Free running EMG vs Stimulated EMG - 수술 중 근전도 감시 (2)

Free running EMG (spontaneous EMG) vs Stimulated EMG (triggered EMG)

 

 

1) Free running EMG

Free running EMG는 한글로 번역하자면 자유진행근전도 혹은 자발근전도 정도로 해석하면 될 것 같습니다. 쉽게 설명하면 외래 근전도 검사실에서 하는 근전도와 비슷한데 근육에 바늘만 꽂아 놓고 화면상에 흘러가는 EMG를 계속 보는 것과 같습니다. 이런 원리로 수술 중에 뇌신경이나 척수 신경을 검사하는 목적으로 사용되고 그러기 위해서 기본적으로 뇌신경이 어떤 근육을 지배하는지 척수신경의 위치에 따라 어떤 근육이 몇 번 척수신경에 의해 지배되는지 기본적으로 숙지하고 있어야 합니다.

뇌신경 감시에서 전극 설치 위치

 

Free running EMG는 근육이 지배하는 뇌신경이나 척수신경이 수술 중에 자극을 받거나 당겨지거나(stretch) 압박을 받으면 이에 대해 반응이 나타납니다. 그리고 근전도에서는 다양한 패턴으로 EMG의 양상이 나타날 수 있는데 motor unit potential (MUAP), Neurotonic discharge, Artifactual activity의 형태를 볼 수 있습니다.

 

 

MUAP는 환자에게 충분한 근이완이 되지 않은 상태 즉, 거의 깨어있는 상태에서 나타나는 자발전위로 척수 전각세포의 반사가 활성화될 때 나타나는 패턴으로 수의적인 근육의 발화(firing of muscle) 이후 근이완이 충분하지 않은 상태로 추가적인 근이완제를 투여해야 하는 상황입니다(정상).

 

Spike 형태의 EMG 패턴은 검사화면상에 마치 EKG와 비슷한 형태로 간헐적으로 측정되며  한 개 혹은 몇 개의 운동단위가 불규칙적으로 활성화되어 나타나는 패턴으로 운동단위가 활성화된다는 것은 수술 조작에 의해 건드려졌다는 걸 의미합니다. 2mv 이하의 진폭을 갖고 이상성 혹은 삼상성의 파형으로 임상적으로는 신경학적 손상이 없는 상태입니다(정상). 

 

Bursts EMG 패턴은 여러 운동단위(motor unit)의 불규칙한 활동으로 spike EMG가 여러 개 모여있는 형태로 반복적이지 않지만 다상성(polyphasic) 형태의 전위로 5mv 이상의 진폭을 갖고 수술에 의해 신경이 한 번씩 자극될 때 나타날 수 있습니다. 미세혈관 감압술에서는 teflon을 삽입하는 과정에서 facial nerve가 일시적으로 자극되어 나타날 수 있고, spinal nerve root 가 자극될 때에도 간헐적으로 나타날 수 있습니다. 파형의 진폭이 크고 자주 나타날 때는 문제가 있지만 일반적으로 nerve function에 영향을 주지는 않습니다(정상).

 

Train EMG 패턴은 여러 운동단위의 지속적이고 주기적인 활동을 나타내는데 몇 초에서 길게는 몇 분까지 나타날 수 있습니다(neurotonic discharge). 이 반응의 시간이 길수록 신경에 자극이 많이 가는 것을 의미하고 10초 이상 길어질 경우는 신경학적으로 손상이 왔음을 의미합니다. 다양한 형태의 train 패턴이 존재하고 반복적으로 나타나며 신경이 견인(traction)되거나 압박을 받거나 직접적인 손상을 받으면 나타납니다(비정상). 링거용액의 관류(irrigation) 같은 것으로 인해 나타날 수 있습니다.

 

 

 

① A Train 

갑자기 발생하는 사인모양의 패턴으로 60~210Hz의 고빈도이며 저진폭(high frequency low amplitude)으로 짧은 지속기간(short duration)을 갖지만 이런 반응이 10초 이상 지속되거나 반복적으로 나타날 경우 경우 신경학적 손상이 올 수 있습니다. CPA tumor나 MVD와 같은 facial nerve를 포함하는 수술에서는 86%의 민감도와 89%의 특이도를 보입니다.

 

② B Train

spike와 같은 단일성분으로 구성된 파형이 규칙적이거나 혹은 불규칙적인 패턴으로 나타나는 양상을 보입니다. 파형 간 최대 간격은 500 msec으로 나타날 수 있으며 병태생리학적 기전이 아직 명확하게 밝혀지지 않았습니다. nerve function에는 영향을 주지 않는다고 알려져 있습니다.

 

③ C Train

지속적이고 불규칙한 고빈도 고반복(high frequency high amplitude)의 패턴으로 신경에 직접적인 손상이 발생할 때 나타납니다. 이런 파형이 나타난다면 즉시 알려 중재가 필요한 상황입니다. 

 

Artifactual activity

 

Artifactual activity

EMG monitoring을 함에 있어 방해요소로 다양한 artifact들이 존재하는데 전기소작기(electrical cautery), 전극의 움직임(electrode movement), 말초신경자극기(peripheral nerve stimulator), CUSA(cavitron ultrasonic surgical aspirator), 드릴 등의 사용으로 EMG반응과 혼동을 줄 수 있는 성분들이 혼입 될 수 있습니다.

 

free running  EMG는 설치가 쉽고 train반응이 나타나면 집도의에게 즉시 알려 중재가 가능하지만 신호에 대한 해석이 어려워 위양성과 위음성이 혼재하고, 신경이 손상되거나 절단되었으나 반응이 없는 electrical silence가 존재할 수 있습니다. 민감도는 높으나 특이도가 낮고 경고기준이 명확하지 않은 단점이 있습니다. 특히 C train의 경우 실제로 신경손상이 발생했을 때 TceMEP나 Facial MEP, SSEP의 변화가 동반될 수 있으므로 반드시 함께 파형 변화의 유무를 체크해야 합니다. 

 

2) Stimulated EMG( triggered EMG)

Free running EMG는 근육에 바늘전극을 꽂아 놓은 상태에서 나타나는 자발적인 전위로 신경을 검사하는데 이와 더불어 신경 주변이나 신경을 전기로 자극하는 방법으로 검사하는 것이 stimulated EMG입니다. 이름이 참 다양한데 stimulated EMG, triggered EMG, direct nerve stimulation (DNS) 모두 같은 의미입니다. 

stimulated EMG - facial nerve activation

stimulated EMG - trigeminal nerve activation

 

CPA tumor 수술에서 수술부위 주변의 종양이나 다른 구조물들로 인해 신경의 위치를 확인하기 어려운 경우 우선 강한 자극(5~10 volt)으로 신경으로 의심되는 부분을 전기자극하여 신경의 주행경로를 파악할 수 있고 이후에는 종양을 조금씩 제거하며 자극의 세기도 점점 낮춰(0.5~1 volt) 신경과 종양의 거리를 예상하며 수술할 수 있습니다. 또한 신경의 proximal과 distal을 자극해 CMAP를 측정해 신경의 기능을 평가할 수도 있습니다. 이 전기자극은 2~3 Hz의 current 또는 constant voltage자극을 통해 신경이 탈분극 되며 CMAP를 만들어 냅니다.

 

수술 부위에 단극성 자극기(monopolar stimulator)를 이용해 자극하는 경우 위양성 반응을 고려해야 하는데 주변 조직을 통한 전류의 volume conduction으로 청신경(vestibualr nerve)이나 internal auditory cannal (IAC)을 자극하였는데 안면신경에서 CMAP이 나타나는 경우로 이런 것을 current jump라고 합니다. 이런 경우에는 자극을 더 낮추거나 양극성자극기(bipolar stimulator)를 이용해야 합니다. 단극성 자극기는 전류의 발생 부위가 한 곳에서 시작되어 좀 더 넓은 부분이 자극되고 양극성 자극기는 양극 간의 자극점 사이에서 전류가 통하기 때문에 좀 더 국소적인 부위를 자극할 때 사용합니다. 이런 특성 때문에 단극성 자극기는 신경구조물의 위치를 확인할 때 주로 사용되고, 양극성 자극기는 신경의 정확한 위치와 신경이 아닌 부분을 식별하는데 좋다고 알려 있으나 일반적으로 단극성 자극기를 사용합니다. 

또한 자극하려는 부분에 혈액이나 뇌척수액이 있는 경우 자극해도 CMAP이 기록되지 않는 current shunting 현상이 발생해서 위음성이 발생할 수 있는 부분도 고려해야 합니다. 이런 경우 shunting 현상을 방지하기 위해 혈액이나 뇌척수액등을 suction으로 제거해야 합니다. 

 

위의 첫 번째 사진을 보면 전기로 신경 주변을 자극했을 때 삼차신경과 연결된 masseter, 안면신경인 oculi, oris, mentalis, 설하신경인 tongue에서 CMAP가 모두 관찰되나 CMAP의 진폭의 크기가 안면신경에서 가장 크게 관찰되므로 이럴 때는 안면신경이 자극을 받은 것입니다. 

두 번째 사진을 보면 마찬가지로 전기로 자극했을 때 이번에는 삼차신경이 자극을 받은 것으로 삼차신경이 지배하는 temporalis, masseter에서 CMAP가 우세하게 측정되는 것을 볼 수 있습니다.   

 

척추 수술에서는 척수신경을 절단하거나 확인할 목적으로 ventral root의 운동신경을 자극하면 이에 해당하는 근육에서 CMAP를 측정할 수 있고, conus medullaris 아래의 척수 신경에서는 자극에 반응이 없는 sensory nerve와 자극에 반응이 있는 motor nerve를 CMAP를 통해 구분할 수 있어 유용하게 이용됩니다. 뿐만 아니라 척추경 나사못을 척추체(vertebral body)에 고정하는 척추고정술을 시행할 때 나사못이 잘 못 삽입되어 신경근 손상을 발생시킬 수 있는데 이를 방지하기 위해 나사못을 자극하거나 나사못을 박기 위해 뚫어둔 구멍을 직접 자극해 5~7mA의 자극에서도 반응이 나오면 나사못이 잘못 위치해 있음을 의미합니다. 0mA부터 시작해 0.5~1mA 씩 자극을 올려가며 반응을 관찰하는데 이런 방법으로 하면 시간이 오래 걸리는 단점이 있습니다. 

Threshold values indicating the likelihood of pedicle screw malpositioning