Experimental Analysis of Skull Remodeling and Change in Intracranial Volume with a soft Orthosis in Canine Models

Abstract

PURPOSE: Habitual sleeping positions in infants can produce occipital plagiocephaly that results in strabismus and skull and facial asymmetry. It can be managed with a hard orthosis, but maintaining an infant in a hard orthosis is often intolerable. We attempted to reform the shape of the young canine skull with a soft orthosis that is lighter in weight and less constricting than the conventional hard orthosis. MATERIALS & METHODS: We applied a series of soft cap-like orthoses to beagle puppies in increasingly longer anteroposterior lengths and but in comparatively short widths over seven weeks, increasing the orthosis length significantly each week. We tracked the head size of 14 beagles with an orthosis and 7 beagles without an orthosis, recording the maximum cranial width, length, head circumference and auricular head height. From these measurements, the intracranial volume of each beagle was estimated. All beagles were studied radiologically by plain skull x-ray, CT scan, and MRI. Functional activities were also examined. RESULTS: All 14 beagles with a soft orthosis showed very fast adaptation of the head to the orthosis just 2 weeks into the experiment, and they continued to develop a long and narrow head shape throughout the 7-week experimental period. At 7 weeks, they showed significantly shorter width and longer head appearance than the 7 control beagles (p<0.05), without any significant difference in the calculated intracranial volumes (p>0.05). There was no basic structural anatomical difference evident from CT and MRI findings, nor was there any functional disability in the orthosis group as compared with controls. CONCLUSION: Our results suggest that the growing skull can be successfully remodeled using only a soft orthosis, without growth limitation and without functional or basic structural anatomical changes.

목적: 최근 잘못된 영아의 수면 습관이 자세성 사두증을 유발할 수 있으며 교정하지 않을 시 두개골 변형 뿐만 아니라 안면골과 귀의 비대칭 및 사시까지 유발할 수 있다는 보고와 함께 자세성 사두증에 대한 적극적 치료가 제안되고 있다. 현재까지 자세성 사두증의 비침습적 치료의 하나로 경성두개골보조기가 도입되어 효과가 입증되고 있으나 영아에게 경성두개골보조기는 무겁고 질감이 딱딱하여 환아에게 지속적으로 착용시키기 힘들다는 단점이 있다. 이러한 경성두개골보조기의 단점을 보완하기 위해 좀 더 부드러운 재질을 이용한 연성두개골보조기를 고안하여 동물 실험을 통해 연성두개골보조기에 의한 두개골 변형의 효과와 두개강 용적 변화에 대해 연구하였다. 대상 및 방법: 새로이 고안한 연성두개골보조기를 생후 1주된 비글 14마리에게 착용시켜 7주간 대조군과 비교 관찰하였다. 두개골보조기는 좌우 직경보다 전후 직경을 크게 제작하여 1주마다 교체하였으며 두개골 각 부위의 성장 지표로 매주 최대두개길이, 최대두개너비, 두위 및 이두개높이를 측정하였다. 또한 상기 계측치를 이용하여 계산한 두개강 용적 성장 곡선의 양상을 분석하고 대조군과 비교함으로써 연성두개골보조기가 각 부위의 두개골 성장에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 연구하였다. 마지막 7주째 뇌전산화단층촬영 및 뇌자기공명영상촬영을 시행하여 변화된 두개골의 입체적 영상 및 두개강내 뇌구조의 손상 여부를 확인하였으며 부검을 통해 조직학적인 이상 유무를 확인하였다. 결과: 연성두개골보조기를 착용한 모든 실험 대상에서 착용 2주 후부터 두개골보조기 형태에 따른 두개골 변성이 시작되었고 실험 7주 후 보조기의 형태와 유사한 장두(dolichocephalic)의 두개골 형상으로 변형된 것을 확인할 수 있었다(p<0.05). 반면 실험군의 두개강 용적은 두개골 변형에도 불구하고 대조군과 통계학적으로 유의한 차이가 없이 연속적으로 성장하였으며 (p>0.05) 기능적, 해부학적 측면에서도 두 집단 간의 차이는 없었다. 결론: 경성두개골보조기가 아닌 연성두개골보조기만으로도 기능적 장애나 뇌실질의 해부학적 변성 없이 두개골 변형을 유도할 수 있음을 확인하였고 이러한 두개골 형태 변화는 두개강 용적의 성장에 제한을 주지 않음을 알 수 있었다.