[카테고리:] 턱관절

악안면영역의 임플란트로서의 인공턱관절재건술: Part II – 외과적술식

 

Total TMJ replacement as another implant in maxillofacial area : Part II – Surgical Technique

서론
인공턱관절 치환술은 외과적으로도 안정적인 수술 결과를 보여주고 있다1-4). 턱관절의 수술은 여러가지 면에서 난이도를 가지고 있는 수술이다. 인공 턱관절은 CT 데이터를 이용하여 환자의 결손부에 적절하게 디자인하는 customized device와 미리 정해진 크기의 관절장치를 이용하는 stock device 로 나뉘어진다. 환자의 해부학적인 구조에 따라 맞춤형 장치를 쓰는 것이 이상적이기는 하지만 환자의 해부학적 인 차이가 크지 않으며, 반드시 미리 계획을 하지 않아도 수술 시 필요에 따라 선택할 수 있고, 비용적인 측면에서 장점을 가진다고 할 수 있다는 측면에서 stock device는 장점을 가진다고 할 수 있다5). 우리나라에서는 현재 stock device만 허가를 받아 사용할 수 있는 상태이다. 인공턱관절의 수술은 관절와 부분의 삽입과 과두부분의 삽입을 위한 외과적 접근으로 이루어진다. 관절부의 접근을 위해 전이개부절개가 주로 이루어지며, 과두부의 삽입을 위해서는 하악 후방 절개가 사용된다. 외과적 술식에 동반된 합병증으로는 안면신경의 손상과 수술 후 감염이 가장 주된 합병증이다. 본 종설에서는 stock device 를 이용한 수술과정에 대해 설명할 예정이다.

인공턱관절 수술의 적응증
인공턱관절치환술의 적응증은 말기 턱관절질환이라고 할수 있다. 턱관절강직증, 선천성질환, 턱관절의 괴사, 재건할 수 없는 하악과두의 골절, 골관절염 등으로 인하여 더 이상의 다른 방법으로 과두와 관절의 기능을 회복할 수 없을 경우에 인공턱관절을 사용하는 것을 고려할 수 있다(Table 1). 2012년 7월 1일부터 가. 다른 치료에 반응하지 않는 악관절 강직 (섬유성 또는 골성), 나. 외상, 골흡수, 발육성 기형이나 병변 등에 의한 하악 고경(vertical Mandibular height)이나 교합관계의 소실, 다. 이전 재건 수술들의 실패 (Failed previous reconstruction surgeries of TMJ)의 경우에 의료보험의 급여를 인정하게 되어 환자의 부담이 많이 줄어들게 되었다. 하지만, 인공관절이 모든 턱관절 질환의 최후의 해결책이 될 수는 없다. 환자가 감염증을 가지고 있거나, 턱관절의 해부학적 원인이 아닌 저작든 등의 원인에 의한 안면통증을 가지고 있는 경우, 환자가 수술 후에 관절운동이나 재활운동을 위한 지시에 따를 수 없는 경우 등 여러가지 이유로 턱관절 치환술이 어려운 경우도 있다(Table 2). 턱관절치환술을 통해 환자의 이상적인 관절상태를 회복할 수는 없지만, 치환술을 통해 얻어지는 기능회복의 정도는 1) 약 30-35 mm의 개구량, 2) 60-70% 정도의 통증 감소 3) 60-70 % 정도의 저작기능의 회복을 목표로 한다6).

Table 1. The indication of total TMJ alloplastic replacement

  • Arthritic conditions: e.g. osteoarthritis, rheumatoid arthritis, or traumatic arthritis
  • Post-excision of benign and malignant neoplasms
  • Ankylosis
  • Congenital disorders
  • Avascular necrosis
  • Irreparable fractures of the mandibular condyle
  • Functional deformities
  • Revision when previous treatments (e.g. alloplastic reconstruction, autogenous grafts) have failed

Table 2. Contraindication of total TMJ alloplastic replacement

  • Patients who had an active infection
  • Allergy to prosthetic materials
  • Patients who had conditions in which there was insufficient quantity or quality of bone to support the device
  • Patients who were not skeletally mature
  • Patients who were incapable or unwilling to follow postoperative care instructions
  • Patients who were unable to return for follow-up examinations
  • Patients who had severe hyperfunctional habits
  • Patients who were on long-term steroid therapy

외과적 술식
외과적 술식은 다음과 같은 순서로 이루어진다.
전이개 절개 및 턱관절부의 제거
전이개 절개를 통하여 턱관절에 접근을 시행한다. 안면신경의 손상을 방지하기 위하여 되도록이면 후방에서 접근하도록 한다. 접근 초기에 superficial temporal artery는 결찰을 하도록 한다. 주로 턱관절 강직증의 경우 골성 강직으로 유착된 골조직을 제거하는 것을 먼저 시행한다. 골성 강직증의 경우 층분한 양의 골을 제거해야 한다. 과두부는 원래 환자의 관절와보다 더 아래에 위치하기 때문에 관절와부가 들어가고 과두부의 굴곡부위를 포함하기 위해서는 최소 2 cm정도의 공간이 필요하게 된다. 한번에 충분한 양의 제거가 힘들 경우 두번에 제거하는(two-step osteotomy) 방법을 사용한다. 턱관절부의 제거시에 관절의 내측에 위치하는 interanl maxillary artery와 middle meningeal artery 혹은 deep temporal artery 같은 출혈을 일으키기 쉬운 혈관에 대한 손상을 방지하도록 노력한다. 여러번 수술을 받은 환자의 경우 혈관주변의 반흔이나 섬유화로 인하여 손상이 일어나기 쉽기 때문에 주의를 요한다. 과두부를 절제할 때는 충분히 하방에서 절제하여야 삭제하는 골의 양이 적어진다. 외측의 골은 round bur나 fissure bur를 이용하여 90% 정도 절제하고, 나머지는 기구 중 T-bar osteotome을 이용하여 분리 하도록 한다. Piezo surgery기구를 이용하여 내측의 절제를 하기도 하여 내측의 연조직 손상을 최소화 시키는 것이 필요하다. 절제된 부위는 bone holding forcep등으로 잡고 external pterygoid muscle을 박리하면서 제거해 낸다.

그림1

Fig. 1 양측 턱관절 강직증으로 개구량 15 mm의 개구제한

하악지의 노출
하악후방 절개를 통하여 접근을 한다. 후방 절개를 하기전에 Intermaxillary fixation을 시행한다. 주로 흉쇄유돌근의 앞쪽에 근육에 평행하게 수직으로 절개가 가해진다. 안면시경의 marginal branch 는 전상방으로 견인하도록 한다. 교근과 내측익돌근을 노출시키고, antegonial notch에서 하악 후연의 하방 1/3정도의 aponeurosis를 절개한다. 근육의 골막하박리를 통해 하악골을 노출시킨다.

관절와의 형성
관절와의 형성은 diamond reciprocating rasp을 이용하여 시행한다. 관절융기를 편평화 하는 작업으로 관절와부를 하부의 골에 안정적으로 “tri-pod” stability를 얻도록 만들어 준다. 관절와부를 편평하게 하고 난 다음에는 관절부의 템플레이트를 이용하여 small, medium, large의 크기 중에 적절한 크기의 관절와부를 선택한다. 관절와의 평면은 Frankfurt horizontal line과 평행한 것이 좋다. 우선 7-9 mm 정도의 2.2 mm 나사를 2개 정도 관골 부에 고정을 하고 고정을 하고, 과두부와의 관계를 확인한 후 4개 이상의 나사를 최종적으로 고정한다.

하악지부의 형성
노출된 하악지에 과두부의 템플레이트를 넣어보아 45, 50, 55mm의 과두부 중에 적절한 크기를 선택한다. 하악지의 넓이와 굴곡에 따라 standard 혹은 narrow type의 과두부를 선택한다. 템플레이트와 하악지 사이에 조기 접촉부가 있을 경우 다이아몬드 버나 라습을 이용하여 편평하게 만들어준다.
과두부는 관절와부의 중앙부보다 후방에 위치하는 것이 관두부가 걸리거나 pseudo-translation을 허용하여 더 많은 개구량을 얻을 수 있다. 과두부는 우선 8 – 10 mm 길이의 두 개의 2.7 mm 나사를 이용하여 고정하고, 구강내에서 교합을 확인하도록 한다. 개구시 탈구가 일어나지 않는지도 확인한다7). 그 후 구강내에 들어갔던 수술장갑는 갈아 낀다. 교합이 확인되면 최종적으로 4-6개의 나사를 이용하여 견고 고정을 시행한다. 더 많은 나사를 사용살 수록 나사에 가해지는 부하는 분산되게 된다8). 나사는 설측 피질골을 포함하는 bicortical fixation이 추천된다. 이 때 하치조신경을 손상시키지 않도록 위치를 선정할 필요가 있다.
봉합시에는 층별로 잘 봉합을 해 주며, 음압 드레인을 넣어 혈종이 차는 것을 방지하도록 한다.
그림1
Fig. 2 Postoperative 3D reconstructed CT with TMJ prosthesis, 최대 개구량 30mm

외과적 합병증
수술 후에 발생할 수 있는 합병증으로는 감염, 기계적 파절 등 Table3과 같은 합병증을 생각해 볼 수 있다.

Table 3. Postoperative complications

  • Infection
  • Heterotopic bone formation
  • Metal sensitivity
  • Component failure
  • First Bite syndrome, Frey syndrome
  • Parotid fistula
  • Postop malocclusion
  • Condylar dislocation

수술 후 감염이 가장 우려되는 합병증 중의 하나이나, Mercuri등에 의하면, 3,368개의 인공관절 수술에서 51개의 감염이 보고되어, 매우 낮은 감염율(1.51%)을 나타내었으며, 이 중 32개의 관절을 제거하였다고 고보하였다9). Giannakopoulos은 442개의 인공관절을 이식하여 14개의 관절이 감염되었다(3.2%)고 보고하였다10). 보통 화농성의 배농이 되거나, 피부밖으로 sinus tract 이 생기는 경우가 인공관절의 감염증상으로 나타난다. 급성의 경우 절개 및 배농을 통하여 드레싱을 하는 경우 조절이 가능한 경우11,12)도 있으나, 3주 이상의 만성의 감염인 경우 인공관절부를 제거하고, two-stage replacement를 시행하기도 한다. 수술 후 감염을 예방하기 위한 방법으로 수술전에 예방적 항생제를 사용하고, 구강내 타액등에 의해 오염되는 것을 철저히 막고, 수술시간을 줄이며, 수술 후의 항생제 사용등이 추천된다. 다른 일반적인 구강악안면외과 수술과의 차별이라면, 구강내 타액에 수술부위가 오염되는 것을 막을 수 있도록 신경을 쓰는 것이라고 할 수 있다. 인체내에 들어간 인공 보철물의 경우 만성감염으로 가는 것은 세균에 의해 형성된 biofilm 때문인 것으로 생각된다. Biofilm이 형성되면 항생제가 세균에 도달하기 어렵기 때문에, 기계적으로 biofilm을 제거해 주지 않는 이상 절개 및 배농과 항생제 사용의 기존의 방법만으로는 감염증을 조절하기 어려워진다. Wolford는 소독된 칫솔과 베타딘 용액을 이용하여 스크럽을 함으로써 기계적으로 biofilm을 제거 하는 것을 추천하였다13).
인공관절의 파절 같은 기계적인 합병증은 아직 까지 보고되지 않았다. 수술 후의 부정교합이 발생할 가능성이 있다. 악간 고무줄을 이용한 교합의 가이드를 통해 수술 후의 교합을 유도할 수 있다. 수술 후 가두부의 dislocation 이 발생할 수 있다. 특히 coronoidectomy를 시행한 환자에서 관찰 될 수 있는데, 수술 후 너무 과도한 개구 운동은 피하도록 하는 것이 과두부의 탈구를 예방하는 방법으로 추천되기도 않다14).

 

 

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인공턱관절 치환술 – I : 재료 및 기계적 특성

  1. 서론

타이타늄으로 이루어진 치과임플란트는 이미 그 확고한 과학적, 임상적 기반을 가진 의료로서 자리잡았다. 정형외과분야에서도 고관절, 슬관절, 견관절의 인공관절 시술이 보편화된 상황이다. 턱관절의 질환에서 인공관절을 이용한 대체술은 치과임플란트만큼의 장기적인 결과를 가지고 있지는 않지만, 임상적으로 그 효용성을 인정받아 안정적으로 사용되고 있는 것으로 알려져 있다1,2,3).

인공턱관절치환술(TMJ Total Joint Replacement, TMJ TJR)은 진행된 말기 턱관절질환(End stage TMJ disease)를 치료하는 방법으로 생물학적인 방법이 아닌 생체역학적인 방법을 이용하는 것으로 다른 관절에서의 치환술과 치과용 임플란트 등과 다양한 의학적 원리를 공유하고 있다. 최신의 새로운 방법이 아니라 10년 이상의 임상적 결과를 가지고 있으며, 논문을 통한 학술적인 뒷바침도 다양하게 이루어진 상태이다. 14년 동안의 추적조사에서 안전하고, 효과적인 장기간의 치료 방법으로 보고되고 있다4).

현재 세계적으로 사용되고 있는 인공턱관절은 세가지로 나뉘어 있다. 1) Christensen TMJ Prosthesis System (TMJ Implants, Inc, Golden, CO) 2) TMJ Concepts Prosthesis  (TMJ Concepts, Inc., Ventura, CA) 3) Biomet Microfixation TMJ Replacement System (Biomet Microfixation, Jackson- ville, FL) 이 중에서 TMJ Concepts는 환자 맞춤형(customized device)으로서 1989년 Techmedica Inc. (Camarillo, Ca)에 의해 개발되었다가 1996년부터 TMJ Concepts Inc. (Ventura, CA, USA)에 의해 생산되고 있다. Christensen TMJ prosthesis의 경우 관절와와 과두부가 모두 금속으로 되어 있는 metal-on-metal 구조로 되어 있기 때문에 금속간의 마모로 인한 금속입자의 발생으로 염증반응의 가능성이 높은 것으로 알려져 있다. 2015년 이후로 판매가 금지 되었다.

우리나라를 포함하여 맞춤형에 대한 의약품 허가를 받기가 어려워 많은 나라에서 사용하고 있지는 못하는 실정이다. 우리나라에서는  Biomet 사의 Microfixation TMJ replacement system이 2012년 부터 식약청으로부터 허가를 얻어 사용 중에 있다. 특히 관절부의 골 결손으로 수술할 경우, 이전에 다른 수술 후 추가적인 2차 수술의 경우 의료급여의 대상이 되기 때문에 환자의 경제적 부담이 많이 줄어든 상태이다.

인공턱관절은 주로 말기 턱관절질환에서 관절의 기계적인 운동을 가능하도록 하는 물리적 구조물의 역할을 하는 것이다. 따라서 턱관절의 생리적 운동에 적합한 근육이나 관절원판등이 부탁되어 있지 않고 단지 기계적인 하중을 견디고, 활주운동을 어느정도 보상해주는 역할을 위해 설계된 것이다. 차과용 임플란트와 다른 점은 이러한 동적인 운동을 고려한 이식이 필요하기 때문에 환자의 골격적 조건 뿐 아니라, 개구운동을 포함하는 저작운동의 측면을 고려해야만 한다.

본 종설에서는 인공턱관절의 재료적, 기계적 측면에 대해 고철할 예정이며, 향후 수술적 측면 (part II) 그리고 임상적 결과(Part III)들에 대해 논의할 예정이다.

 

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Fig. 1 Total TMJ Prosthesis Biomet Microfixation TMJ Replacement System (Biomet Microfixation, Jackson- ville, FL)

  1. 하악과두 재건술의 발달

관절의 재건술은 오래전부터 시도되어져 왔다. 주로 종양으로 관절부를 포함하여 하악골을 제거하였을 경우나 외상등의 원인으로 발생한 턱관절의 강직증으로 관절의 성형술(arthroplasty)이후에 과두의 높이가 감소하였을 경우에 과두가 없는 것으로 인하여 개교합이나 하악의 운동이 장애를 받을 경우에 관절을 재건하는 방법으로는 Costochondral graft가 대표적으로 사용되었으며, 비골(fibular)을 이용한 재건 혹은 골신장술(distraction osteogenesis)을 이용하는 방법이 사용되어져 왔다. 인공보철물을 사용하는 방법도 꾸준이 시도되었지만, 여러가지 합병증으로 인하여 널리 사용되지는 못하였다. 대표적으로 과두의 재건을 위하여 금속성의 인공 과두가 사용되었으나, 관절와의 흡수로 인하여 두개강내로 보철물이 뚫고 들어가는 합병증까지 발생하였던 것으로 보고되었다.

하지만 오랬동안 인공관절을 이용한 턱관절의 치환술은 임상에 적용되는 것이 조심스러운 상황이었다. 이것은 1988년 시장에 출시되어 1991년 미국 식약청으로부터 금지된 VItek 임플란트의 경험때문으로 생각된다5). 당시 Teflon을 이용한 관절와의 삽입물 수술 후 많은 환자가 foreign-body inflammation에 의한 통증을 호소하였고 이로 인해 실패와 관절 주변부 구조물의 손상을 가져왔다. 하지만 그후에 개선된 재료와 이를 적용한 정형외과에서의 성공을 바탕으로 턱관절에서의 관절임플란트도 안정적인 결과를 보이게 되었다.

 

III. 인공턱관절의 재료적 특성

인공턱관절은 관절와와 과두의 두 부분으로 구성되어 있다. 재료적인 측면을 고려해야 하며, 관절와는 UHMWPE(Ultrahigh molecular weight polyethylene)으로 이루어져 있으며, 과두부분은 Co-Cr-Mo alloy로 이루어져 있다. 치과용 임플란트가 순수 타이타늄으로 이루어진 것과는 달리 기계적 하중을 오래 견뎌야 하는 측면에서 Co-Cr-Mo 합금으로 이루어져 있으며, 뼈와 접촉하는 부분은 순수 titanium으로 코팅이 되어 있다. 재료적인 측면에서 정형외과에서 사용되는 슬관절이나 고관절에 사용되는 인공관절과 같은 재료로 만들어져 있다. 금속알어지 중에 가장 높은 비중을 차지하는 것은 니켈로서, 순수 타이타늄으로 만들어진 치과용 임플란트와는 달리 Co-Cr-Mo 합금은 소량이지만 Ni을 함유하고 있으며, 이는 금속 알러지의 반응을 일으킬 수 있어 금속 알러지를 가진 환자에서는 사용상의 주의가 필요할 수 있다6).

관절부의 재로로는  Proplast-Teflon (Vitek Inc, Houston, TX, USA), silastic (Dow-Corning Inc, MO, USA), acrylic, bone cement등이 사용되었으나, 재료적인 문제를 많이 일으켰다. 지금 인공관절의 재료로 많이 사용되는 UHMWPE는 기계적으로 마모저항성이 매우 높은 것으로 되어 있으며, 여기에 방사선을 이용하여 cross-link를 시키는 방법으로 마모저항성을 더욱 높인 재료이다. 기계적인 면에서 관절와도 금속으로 만들어지는 것이 유리할 수 있으나, 금속간의 마찰은 오히려 금속의 마모로 인한 particle의 유출로 인해 고관절등 정형외과에서 리콜이 되고 있는 상황이다.

Biomet 시스템은 University of Pensylvania에서 IRB를 통해 1991년 임상시험을 시작하였으며, 2005년 미국 식약청에서 완전히 허가를 얻었다. 1995년 연구용 장비로 허가를 받은후 2005년까지 288명의 환자에서 422개의 임플란트를 사용하여 14개의  임플란트가 제거(3.2%)되었으나 이는 감염에 의한 것으로 기계적인 실패는 보고되지 않았다7).

 

  1. 인공턱관절의 형태적 특성

과두부의 임플란트는 하악지의 길이에 따라 45, 50, 55 mm의 길이로 구성되어 있으며, 형태적으로는 standard, narrow, off-set의 모양을 가지고 있다.  관절와부의 경우 medium과 small로 이루어져 있다. 하악지의 크기에 따라 선택하는 것이지만, 과두부와 하악지의 접촉부가 잘 적합시키기 위해 하악지 외측면을 다듬을 수 있는 기구들을 세트내에 구성하고 있다. 하지만, 인공관절과 하부의 골과의 접축이 긴밀하여야 하며, 차이가 클수록 미세동요의 가능성이 커지기 때문에 나사의 풀림현상들이 발생할 가능성이 높아진다. 인공관절이 골과 접촉하지 않는 경우에 골에 가해지는 하중은 접촉되어 있을 경우에 비해 35-40%정도 높은 것으로 보고되었다8).  이럼 관점에서 맞춤형(custom-made) 장치가 골과의 접촉을 더 긴밀하게 만들 수 있는 장점이 있지만, 수술시에 발생할 수 있는 오차의 가능이 있으며 그럴 경우 맞춤형 장치의 경우 조절이 어려울 수 있는 단점이 있다. Abramowicz등은 RP 모형에서의 적합도를 측정하여 관절와부의 경우 34개의 관절 중 28개에서 거의 조절없이도 적합할 수 있었으며, 과두부의 경우에도 26개에서 최소 혹은 조절없이 적합할 수 있었다고 보고하였다9). 인공관절과 하부골과의 적합도가 인공관절의 안정도에 가장 중요한 역할을 하지만, 이밖에도 감염, 금속에 대한 민감도, 마모입자(wear particle)등이 영향을 끼칠 수 있다10,11).

Fig. 2. Trial set includes dummy components, site preparation instruments, and fixation device

 

맞춤형 턱관절이 환자마다 다른 해부학적인 문제에 더 잘 적합할 수 있는 장점이 있으나, 기성품으로서의 인공턱관절 또한 임상적으로 여러가지 장점을 가지고 있다. 관절의 절제 등의 수술 이후에 바로 적용할 수 있다는 장점과 수술전 컴퓨터를 이용한 설계 및 제작의 시간이 필요하지 않으며, 가격 또한 맞춤형에 비해 저렴하다고 할 수 있다. 특히 하악지가 아닌 관절만의 결손이 있을 경우에는 환자마다 해부학적인 차이가 별로 나지 않기 때문에 현재의 몇 가지 크기로 나뉘어져 있는 장비 만으로도 큰 어려움 없이 적용할 수가 있다.

 

Fig. 3. Condylar components

 

BioMet 장치의 경우 관절와부의 경우 정상해부학적인 관절와의 위치보다 하부에 위치하게 되는 데 이것은 회전중심을 아래로 이동시킴으로써 활주운동(translation)의 효과를 보여 15%정도의 개구량의 증가를 가져올 수 있다. 또한 관절 주변의 조직에 대한 과부하를 줄여주는 효과를 가지고 있다.

과두부를 하악지에 고정하기 위해서는 과두부 강치에는 7-8개의 나사구멍이 있다. Hsu(2011)등은 3개의 나사만으로도 충분한 안정성을 얻을 수 있다고 보고하였으나12) 그는 교근만을 계산한 것으로 통상 이보다 많은 5개 이상의 나사를 이용하여 고정하는 것이 추천된다. 하지만, 되도록이면 많은 수의 나사를 이용할 것이 추천된다. 하지만 전방의 나사는 하치조신경에 대한 손상의 가능성이 있기 때문에 주의를 요한다. 또한 스트레스 분석에서 상부의 나사가 더 많은 하중이 가해지는 것으로 나타났다13).

 

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