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Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery > Volume 43(1); 2000 > Article
Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 2000;43(1): 58-63.
Usefulness of Brain Protection and Compressed Spectral Array Monitoring in Carotid Artery Surgery.
Eun Chang Choi, Dong Young Kim, Sun Ho Kim, Hae Dong Yang
1Department of Otorhinolaryngology, Yonsei University College of Medicine, Seoul, Korea.
2Department of Neurosurgery, Yonsei University College of Medicine, Seoul, Korea.
경동맥 수술 중 뇌보호와 압축 스펙트럼 정렬 (Compressed Spectral Array) 뇌파검사의 유용성
최은창1 · 김동영1 · 김선호2 · 양해동1
연세대학교 의과대학 이비인후과학교실1;신경외과학교실2;
주제어: 경동맥 수술뇌보호Compressed spectral array.
ABSTRACT
BACKGROUND AND OBJECTIVES:
Detection and prevention of cerebral ischemia are some of the most important aspects in the surgical manipulation of the carotid artery. During the last several decades, various methods including analog EEG had been tried, but none of them proved to be satisfactory.
MATERIALS AND METHODS:
A new intraoperative EEG monitoring technique with compressed spectral array (CSA) monitoring was applied. With brain protection, patient's EEG was continuously monitored before and after carotid clamping.
RESULTS:
Each case of carotid endarterectomy, rupture of carotid and innominate artery, and carotid artery resection with vein graft was successfully managed without any neurological complication during and after the surgery. Average carotid clamping time was 59 minutes. Neither carotid bypass nor shunt was used in any cases.
CONCLUSION:
EEG monitoring with CSA technique was easy to read, easily applicable in the operating room, convenient to compare data before and after the carotid clamping, and it showed data continuously for 9-18 minutes on a window. This technique was also very useful in emergency carotid surgery cases where no preoperative information about cerebral circulation were available.
Keywords: Carotid surgeryBrain protectionCompressed spectral array monitoring

서     론

 

   두경부외과 영역에서 경동맥에 대한 수술적 처치가 필요한 경우는 드물지 않다. 두경부암의 전이 림프절이 경동맥을 침습하여 경동맥의 절제가 필요한 경우도 있으며, 경동맥이 방사선치료와 인두피부루, 수술 등에 의하여 손상되어 응급으로 지혈 혹은 결찰하여야 하는 경우도 있고 최근 식생활의 변화에 따라 경동맥의 죽상경화증이 증가하는 등 경동맥 질환을 대할 경우가 있다. 경동맥에 대한 처치는 무엇보다 안전한 술식이 되어야 하며 특히 뇌허혈에 의한 반신마비 등의 신경학적 합병증을 가능한 한 피하여야 한다. 왜냐하면 경동맥이 침습할 정도의 두경부암 환자에서는 대부분 여명이 얼마 남지 않은 경우가 많은데 이 여명을 수술 후 합병증인 반신불수로 보내는 것은 모두에게 불행한 일이기 때문이다.
   이와 같은 합병증을 피하고자 과거로부터 경동맥의 수술 전 혹은 수술 도중 뇌의 혈류 상태를 알기 위하여 여러 가지 방법의 검사를 시도하여 왔다. 수술 전에 시행하는 검사로는 경동맥의 혈관조영술, balloon occlusion test(BOT) 등이 있으나 두 방법 모두 완전한 방법은 아니며 몇 가지 제한점이 있다고 사료된다. 혈관조영술은 윌리스 환의 해부학적 상태를 보는 것이지만 혈류를 직접 측정하는 방법이 아니므로 어떤 환자에서 신경학적 증상이 발생하는 지 예측할 수 없는 치명적인 단점이 있다.1) BOT는 일반적으로 많이 사용되며 국소마취 하에서 경동맥을 풍선으로 막고 색전동안에 환자의 신경학적 증상 발생 유무 혹은 뇌파검사를 하는 방법이다. Bland 등2)은 국소마취 하에 경동맥 색전검사를 통과하였던 환자에서 전신마취에 의한 수술 후 반신마비가 왔음을 보고 한 바 있어 색전검사에 음성이라 하여 완전히 믿을 수 있는 방법은 아니라고 하였다. 수술 중에 할 수 있는 검사로는 뇌파검사, 동맥 단단압의 측정 등이 있다. 동맥의 단단압은 뇌관류(cerebral collateral circulation)의 상태를 가장 잘 알 수 있는 방법이지만 술 전에 할 수 없고 반드시 경동맥을 노출해야 하며 단단압을 지속적으로 감시하기 어려운 단점이 있다. 뇌파검사는 경동맥의 수술 중 보편적으로 사용되고 있는 환자의 감시 방법이나 뇌파검사에 전문적인 신경과의사가 수술실에 상주해야 하고 검사의 출력 자료가 방대하여 손쉽게 읽기가 쉽지 않아서 현실적으로 수술실에서 사용하기에는 많은 제한점이 있다. 따라서 경동맥의 수술 시에 환자의 뇌허혈을 감시할 수 있는 방법으로 보다 쉽고 편리한 방법이 요구된다고 하겠다.
   저자들은 최근 압축 스펙트럼 정렬(Compressed Spectral Array, CSA) 감시장치를 이용하여 경동맥의 수술 도중 환자를 효과적으로 감시하였고 뇌보호 방법으로 마취하여 신경학적 합병증 없이 치료한 바 있기에 이 방법의 임상적 유용성을 검토하고자 하였다.

대상 및 방법

   1999년 세브란스병원 이비인후과에서 경동맥에 대한 수술적 치료하였던 예 중 CSA 감시장치를 사용하여 수술 중 뇌 상태를 감시하였던 3예를 대상으로 하였다. 2예는 남자이었으며 1예는 여자이었다. 각 환자에서 행한 경동맥의 수술은 1예에서는 경동맥의 죽상경화증으로 경동맥 내막절제술을 하였으며, 1예에서는 5년 전 성문상암으로 후두전절제술과 양측의 경부곽청술을 받은 후 기공의 협착으로 기공성형술 도중 경동맥의 기시부와 무명동맥이 파열되어 동맥의 응급 봉합술을 시행한 예이었으며, 1예는 2년 전 타 병원에서 후두암으로 후두전절제술을 받은 후 경부 재발하여 구제적 광범위 경부곽청술과 함께 경동맥의 절제 및 정맥이식을 하였던 예이었다.
마취는 모두 기관 혹은 기공을 통하여 전신마취를 하였으며 수술 중 이산화탄소 분압은 35에서 40 torr로 유지하였고 경동맥을 결찰하는 동안은 phenylephrine을 사용하여 수축기 혈압을 평상시보다 20% 올리는 유도 고혈압을 시행하였다. 응급수술을 하였던 1예를 제외하고는 경도의 저체온법 (mild hypothermia)을 사용하여 체온이 33도가 되도록 하였다. 경동맥 임시 겸자 중 뇌보호 방법으로 1,000 mg의 thiopental을 사용하여 뇌파의 burst suppression을 유도하였다.
   수술 중에 환자의 감시방법으로는 본원 뇌연구소에서 1994년에 독자 개발한 CSA 방식의 뇌허혈 감시장치를 사용하였다. 이 장치는 퍼스널 컴퓨터를 이용하여 뇌혈류의 변화에 따른 뇌파의 변화를 디지털화하고 이를 정량화 하여 뇌파의 이상을 손쉽게 발견할 수 있는 방법을 사용하고 있다. 감시장치는 기본적인 10∼20채널의 standard EEG 시스템 중 8채널(F3, F4, C3, C4, T3, T4, P3, P4)에서 두피부의 EEG 신호를 얻을 수 있으며 좌,우 양쪽에 각각 2채널에서 뇌파를 수집할 수 있다. 마취를 한 다음 양극성 원판 뇌파 전극을 전두부, 측두부, 두정부 및 후두부에 콜로디온(collodion)을 이용하여 부착하였고, 접지를 위하여 환자의 이마부위에 전극을 부착하였다(Fig. 1). 전극은 증폭기로 연결되어 수집된 뇌파신호를 증폭시키며, 동시에 필터를 통하여 잡신호가 제거된다. 증폭된 뇌파신호는 아날로그-디지털 변환장치가 장착된 퍼스널 컴퓨터 또는 노트북 컴퓨터 내에서 디지털화가 되고, Fourier 분석을 통하여 주파수별 크기를 나타내는 스펙트럼을 형성하게 된다. 감시장치의 화면구성은 뇌파의 각 채널에 있어서 스펙트럼을 형성한 뇌파신호에 대하여 4초구간(epoch)동안의 자료를 압축한 다음 가로축은 주파수 대역을, 세로축으로는 주파수별 크기를 나타내는 CSA를 한 화면에 135 frame을 표시할 수 있도록 하여 약 9분간의 뇌파신호를 한 화면에서 볼 수 있다(Fig. 2). 판독은 각 채널에서 amplitude와 주파수 밴드의 변화 또는 좌, 우의 크기 비교 등으로 뇌혈류 상태를 실시간으로 파악할 수 있다. Fig 2는 죽상 경화증으로 경동맥 내막절제술을 하였던 예에서의 감시장치 화면을 편집한 것으로 좌측의 파형은 두 채널에서 주파수별 크기를 보여주는 CSA를, 우측은 에너지의 크기를 그 크기에 대응하는 칼라로 변환한 color density(CD) CSA를 보여준다. CD CSA는 보다 장기간의 변화를 관찰하기 용이하였다. 환자의 상태는 경동맥의 임시 겸자 동안 CSA의 판독에 대하여 훈련을 받은 마취과 의사가 지속적으로 감시하였다.
  경동맥의 수술 후에는 마취에서 깰 때까지 기관 삽관을 유지하고 혈압은 150~160mmHg 이하로 조절하였다. 환자는 수술이 종료된 후 중환자실에서 24~48시간 동안 관찰하였고 아스피린을 하루 1회 100 mg을 영구적으로 투여하도록 하였다.

결     과


   수술 중 경동맥 임시 겸자 시간은 40분, 47분, 90분이었으며 평균 59분이었다. 3예 모두 경동맥의 임시 겸자 시간 동안 bypass는 사용하지 않았다. CSA 감시장치에서 임시 겸자를 전후하여 뇌파의 이상 소견이 발견되었던 예는 없었으며 수술 후에도 이 소견은 일치하여 3예 모두 특별한 신경학적 합병증 없이 치료할 수 있었다. 수술 후 6-7일째 확인한 혈관조영술상 3예 모두 경동맥의 혈류는 원활하였다.

수술소견


   죽상경화증으로 경동맥 내막절제술을 하였던 예는 술전 외측 경동맥 부위를 누르면 우측의 상, 하지에 weakness가 생기며 수 초 후 의식이 가물거린다고 하여 내원하였다. 술전 경동맥조영술 상 내경동맥의 내경이 좁아진 소견을 보였다(Fig. 3). 수술 시의 경동맥 소견은 총경동맥의 분지에서부터 내경동맥의 외막이 정상보다 단단하며 노란 색을 띄고 있었다. 이 부위는 경동맥조영술상 좁아진 부위와 일치하였다. 내경동맥, 외경동맥, 총경동맥의 순서로 임시 겸자하고 혈관을 절개하여 3 cm의 죽상판을 박리 제거한 후 tacking suture를 하여 dissecting aneurysm을 방지하고 혈관 벽을 봉합하였다. 수술 후 술전에 있었던 신경학적 증상은 소실되었다.
   기공성형술시 경동맥과 무명동맥이 파열되었던 예는 5년 전 후두전절제술을 받은 후 방사선치료를 받았던 예이었다. 1년 전부터 좁아지기 시작한 기공을 넓히기 위하여 기공 주위의 피부를 사방으로 절개하고 피판을 박리한 다음 기관의 전 벽을 박리하는 도중 비정상적으로 상부로 견인된 내경동맥과 무명동맥이 관찰되었다. 기관을 조심스럽게 혈관과 박리하였으나 혈관 벽이 쉽게 파열(fracture) 되면서 대량의 출혈이 되었다. 손가락으로 지혈이 불가능하여 팩킹으로 출혈을 막았다. 미리 계획된 경동맥 마취가 아니었으므로 저체온법을 사용할 수 없었다. 파열부위를 통하여 총경동맥의 원위부에서 측정한 단단압(back pressure)은 55 mmHg이었다. Thiopental에 의한 뇌보호를 시작하였으며 CSA monitoring을 장치하고 뇌의 허혈 상태를 감시하였다. 무명동맥과 총경동맥 및 쇄골하동맥을 임시 겸자하고 혈관을 관찰한 결과 총경동맥의 기시부에 혈관 벽의 손실과 함께 쇄골하동맥, 총경동맥의 죽상경화증이 관찰되었다. 죽상판을 한 덩어리로 박리하여 절제하였으며 정맥이식 없이 6-0 Prolene으로 봉합하였다. 수술 시 1 pint의 수혈이 필요하였다. 기공의 성형술은 계획대로 시행하였다. 술후 혈관조영술상 총경동맥의 기시부의 협착이 있으나 내경동맥의 혈류는 원활하였고(Fig. 4) 색전의 방지를 위하여 아스피린을 상복하게 하였다.
   경동맥을 절제하고 정맥을 이식하였던 예는 구제수술 예로 후두전절제술과 술후 방사선치료 후 2년이 지나 우측 level II 림프절에 재발한 예이었다. 림프절은 매우 단단하고 고정되어 있었으며 경동맥과의 박리가 불가능하였다. 경부곽청술과 함께 경동맥을 절제하기로 하고 내경동맥의 원위부에서 동맥과 이식정맥을 접합할 수 있도록 뇌기저부를 노출하였다. 시야를 충분히 노출할 수 있도록 악이복근과 경상돌기(styloid process)에 붙는 근육을 절제하였다. 총경동맥의 근위부는 시야에 제한이 없었다. 경부곽청술을 경동맥 유착부위를 제외한 곳을 완료하여 시료를 경동맥에만 연결되도록 하였다. 그 동안 동측의 saphenous vein을 수확하였다. 시료를 붙여 놓은 상태에서 외경동맥은 결찰하고 총경동맥과 내경동맥을 임시 겸자한 후 CSA를 15분간 관찰하였다. 이상이 없음을 확인한 후 지속적인 감시 하에 경동맥을 자른 다음 정맥을 이식하였다(Fig. 5). 혈관의 재건이 완료된 다음 시료를 함께 일괴로 절제하였다. 술후 시행한 혈관조영술상 총경동맥과 내경동맥의 정맥이식 부위는 협착 없이 혈류가 원활함을 관찰하였다(Fig. 6).

고     찰


   두경부 영역에서 경동맥에 대한 수술적 처치가 필요한 경우는 전이 림프절에 의한 혈관의 침습 이외에도 경동맥 출혈, 경동맥의 죽상경화증 등 여러 경우가 있다. 이때 가능한 한 반드시 피해야 할 합병증은 뇌허혈 현상이다. 뇌허혈 현상은 반신마비로 환자를 평생 불구로 만들거나 심한 경우 사망에까지 이르게 하기 때문이다.
   과거로부터 수술 전과 수술 중에 뇌혈류 순환 상태를 측정하려는 노력은 꾸준히 지속되어 왔다. 술전에 시행하는 방법으로는 뇌동맥과 경동맥의 혈관조영술과 함께 풍선을 이용한 경동맥의 색전검사가 흔히 이용되고 있다.1) 이 방법은 경동맥을 풍선으로 일시적으로 막는 동안 환자의 신경학적 증상의 발생 유무를 관찰하는 방법이다. 대개 15~20분 동안 관찰하여 환자의 운동, 지능 능력에 이상이 없는 경우 뇌혈류측정검사를 하는데 Xenon 동위원소를 이용한 뇌혈류 측정 혹은 SPECT(single photon emmission computed tomography)로 할 수 있다. 색전 검사의 단점은 반대편에서 오는 뇌혈류의 비율을 정확히 예측하기 어렵다는데 있다. 즉 색전검사에 아무 증상이 나타나지 않아도 뇌혈류의 양은 20~80%의 범위로 나타난다고 하여 검사를 완전히 신뢰할 수는 없다고 보고하고 있다.3) 저자도 경동맥 파열이 임박한 절제불능 암환자에서 색전검사에서 별 이상이 없어 풍선을 이용한 경동맥 색전을 시행하였는데 1달 동안 별 문제없이 지내다 승강기 탑승 중 실신, 사망한 예를 경험한 바 있어 색전검사의 안전성에 의문을 갖고 있다.4) 또한 뇌혈류를 측정하는 장비들은 고가이며 보편적으로 사용할 수 없는 단점이 있다. 술전 검사방법들의 공통적인 단점은 저자들의 응급수술 예에서와 같이 술전에 검사를 하지 않았던 예에서는 수술 중 뇌혈류에 대한 정보를 전혀 얻을 수 없으며 수술 중에는 검사가 불가능하므로 순간순간 변하는 뇌혈류를 측정할 수 없는 단점이 있다고 하겠다.
   그러므로 술전의 검사와 함께 수술 중에도 뇌허혈 상태를 감지할 수 있는 방법이 필요한 데 이 목적으로 아날로그 뇌파검사, 경동맥 단단압의 측정방법 등이 사용되고 있다.5) 단단압의 측정은 반대편에서 오는 혈류의 양을 알 수 있는 가장 신뢰도가 높은 검사이며 이론적으로는 측정한 압력으로 경동맥을 안전하게 결찰할 수 있는 역치를 예상할 수 있어야 하지만 불행하게도 이 예측은 수술 후 perfusion pressure의 변동이 있기 때문에 전적으로 믿을 수는 없으며 수술 중에 지속적으로 압력을 측정할 수는 없으므로 지속적인 감시가 어려운 것이 단점이다.1) 수술 중에 지속적으로 환자의 상태를 감시하는 방법으로 뇌파검사가 사용되어 왔으며 그 유용성은 증명되어 있다.6-11) 하지만 국내에서는 장비와 인원의 제한으로 인하여 보편적으로 사용되고 있지는 못하다.5) 기존의 아날로그 뇌파검사가 가지는 제한점은 장비가 커서 수술실에 미리 준비되어 있지 않으면 신속한 이동과 설치에 불편이 있을 뿐 아니라 무엇보다도 뇌파검사의 판독에 숙련된 신경과의사가 긴 수술시간동안 상주해 있어야 한다. 또 수백 페이지에 달하는 자료를 실시간으로 검사하기 어려울 뿐 아니라 경동맥의 임시 겸자를 전후하여 뇌파검사 데이터를 비교 분석하기 매우 어렵다. 이러한 단점을 해결하고자 수년 전부터 개인용 컴퓨터를 이용하여 아날로그 뇌파검사를 디지털로 바꾸려는 노력이 있어 왔으며 최근에는 몇몇 외국회사가 디지털 뇌파검사기를 시판하고 있다.
   저자들이 사용한 CSA 감시장치는 저자가 속한 기관의 뇌연구소에서 독자 개발한 장치로 이미 그 원리, 구성과 재원 등을 보고한 바 있다.5) 기존의 디지털 뇌파검사기는 한 화면에 1초 이상의 데이터를 기록하게 되면 판독이 불가능하여 한 화면에 1초의 데이터만을 볼 수 있는데 비하여 저자들이 사용한 장치는 epoch의 선택에 따라 trend mode의 기록이 가능한 것이 큰 장점으로 9~18분의 데이터를 연속적으로 볼 수 있어 시간에 따라 변화하는 환자의 상태를 감시하기에 훨씬 용이함을 경험하였다. 즉 경동맥의 임시 겸자 전후 혹은 결찰 도중에 환자의 상태를 한 눈에 관찰할 수 있어 매우 편리하였다. 그 뿐 아니라 장치의 부피가 작아 이동이 용이하였으며 판독이 쉬워서 신경과의사가 필요하지 않았다. 수술 중 뇌파검사의 공통적인 장점이겠으나 또 하나의 장점은 저자들의 응급수술 예에서와 같이 뇌혈류 및 경동맥에 대한 아무런 사전 검사가 없는 경우에도 유용하게 쓸 수 있다는 점이다. 수술 중 검사방법이 없으면 뇌허혈에 의한 합병증에 대하여 속수무책으로 요행을 바라는 수밖에는 없으나 이 경우 바로 뇌파검사를 장치하여 경동맥 임시 겸자 전후의 상태를 감시함으로 안전하게 경동맥과 무명동맥을 봉합할 수 있었다.
   저자들의 예에서 발견할 수 있었던 수술 중 감시장치의 장점 중 하나는 bypass를 하지 않고 경동맥에 대한 처치를 할 수 있었던 점이다. 특히 경동맥 단단압이 55 mmHg이었던 응급수술 예는 원칙적으로는 bypass를 해야 하는 예이었지만 10분 동안의 임시 겸자에서 뇌파의 이상이 관찰되지 않았으므로 bypass 없이 봉합하여 이에 필요한 시간을 단축할 수 있었다. Bypass 없이 경동맥에 대한 처치를 할 수 있는 것은 시간을 절약할 수 있는 점 이외에도 경동맥에 bypass를 위한 절개가 필요치 않으므로 죽상판을 제거한 후 얇아져 있는 혈관 벽을 불필요하게 열 필요가 없으며 정맥이식을 하는 경우에도 bypass가 없는 편의 봉합이 수월하다.
   경동맥의 처치에 있어서 40분 이상 bypass 없이 수술을 할 수 있으려면 효과적인 뇌혈류의 감시장치도 필요하지만 이를 위한 마취 방법 또한 중요하다.12) 경동맥 수술을 위한 마취에서는 심장과 뇌의 보호가 무엇보다 중요하다. 뇌혈류는 혈류의 압력과 뇌혈관 저항에 의하여 조절되나 경동맥 임시 겸자 시에는 자동 조절되지 않으며 평균 동맥압과 뇌관류압에 의하여 영향을 받는다.12) 그러므로 경동맥 겸자 시에는 phenylephrine을 이용하여 유도고혈압을 유지한다. 유도고혈압과 함께 뇌의 대사 산소 요구 량을 줄이기 위하여 thiopental을 투여하는데 이 약제가 평균 동맥압과 혈압을 떨어뜨리므로 신중히 약제를 투여해야 하며 전문적인 마취를 요한다. 응급수술을 제외한 2예에서 경동맥 임시 겸자를 풀 때까지 체온을 33도의 경도 저체온을 유지하였다. 이는 thiopental에 의한 뇌파억압은 전체 뇌대사 산소요구량의 60%인 뇌기능에 관련된 부분만 억제하지만 저체온을 유도하면 세포의 기본적 생존에 필요한 대사량도 감소시킬 수 있다. 그러므로 경동맥에 대한 처치가 필요하고 뇌허혈의 합병증이 예상되는 경우에는 저체온을 유도하는 것이 효과적인 마취방법이다.

결     론


   저자들은 경동맥 내막절제술 1예, 경동맥 절제 및 정맥이식 1예의 예정 수술과 경동맥 및 무명동맥파열 1예의 응급수술에서 경도저체온법과 thiopental 에 의하여 뇌를 보호하고 압축 스펙트럼 정렬(CSA) 감시 방법으로 경동맥 임시 겸자 동안 환자의 뇌 상태를 지속적으로 감시하여 3예 모두에서 bypass 없이 평균 59분 동안 수술 후 신경학적 합병증 없이 치료하였다. CSA 방법의 수술 중 뇌파검사 방법은 간편하고 쉽게 판독할 수 있으며 지속적으로 환자의 상태를 감시할 수 있는 유용한 방법이었으며 뇌혈관에 대한 검사가 없었던 응급수술의 경우에도 사용할 수 있는 방법임을 경험하였다. 향후 경동맥 수술의 술전 검사로 경동맥 색전 검사를 생략하고 CSA로 대체할 수 있는 지 여부와 CSA로 신경학적 합병증을 예측할 수 있는 역치를 도출하기 위하여 보다 많은 증예의 경험이 필요하다고 사료된다.


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