개인 맞춤형 임플란트로 되찾은 미소

작성자: Sarah Fink, 설계 엔지니어, Aaron Atkinson, 설계 엔지니어, OMX Solutions, Melbourne, 호주

여러 개의 치아와 구강 뼈 구조의 큰 부분이 손실된 환자는 일반적인 치아 임플란트를 식립하기에 좋은 대상이 아닙니다. 이러한 상태에서 일반적인 치료법은 뼈 이식으로, 여러 단계의 수술이 필요하며 완료되기까지 일반적으로 1년이상이 걸립니다. OMX Solutions는 ANSYS Mechanical의 도움을 받아 3차원 적층 제조 기술을 활용하여 턱에 잘 맞고, 안면 윤곽과 일치하며, 단 한 번의 수술만 필요한 임플란트를 생산합니다. 환자는 외모를 완벽하게 회복하고, 수술 직후에 식사도 할 수 있습니다.

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Osseo-Frame implant

"시뮬레이션은 구성 부품 간의 상호 작용에서 잠재적인 문제를 식별하고 잠재적인 실패 포인트를 확인합니다."

TMJ Total Joint Replacement System 

치과 치료는 많은 사람들이 괴로워하는 일 중 하나입니다. 외상, 골절, 종양, 퇴행성 뼈 질환 및 기타 문제가 발생하여 뼈의 큰 부분 또는 여러 개의 치아를 교체해야 하는 경우에 비하면 치아 충전, 임플란트 또는 치근관(신 경) 치료는 간단한 치료입니다. 심각한 뼈 손실은 일반적으로 환자의 갈비뼈 또는 종아리뼈에서 뼈를 채취하여 치료하는데, 12-18개월에 걸쳐 최소한 3번의 외상 수술이 필요합니다. 이러한 문제나 골관절염 또는 기타 이상이 있는 경우, 일반적으로 턱관절이라고 하는 악관절(Temporomandibular Joint, TMJ) 교체가 필요할 수 있습니다. 턱관절을 기성품으로 교체할 수 있지만 기성품은 환자에게 잘 맞지 않고 기능이 제한적인 경우가 많습니다. 수술 관련 디지털 솔루션 분야의 세계적 선도 기업인 OMX Solutions는 디지털 설계와 3차원 적층 제조 기술을 활용하여 환자의 기존 뼈에 완벽하게 맞는 개인 맞춤형 임플란트를 생산하는 향상된 솔루션을 개발했습니다. OMX Solutions는 ANSYS Mechanical을 사용하여 뼈와 임플란트를 하나의 단위로 시뮬레이션합니다. 이러한 시뮬레이션이 물리적 검사로 확인되면 임플란트가 저작력을 견딜 수 있음이 보장됩니다. 그 결과 수술 결과를 개선하고, 삶의 질을 향상시키고, 필요한 수술 횟수를 크게 줄이고, 기증 부위의 통증 및 질환을 방지하는 개인 맞춤형 얼굴 및 턱 임플란트가 탄생했습니다.

patient smile before
이전
patient smile after
이후

기존 임플란트의 한계

많은 양의 뼈와 여러 개의 치아가 손실되는 경우 기존의 치과 임플란트는 치악력(무는 힘)에 견딜만한 안정성을 제공하지 못합니다. 또 다른 옵션은 제거가 가능한 임시 의치인데, 이는 불편하고 불안정할 수 있습니다. 이 문제를 개선하기 위해 외과의사는 일반적으로 기증 부위에서 뼈를 제거한 다음 턱에 이식하는 과정을 한 번의 수술로 진행합니다. 치아를 이식하려면 추가 수술이 필요합니다. 환자는 수술과 수술 사이에 회복을 위해 상당한 시간이 필요하며, 치료를 완료하는 데 걸리는 전체 기간은 1년이 넘을 수도 있습니다. 뼈 이식은 복잡한 과정이어서 환자의 안면 윤곽을 맞추기가 어렵기 때문에, 환자의 용모가 종종 불균형한 모습을 보이기도 합니다. 통증과 기증 부위의 감염도 흔히 볼 수 있는 문제입니다.

MJ 교체가 필요한 경우, 제한된 수의 표준 TMJ 임플란트 크기는 임상 실습에서 볼 수 있는 광범위한 턱 및 뼈 손실 형태에 맞지 않습니다. 뼈 손실이 큰 경우 기성품 임플란트가 환자의 상태 및 형태와 완벽하게 맞지 않기 때문에 환자에게 기형 및 TMJ 기능 부족이 남을 수 있습니다.

3차원 적층 제조 기술을 활용한 새로운 접근

TMJ Total Joint Replacement System

OMX Solutions TMJ 관절 전체 치환 시스템

 

OMX Solutions는 이러한 상황을 해결할 수 있는 솔루션을 개발했습니다. OMX Solutions Osseo-Frame은 안전하고 견고한 뼈 교체 및 치아 보철물 장착 포인트를 제공하는 턱 임플란트입니다. 이 솔루션을 사용하면 본래의 뼈 위치가 기성품 치아 임플란트에 적합하지 않은 경우에도 뼈 이식이 필요하지 않습니다. 이 임플란트는 환자의 치조골과 일치하도록 디지털 방식으로 설계되고 3D로 인쇄되므로 뼈를 수정할 필요 없이 장치가 본래의 뼈에 완벽하게 들어맞습니다. 미세 나사와 기초판이 1차적인 안정성을 제공하므로 치료 기간을 연장하지 않고 즉시 임플란트(및 인공 치아)를 삽입할 수 있습니다.

implant design process

OMX Solutions 설계 프로세스

 

OMX Solutions TMJ Total Joint Replacement는 환자의 악관절을 완벽하게 대체합니다. 3D로 인쇄된 티타늄 하악 구성요소는 환자의 컴퓨터 단층 촬영(CT) 데이터를 사용하여 각 환자의 뼈 구조에 맞게 디지털 방식으로 크기가 지정되고 조정됩니다. 폴리에틸렌 와동(fossa)도 컴퓨터 수치 제어(Computer Numerical Control, CNC) 가공을 사용하여 디지털 방식으로 크기가 지정되고 맞춤화됩니다. 그런 다음 두 가지가 함께 맞춤형 구상 관절(Ball[Condyle] and Socket[Fossa] Joint) 역할을 합니다.

두 시스템에 모두 절삭, 드릴링 및 포지셔닝 가이드를 제공하여 수술의 정밀도를 높일 수 있습니다.

맞춤형 임플란트의 설계 과정

이러한 장치를 개별 환자의 뼈 윤곽에 맞춤화 하기 위한 첫 번째 단계는 환자의 기존 뼈 구조의 형상을 정확하게 보여주는 CT 스캔을 수행하는 것입니다. 그런 다음 OMX Solutions의 생산 엔지니어가 Materialize Mimics® 소프트웨어를 사용하여 CT 스캔 출력을 환자의 뼈에 대한 디지털 모델로 변환하고, Materialize 3-matic® 소프트웨어를 사용하여 환자의 3D 골격 해부 구조와 밀접하게 일치하는 임플란트를 설계합니다.

개인 맞춤형 임플란트를 설계할 때 OMX Solutions 생산 엔지니어는 뼈, 부착물 및 임플란트 구성 요소를 포함한 전체 어셈블리에 문제가 발생하지 않도록 해야 합니다. 시뮬레이션을 사용하지 않는다면 각각의 임플란트를 모두 프린팅하고 물리적 테스트를 실시해야 합니다. 테스트를 통과하지 못하면 재설계, 재생산 및 재시험이 필요하며 이에는 시간과 비용이 많이 듭니다. 또한 모든 환자의 전체 임플란트-골조 조합에 물리적 테스트를 실시하기는 불가능합니다. 환자별 시뮬레이션은 OMX Solutions가 비용 효율적으로 각 임플란트의 무결성을 보장할 수 있는 유일한 방법입니다.

equivalent strain
Osseo-Frame에서 경험한 등가 변형의 표시
total deformation
Osseo-Frame에서 발생하는 전체 변형의 표시
Personalized Healthcare

 "OMX Solutions에서 ANSYS를 선택한 이유 중 하나는 직관적인 사용자 인터페이스입니다."

ANSYS MECHANICAL SIMULATION

이 회사의 생산 엔지니어는 먼저 의학 문헌에 있는 평균 치악력 강도를 사용하여 장치를 시뮬레이션합니다. 이 값은 일반적으로 25세 남성의 평균 치악력이지만, OMX 제품을 사용하는 일반적인 환자는 나이가 더 많고 근력이 감소한 사람입니다. 따라서 무는 힘이 더 약하므로 이 방식을 사용하면 안전성을 확보할 수 있습니다. 장치 무결성을 신뢰할 수 있으면 엔지니어는 CT 스캔에서 파생된 뼈의 다중 재료 모델과 임플란트를 뼈에 부착하는 나사를 포함하여 전 모델을 시뮬레이션합니다. 모든 재료는 비선형으로 처리됩니다. 이 모델에는 뼈, 나사 및 임플란트 사이의 마찰 접촉이 포함됩니다. 접촉 감지는 뼈 모형에서 각 나사의 각 면 사이에 발생하는 접촉을 기록하고, 프레임이 뼈에서 분리되 는 경우처럼 사용 중에 발생할 수 있는 분리 가능성을 식별하는 데 사용됩니다. 이 시뮬레이션의 해석시간은 4코어 개인용 컴퓨터에서 일반적으로 2시간에서 5시간이 소요됩니다. 이 시뮬레이션은 구성 요소 간의 상호 작용에서 잠재적인 문제와 실패를 식별합니다. 예를 들어, 국소적으로 발생한 높은 수준의 응력 때문에 나사가 골절을 유발하는 위치 혹은 임플란트를 견고하게 고정할 수 없는 위치를 나타낼 수 있습니다. OMX Solutions 생산 엔지니어는 어셈블리 안전하다는 확신이 들면 외과 의사에게 설계를 검토하도록 제공합니다. 외과 의사는 때때로 임상적 타당성과 유용성을 바탕으로 변경을 제안하며, 이 경우 시뮬레이션이 추가로 필요할 수 있습니다.

TMJ Total Joint Replacement System components

TMJ 관절 전체 치환 시스템의 구성 요소에는 하악(위)과 와동(아래)이 포함됩니다.

 

외과 의사의 승인을 받으면 OMX Solutions는 디지털 설계 파일을 제조 담당자에게 전달하고, 구성 부품이 생산됩니다. Osseo-Frame과 TMJ 과상 돌기 구성 요소는 3D 프린팅을 통해 티타늄-64로 생산됩니다. 와동(fossa) 구성 요소는 현재 이 재료를 3D로 프린팅할 수 없으므로 CNC로 가공됩니다. 맞춤형 임플란트를 생산하는 데는 환자 상태의 복잡성과 외과 의사의 숙련도에 따라 주문에서 생산까지 약 4-8주가 소요됩니다. 이 장치는 단한 번의 수술로 식립할 수 있으며, 기존 방법보다 최대 1년이 나 빠른 기간 내에 영구적인 해결책을 제공하고, 총 수술 비용 또한 낮으며 환자의 통증과 이환율을 크게 감소시킵니다. 뼈가 손실되고 턱 기능이 저하된 사람은 음식을 맛있게 먹거나 건강한 식단을 섭취하기가 어려울 수 있습니다. 외모로 인해 자존감이 낮아질 수도 있습니다.

OMX Solutions 임플란트는 이러한 환자가 장기간에 걸쳐 여러 번의 수술을 받을 필요 없이 예전의 치아 기능을 빠르게 회복할 수 있도록 도와줍니다. 이전에는 턱을 움직일 때마다 많은 고통을 느꼈던 환자가 이제는 편안하게 먹고 말할 수 있습니다. 씹는 데 어려움이 있고 기존의 임플란트가 적합하지 않았던 사람도 이제 정상적으로 식사할 수 있습니다. 뼈가 손실되어 얼굴이 움푹 들어가거나 비대칭인 환자도 예전의 모습을 되찾을 수 있습니다. OMX Solutions의 맞춤형 임플란트는 환자가 먹고 말하고 미소지을 수 있도록 회복시켜 자신감과 마음의 평안을 되돌려 줍니다.

Osseo-Frame에서 경험한 등가 변형의 표시
Osseo-Frame에서 발생하는 전체 변형의 표시

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