골격성 III급 부정교합 환자에서 하악골 후방이동수술 후 상기도의 변화에 대한 전산유체역학적 유동해석

Abstract

목적 : 골격성 III급 부정교합 환자에서 하악지시상분할골절단술 및 이의 변형법 등을 이용한 하악골의 후방이동 시 두경부 연조직의 변화 또한 이루어지는데, 하악골 후방이동 수술 후 상기도 공간의 축소로 인해 수면 시 기도공간 감소와 호흡장애가 관찰된 보고가 있다. 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)은 상기도의 공기역학적 유체 특성을 정확히 계산하여 실제 상기도 내 유량과 압력 프로파일을 예측하는 방법으로 사용되어 왔다. 본 연구에서는 골격성 III급 부정교합 환자에서 하악골 후방이동수술을 시행 시 술 전과 술 후의 상기도를 지나는 유량을 전산유체역학을 이용하여 비교하고 상기도의 유동 특성과 압력 변화를 평가하고자 하였다. 방법 : 2015년 이후 서울대학교치과병원 구강악안면외과에서 양측성 하악지 시상분할골절단술의 방법으로 하악골 후방이동수술을 시행한 5명의 환자(남자 3명, 여자 2명)를 연구 대상으로 하였다. 환자별로 수술 전 3개월 이내에 촬영된 술 전 CBCT 영상 및 수술 후 6개월 이후에 촬영된 술 후 CBCT 영상이 후향적으로 연구에 이용되었다. 각각의 영상은 PACS에서 DICOM file format으로 추출한 후, MIMICS 소프트웨어로 읽어 각 환자의 술 전/후의 상기도를 3D 모델로 변환하였다. 이후 3-matics 소프트웨어를 이용하여 분석을 시행할 기준평면을 설정한 후 이 위치에서의 단면적을 계산하여 술 전과 술 후의 기도 면적을 비교하였다. 이 후, 2명의 환자에 대해 3D 모델의 STL file을 midas NFX라는 CFD 소프트웨어에서 불러온 후 mesh를 생성하여 술 전 및 술 후 상기도 내 유동 시뮬레이션을 시행하였다. 호흡 중 흡기로 해석을 시행하였으며, 유체역학적 계산은 2차식 k-ε 난류모델을 적용하였다. 기준 평면에 위치한 각 절점에서 계산된 압력의 평균을 내어 술 전과 술 후의 압력 분포를 도출하고 이를 비교하였다. 결과 : 술 전과 술 후의 단면적을 비교한 결과, 다섯 명의 환자에서 수술 이후 평균 –7.56%의 상기도 단면적이 감소하는 것을 관찰할 수 있었으며, 특히 하악골이 후퇴된 부위의 연조직인 구개수에서 후두덮개 부위까지는 평균 –17.71%의 단면적의 감소가 확인되었다. 이후 전산유체역학을 이용한 유동 해석결과, 수술 후 기도 면적의 감소로 인해 2명의 환자에서 평균 38.3%의 압력 강하가 관찰되었다. 본 연구를 통해 하악골 후방이동 수술 후 상기도 공간의 감소 및 이에 따른 기도 내 압력 강하 현상을 CFD 해석을 이용하여 확인할 수 있었다.