual translation and rotation were measured with dial gauge and precisional protractor, respectively. Comparison between the planned and actual movements of plastic block for each variable were made using paired t- test. Statistical analysis for X, Y, Z, X, Y and Z movement have shown no significant differences between planned and actual movement (P > 0.05). This indicate that model surgery performed with the aid of the 6AMSS is accurate in 3D translation and rotation. The 6AMSS is practically useful for accurate fabrication of surgical splint for orthognathic surgery. Key words: Orthognathic surgery procedure, Orthognathic surgery [ 원고접수일 2009. 11. 30 / 1 차수정일 2009. 12. 29 / 2 차수정일 2010. 1. 20 / 게재확정일 2010. 1. 26] Ⅰ. 서론 악교정수술을위한모형수술은악안면기형환자의진단과치료계획을수립하기위한목적으로통상적으로시행하는과정이다. 현재까지모형수술을위한다양한장비와기법들이소개되었지만, 조작의어려움과부정확성등한계점또한함께보고되고있다 1-5. 모형수술의오차는모형을정확하지않은위치에부착하거나기준점을잘못표시하거나이동량을잘못계측하여발생한다. 특히양악수술증례에서상악모형을계획한위치에재위치시키는과정이가장어려우며부정확하다 6. 재위치된모형을기준으로수술용스플린트를제작하기때문에모형수술은실제수술을정확하게시행하기위해아주중요한과정이라할수있다 6. 손우성 602-739 부산서구아미동 1-10 번지부산대학교치의학전문대학원치과교정학교실 Woo-Sung Son Department of Orthodontics, School of Dentistry, Pusan National University 1-10, Amidong, Seogu, Pusan, 602-739, Korea Tel: +82-51-240-7443 Fax: +82-51-247-7361 E-mail: wsson@pusan.ac.kr 이에모형수술을정확히시행하기위해 6 축모형수술시뮬레이터를개발하였다.(Fig. 1.) 자체제작한정중시상면을기준으로안궁전이를할수있는 face bow 를이용하거나 Cone beam CT 를이용하여상악치열중 3 부위의좌표를추출하여상악골과상악치열의삼차원위치를복제하는방법으로시뮬레이터에상악모형을마운팅한후하악모형을통상적인방법으로마운팅하여모형수술을진행한다. 상악모형과하악모형은 6 축정밀매뉴얼스테이지에의해시뮬레이터에연결되며 3 방향의평행이동과 3 축을중심으로한회전이동이가능하다. 석고의절단이나기준선표시과정이필요없으며좌우 (X), 전후방 (Y) 평행이동은마이크로미터다이얼을이용하여시행하므로 0.01 mm 단위까지정밀하다. 수직평행이동 (Z) 은랩잭을이용하며, 여기에버니어캘리퍼눈금을표시하여 0.05 mm 단위까지정밀하다. 좌우축 ( X, pitch) 과전후축 ( Y, roll) 을중심으로한회전이동은 0.1 단위로눈금을읽을수있으며수직축을중심으로한회전이동 ( Z, yaw) 은 1 단위로눈금이표시되어있다. 6 방향의이동은 6 개의다이얼로각각독립적인이동이가능하며부가적인잠금나사로이동을허용하거나제한한다. 이연구는새롭게개발한 6 축모형수술시뮬레 * 본논문은부산대학교자유과제학술연구비 (2 년 ) 에의하여연구되었음. 23
대구외지 2010;36:23-27 이터의평행이동과회전이동의정확도를평가하고자시행하였다. Ⅱ. 연구대상및방법 3 방향의평행이동과 3 축을중심으로한회전이동의정확도를각각평가하기위해좌우평행이동 (X), 전후평행이동 (Y), 수직평행이동 (Z), 좌우축을중심으로한회전이동 ( X, pitch), 전후축을중심으로한회전이동 ( Y, roll), 수직축을중심으로한회전이동 ( Z, yaw) 항목으로나누어계획한이동량과 6 축시뮬레이터로이동을시킨후의이동량을비교하였다. 좌우평행이동 (X) 의정확도를평가하기위해 1.00 mm 를계획하여이동시킨후측정하고다시원점으로복귀시켜 2.00 mm 를계획하여이동시킨후측정하는방법으로 1.00, 2.00, 3.00, 4.00, 5.00 mm 를이동시켜측정하고이과정을 25 회반복하였다. Y, Z 축방향의평행이동도같은방법으로측정하였다. 좌우축을중심으로한회전이동 ( X) 의정확도를평가하기위해 2.00 를계획하여이동시킨후측정하고다시원점으로복귀시켜 4.00 를계획하여이동시킨후측정하는방법으로 2.00, 4.00, 6.00, 8.00, 10.00 를이동시켜측정하고이과정을 25 회반복하였다. Y, Z 방향의회전이동도같은방법으로측정하였다. 평행이동량은다이얼게이지 (No.2046S, Mitutoyo, Japan) 를이용하여 0.01 mm 단위까지측정하였고, 회전이동량은디지털초정밀경사계 (Pro3600, SmartToll technology, USA) 를이용하여 0.01 단위까지측정하였다. 계획한값과실측한값을 paired t-test 를시행하여통계적으로검증하였다. 1. X 축방향의평행이동 Ⅲ. 결과 X 축방향 ( 좌우측 ) 으로 1.00, 2.00, 3.00, 4.00, 5.00 mm 를계획하여이동시킨후실측값은각각 1.00 ± 0.01, 2.00 ± 0.00, 3.00 ± 0.00, 4.00 ± 0.00, 5.00 ± 0.00 mm 이었으며,(Table 1.) 95% 신뢰수준에서통계적으로유의한차이가없었다.(P > 0.05) 2. Y 축방향의평행이동 Y 축방향 ( 전후방 ) 으로 1.00, 2.00, 3.00, 4.00, 5.00 mm 를계획하여이동시킨후실측값은각각 1.00 ± 0.00, 2.00 ± 0.00, 3.00 ± 0.00, 4.00 ± 0.00, 5.00 ± 0.00 mm 이었으며, (Table 2.) 95% 신뢰수준에서통계적으로유의한차이가없었다.(P > 0.05) 3. Z 축방향의평행이동 Z 축방향 ( 상하방 ) 으로 1.00, 2.00, 3.00, 4.00, 5.00 mm 를계획하여이동시킨후실측값은각각 1.01 ± 0.02, 2.01 ± 0.02, 3.00 ± 0.02, 4.00 ± 0.02, 5.00 ± 0.02 mm 였으며, (Table 3.) 95% 신뢰수준에서통계적으로유의한차이가없었다.(P > 0.05) 4. X 축을중심으로한회전이동 ( X, pitch) X 축 ( 좌우축 ) 을중심으로 2.00, 4.00, 6.00, 8.00, 10.00 를계획하여회전이동시킨후실측값은각각 2.00 ± 0.03, 4.00 ± 0.02, 6.00 ± 0.02, 8.00 ± 0.02, 10.03 ± 0.09 mm 이 Table 1. Planned and actual measures of X-translation. (left-right) 1 25 1.00 ± 0.01 0.161* 2 25 2.00 ± 0.00 1.000* X 3 25 3.00 ± 0.00 1.000* 4 25 4.00 ± 0.00 0.161* 5 25 5.00 ± 0.00 0.161* *P > 0.05 considered statistically no difference between planned and Table 2. Planned and actual measures of Y-translation. (anterior-posterior) 1 25 1.00 ± 0.00 0.335* 2 25 2.00 ± 0.00 0.083* Y 3 25 3.00 ± 0.00 0.161* 4 25 4.00 ± 0.00 0.161* 5 25 5.00 ± 0.00 0.574* Table 3. Planned and actual measures of Z-translation. (up-down) 1 25 1.01 ± 0.02 0.203* 2 25 2.01 ± 0.02 0.406* Z 3 25 3.00 ± 0.02 0.922* 4 25 4.00 ± 0.02 0.422* 5 25 5.00 ± 0.02 0.932* 24
었으며,(Table 4.) 95% 신뢰수준에서통계적으로유의한차이가없었다.(P > 0.05) 5. Y 축을중심으로한회전이동 ( Y, roll) Y 축 ( 전후축 ) 을중심으로 2.00, 4.00, 6.00, 8.00, 10.00 를계획하여회전이동시킨후실측값은각각 2.00 ± 0.02, 4.00 ± 0.02, 6.00 ± 0.03, 8.01 ± 0.02, 10.01 ± 0.05 mm 이었으며 (Table 5), 95% 신뢰수준에서통계적으로유의한차이가없었다.(P > 0.05) 6. Z 축을중심으로한회전이동 ( X, yaw) Z 축 ( 상하축 ) 을중심으로 2.00, 4.00, 6.00, 8.00, 10.00 를 Table 4. Planned and actual measures of X-rotation. (pitch) 2 25 2.00 ± 0.03 0.350* 4 25 4.00 ± 0.02 0.542* X 6 25 6.00 ± 0.02 0.940* 8 25 8.00 ± 0.02 0.286* 10 25 10.03 ± 0.09 0.240* Table 5. Planned and actual measures of Y-rotation. (roll) 2 25 2.00 ± 0.02 0.876* 4 25 4.00 ± 0.02 0.278* Y 6 25 6.00 ± 0.03 0.361* 8 25 8.01 ± 0.02 0.923* 10 25 10.01 ± 0.05 0.077* Table 6. Planned and actual measures of Z-rotation. (yaw) 2 25 2.01 ± 0.11 0.739* 4 25 4.02 ± 0.13 0.438* Z 6 25 6.03 ± 0.10 0.213* 8 25 8.00 ± 0.13 0.828* 10 25 9.98 ± 0.11 0.417* 계획하여회전이동시킨후실측값은각각 2.01 ± 0.11, 4.02 ± 0.13, 6.03 ± 0.10, 8.00 ± 0.13, 9.98 ± 0.11 mm 이었으며 (Table 6.), 95% 신뢰수준에서통계적으로유의한차이가없었다.(P > 0.05) Ⅳ. 고찰 악교정수술은악안면기형과부정교합의치료를위해상하악골을삼차원적으로재위치시켜양호한안모와교합을얻기위해시행하는외과적술식이다. 치료계획수립, 모형수술, 실제수술과정에서상순에대한상악절치의위치, 두개골에대한상악골의위치를결정하여정확하게재위치시켜야한다 7-12. 치료계획을결정한후, 모형수술을시행한다 13-15. 모형수술결과로얻어진새로운악간관계에서수술용스플린트를제작하고외과의는이를이용하여절단된상악골을재위치시키기때문에모형수술은최대한정확하게시행해야한다. 현재까지모형수술을위한다양한장비와기법들이소개되었지만, 조작의어려움과부정확성등한계점또한함께보고되고있다 1-5. 모형수술시좌우, 전후, 상하방향의평행이동과좌우축, 전후축, 상하축을중심으로한회전이동을모두구현할수있으며이동량을별도의기구를사용하지않고도직접읽을수있는장비를개발하여 6 축모형수술시뮬레이터라고명명하였다.(Fig. 1. A, B.) 6 축모형수술시뮬레이터는악교정수술을위한모형수술단계에서상하악모형을석고의절단과정없이좌우 (X), 전후 (Y), 수직방향 (Z) 의평행이동과좌우축 ( X, pitch), 전후축 ( Y, roll), 수직축 ( Z, yaw) 을중심으로한회전이동이각각의다이얼에의해이동이가능하며 6 개의잠금나사로각각의이동을허용하거나제한한다. X, Y 이동은마이크로미터로조절되는슬라이딩테이블로구성되어있으며,(Fig. 2. A.) Z 이동은랩잭형태의테이블로구성되어있다. 랩잭테이블의수직벽과시뮬레이터본체에버니어캘리퍼눈금을표시하였다. (Fig. 2. B.) X 와 Y 의회전이동은웜과웜기어 (Fig. 3. A.) 를이용하여다이얼을돌리면축을중심으로한회전이동이가능하도록설계하였다.(Fig. 3. B, C.) 회전축은회전스테이지의상단평면중심을지나면서상단평면에수직인직선위 50 mm 지점에서일어난다. Z 의회전은단순회전플레이트형식으로설계하였으며 (Fig. 4. B.) 회전축은회전플레이트의중심을지나면서스테이지에수직인직선이다. 정중시상면과상순의하연을상악모형에조사하는직교레이저빔을시뮬레이터의전방지지봉에결합할수있도록하여 (Fig. 5.) 정중선과상순하연을계속확인하면서모형수술을시행할수있도록하였다. 현재이용되고있는모형수술의한방법은특정구조물 ( 예 : 상악전치절단, A point, ANS) 을중심으로특정각도만큼회전시켜이동을표현하는방법이있다. 이방법대로 25
대구외지 2010;36:23-27 A B A B Fig. 1. A. Drawing of 6-axis model surgery simulator; B. Actual photo of 6-axis model surgery simulator. Fig. 2. A. Micrometer dial controlling X, Y translation; B. Graduation on lab-jack controlling Z translation. A B C Fig. 3. A. Worm and worm gear; B. Before X rotation; C. After X rotation (15 ). A B Fig. 4. A. X, Y rotational stage; B. Z rotational stage. 수술을시행한다면 6 축모형수술시뮬레이터는회전축의위치이동이불가능하여응용할수없다. 하지만상악교합평면의회전각도와상악전치의위치로표현하는방법을이용하면유용하게활용할수있을것이다. 즉, 상악교합평면을 x 도회전하며, 상악전치의위치는현재보다상방으로 a mm, 전방으로 b mm 이동시킨다. 라는방법으로수술을시행한다면, 술전상악전치절단연의위치를기록하는인디케이터를시뮬레이터에장착하여고정하고회전축 의위치에관계없이회전을한후상악전치절단연의위치를인디케이터를참고하여전후상하좌우로평행이동시켜 a, b mm 만큼이동시키면된다. 이번연구는 6 축모형수술시뮬레이터로시행하는 3 개의직각좌표축을따르는평행이동과 3 개의직각좌표축을중심으로한회전이동의정확도를평가하기위해시행하였는데, 실험결과계획한양과이동후실측한값사이에는통계적으로차이가없음을보여주었다. 6 축모형수술시뮬 26
A B Fig. 5. A. Lateral view of mounted casts and laser beam; B. Laser beam on the cast. Vertical line is the mid-sagittal, horizontal line is equal to upper lip line. 레이터의 X, Y 이동은마이크로미터다이얼로구동되므로 0.01 mm 까지정밀도를가지지만, Z 이동은버니어캘리퍼눈금을보며이동시키기때문에 0.05 mm 의정밀도를가진다. 이때문에수직이동에서더큰표준편차가나타난것으로생각된다. X, Y 회전이동은 0.1 의정밀도를가지는눈금이표시되어있지만,(Fig. 4. A.) Z 회전이동은 1 의정밀도를가지는눈금만이표시되어있다. (Fig. 4. B.) 이로인해수직축을중심으로한회전이동이더큰표준편차를가지는것으로생각된다. 이동의정확도뿐아니라, 석고절단과정을거치지않으므로모형수술의시간이절약되고주변이오염되지않으며재현성이매우높고교정의와외과의간에명확한정보소통이가능하다는장점이있다. 비록, 모형수술의정확도가실제수술에정확히반영되지는않지만, 6 축모형수술시뮬레이터를이용하여모형수술을시행하면계획하고의도한양만큼모형수술단계에서정확하게구현하여수술용스플린트를만들수는있음이증명되었다. 6 축모형수술시뮬레이터를이용하여제작한수술용스플린트를실제수술에적용하였을때얼마나정확한수술을하였는지에대한연구가추가적으로필요하리라생각한다. Ⅴ. 결론 본연구는 6 축모형수술시뮬레이터의정확도를알아보기위해시행되었으며실험결과 6 축모형수술시뮬레이터로모형수술을시행하면모든방향으로의도한이동량만큼정확이이동된다는결론을얻었다. 참고문헌 1. Bell WH. Correction of the short-face syndrome-vertical maxillary deficiency: a preliminary report. J Oral Surg 1977;35:110-20. 2. Bell WH, Creekmore TD, Alexander RG. Surgical correction of the long face syndrome. Am J Orthod 1977;71:40-67. 3. Epker BN, Fish LC. Surgical-orthodontic correction of open-bite deformity. Am J Orthod 1977;71:278-99. 4. Hohl TA. Use of an adjustable (anatomic) articulator for case prediction in segmental surgery. In: Bell WH, Proffit WR, White RP, eds. Surgical correction of dentofacial deformities. Philadelphia: W. B. Saunders; 1980:169-77. 5. Hill SC. Cephalometric planning and model surgery. In: Bell WH, ed. Surgical correction of dentofacial deformities-new concepts. Philadelphia: W. B. Saunders; 1985:217-26. 6. Ellis E 3rd. Accuracy of model surgery: evaluation of an old technique and introduction of a new one. J Oral Maxillofac Surg 1990;48:1161-7. 7. Härle F. Le Fort I ostectomy (using miniplates) for correction of the long face. Int J Oral Surg 1980;9:427-32. 8. Ellis E 3rd. Modified splint design for two-jaw surgery. J Clin Orthod 1982;16:619-22. 9. Ripley JF, Steed DL, Flanary CM. A composite surgical splint for dual arch orthognathic surgery. J Oral Maxillofac Surg 1982;40:687-8. 10. Turvey TA, Hall DJ, Fish LC, Epker BN. Surgical-orthodontic treatment planning for simultaneous mobilization of the maxilla and mandible in correction of dentofacial deformities. Oral Surg Oral Med Oral Pathol 1982;54:491-8. 11. Bell WH, Mannai C, Luhr HG. Art and science of the Le Fort I down fracture. Int J Adult Orthodon Orthognath Surg 1988;3:23-52. 12. Luhr HG. Miniplate fixation of Le Fort I osteotomies [discussion to Rosen HM]. Plast Reconstr Surg 1986;78:755. 13. Bell WH, Proffit WR. Maxillary excess. In: Surgical correction of facial deformities. Philadelphia: W. B. Saunders; 1980:234-441. 14. Epker BN, Stella JP, Fish LC. Dentofacial deformities: integrated orthodontic and surgical correction. St Louis: Mosby; 1986. 15. Ehmer U, Rohling J, Dorr K, Becker R. Calibrated double split cast simulations for orthognathic surgery. Int J Adult Orthodon Orthognath Surg 1989;3:223-7. 27