* 제1저자
** 교신저자(leeshu@knu.ac.kr)
인공와우 이식 수술 중 확인한 비정상 전극 저항 1례
허 승 덕*(대구대학교 언어치료학과 교수)
이 상 흔**(대구가톨릭대학교 이비인후과학교실 교수)
<요 약>
연구목적: 인공와우 수술 과정에서는 생체 이물, 구조상 변형 등의 문제가 생길 수 있다. 생체 이물은 뼈 가 루, 혈액, 조직 등이 있으며, 전극의 접점을 차단하기도 한다. 변형은 전극 틀의 뒤틀림, 구부러짐, 꺽임 등이 있으며, 전류 흐름을 왜곡시키기도 한다. 접점이 차단되거나 전류 흐름이 왜곡되면, 와우축으로 향하는 전류 전도효율과 주파수 분해능을 낮아지게 하여 전반적인 수행력을 저하시킨다. 시행한 전극-조직 간 저항(이하 저항)을 수술 중 시행하면, 전극 틀의 삽입 상태를 예측하는데 도움이 된다. 이 연구 목적은 수술 중 저항이 높은 전극의 재삽입 결정에 대해 알아보는데 있다. 연구방법: 연구 대상은 고도 이상의 후천성 난청으로 인 공와우(MedEl Synchrony, Flex 28)를 왼쪽으로 이식한 여자 1명(60세)이었다. 연구는 impedance 결과를 후 향적으로 분석하였다. 연구결과: 연구 결과, 저항은 2, 3, 4, 5번 채널에서 22.8, 22.7, 22.9, 22.8 ㏀ 이상, 나머지 채널에서 1.48-5.32 ㏀ 범위로 관찰되었다. 결론: 결론적으로, 저항이 높은 전극의 재삽입 결정은 와 우의 해부학적 구조와 수술 중 특이 사항 등을 함께 고려하는 것이 필요하다.
<주제어> 인공와우, 수술 중 감시, 전극-조직 간 저항
Ⅰ. 서 론
인공와우는 수술로 전극을 삽입하여 청신경 말단을 전기로 자극하는 이식형 증폭장치 중 하나이 다. 와우 내부 전극의 접점은 중앙의 와우축(modiolus) 신경을 향해 바르게 삽입해야 하며, 접점의 위치는 인공와우 청각언어재활 수행력에 영향을 주는 주요 요인 중 하나이다. 전극의 접점이 바르 게 위치하면 전기 전도 효율이 높아지고(Giardina et al., 2018), 소리 높낮이 인식 능력이 향상된 다(Ramos Macias et al., 2017). 또 접점과 신경회로망(electrode-neural interface)에서 자극 전류 의 채널간 간섭이 낮아져서(Jones et al., 2013) 미세(cochlear microenvironment) 자극에 의한 이 득으로 주파수 분해능이 개선되며 청력 보존에도 영향을 줄 수 있다(Thompson et al., 2020).
전극의 전도 효율은 전류가 전극의 접점에서 와우축으로 원활하게 흐르는 것으로 설명할 수 있 으며, 이는 전극-조직 간 저항(electrode-to-tissue impedance, 이하 저항)을 통해 확인할 수 있다.
일반적으로 저항은 10 ㏀ 이내로 관찰되지만(Cheng et al., 2018; Helmstaedter et al., 2018) 수술 초기에는 2.47 ㏀ 정도까지 낮아지기도 한다(Heo et al., 2020).
인공와우 전극의 삽입은 내이 구조물이 손상되지 않고, 잔존 청력을 보존할 수 있도록 매우 섬 세하게 진행한다. 그러나 와우관 내에서 전극 끝부분(tip)은 대체로 부드럽게 진입하지만 와우 첨부 (apical turn) 관내 좁아진 부분을 지나면서 반발력이 생길 수 있다. 이러한 반발력은 기저부(basal turn)를 지나는 전극 틀(electrode array)을 뒤틀리게(twist) 하거나 완만하게 휘게(curvature) 할 수 도 있으며, 첨부에 놓이는 틀의 끝부분을 구부러지게(kink) 할 수도 있다. 아울러 수술 중 발생한 혈액이나 공기 방울 등 이물이 생길 수 있다. 이들 문제는 저항 이상으로 나타나고, 저항은 수술 중에도 간단하게 확인할 수 있다. 저자들은 수술 중 첨부 회전 네 개의 전극에서 확인된 높은 저항 을 전극 재삽입으로 개선한 1례를 체험하여 보고하고자 한다.
Ⅱ. 연구 대상 및 방법
1. 연구 대상
이 연구는 20대부터 보청기를 사용 중이며, 효과적인 의사소통을 위하여 인공와우 이식을 원했 던 60세 여자 증례이다.
수술 전 병력을 살펴보면, 청력손실은 어린 시절부터 자각하였으며, 중이염 치료를 위해 우측 1 회, 좌측 2회 수술한 것으로 보고하였다. 이학적 검사상 우측은 개방공동법 유양돌기절제술(canal wall down mastoidectomy; CWDM) 상태였고, 이구전색(impacted cerumen)이 확인되었다. 좌측
은 특이사항이 관찰되지 않았다. 측두골 컴퓨터 단층영상(temporal bone computer tomography;
TBCT) 소견은 우측의 경우 CWDM 관련 경미한 염증성 연조직 병변 소견과 측반규관 골벽 결손 에 의한 누공 소견이 확인되었다. 좌측의 경우 첨부에서 회전이 정상과 비교하여 앞쪽으로 큰 굴곡 이 관찰되었다.
수술 전 청각학적 평가 결과를 살펴보면, 순음청력검사상 3분법 순음손실평균(3 frequency pure tone average; 3 PTAs)은 우측 105 ㏈ HL, 좌측 85 ㏈ HL로 관찰되었으나 좌측의 경우 2 ㎑ 가 청역치가 75 ㏈ HL인 산형 청력도가 관찰되었다. 어음이해도는 우측 0%, 좌측 40%로 관찰되었 다. click을 자극한 청성뇌간반응(auditory brainstem responses; ABR)에서 우측은 최대자극강도인 90 ㏈ nHL에서 반응이 관찰되지 않았고, 좌측은 90, 80 ㏈ nHL에서만 Ⅴ파가 관찰되었다. 0.5, 1, 2, 4 ㎑를 검사한 청성지속반응(auditory steady state responses’ ASSR)에서 우측은 최대자극강 도까지 반응이 관찰되지 않았고, 좌측은 3 PTAs가 90 ㏈ HL로 주파수마다 순음 가청역치와 일치 하였다.
수술 전 언어병리학적 평가 결과를 살펴보면, 언어병리학적 평가는 사용 중인 보청기 착용 상태 에서 보기를 제공하여 청각적 단서에서 4%, 시각-청각적 단서에서 40%로 각각 관찰되었고, categories of auditory performance scales (CAP)은 3점으로 관찰되었다.
인공와우 이식은 MedEl사 Synchrony(Flex 28)를 왼쪽으로 하였다. 수술은 이개 뒤쪽 두피를 절 개하고, 유양동삭개술(mastoidectomy)과 후고실개방술(posterior tympanotomy)을 통해 안면신경와 (facial recess)를 충분히 개방하였다. 내부 안테나는 측두골 외벽을 drilling 하여 확보한 매몰 공간 에 고정하였다. 전극은 정원창(round window)을 통해 고실계(scala tympani)로 매우 느린 속도로 조심스럽게 밀어 넣었다. 전극 삽입 과정에서 11번 채널이 정원창 입구를 지날 때 약간의 반발 저 항을 느꼈으며, 더욱 조심하면서 삽입하였다.
2. 연구 방법
저항은 Maestro system software version 7.0.4(MedEl Corporation, Austria)을 이용하였다. 두 피를 사이로 내부 및 외부 안테나를 coupling한 후, ground path impedance를 0.65부터 1 ㏀으로 하여 각각의 채널과 채널 사이의 값을 ㏀ 단위로 확인하였다. 수술실에서 검사한 저항 결과는 후향 적으로 분석하였다.
이 연구는 수술 중 비정상적으로 높은 저항을 확인하고 재삽입한 증례를 고찰한 것이다. 따라서 수술 후 청각학 및 언어병리학적 평가 등은 포함하지 않는다.
Ⅲ. 연구결과
저항은 2, 3, 4, 5 채널에서 각각 22.8, 22.7, 22.9, 22.8 ㏀ 이상으로 관찰되었고, 나머지 저항은 1.48-5.32 ㏀ 범위로 관찰되었다(<Figure 1>).
<그림 1> 수술 중 검사한 전극-조직 간 저항 결과
Ⅳ. 논의 및 결론
내이의 해부학적 구조는 와우관 내부에서 전극의 위치와 삽입 깊이 등에 영향을 주므로 이를 살펴 볼 필요가 있다. 와우 Corti기 길이는 35.58±1.41 ㎜ 정도이며(Kawano, Seldon & Clark, 1996), 전체적으로는 1¾ 회전을 한다. 정원창은 정원창소와(round window niche)에 고정된 막 으로, 평균 직경이 수평 2.1±0.3, 수직 2.3±0.4 mm 정도이다(Cornwall, Marway & Bance, 2020; Han et al., 2020). 계(scala)의 직경은 고실계가 1,326∼554 ㎛, 전정계가 1,185∼692 ㎛ 정도이다.
MedEl Flex 28은 직경이 0.4-0.8 ㎜, 실리콘 팁부터 지지대(stopper)까지 길이가 26.8 ㎜ 정도 이다(Heo, 2016; MedEl, 2014). 전극은 와우관 길이와 휨 정도 등 해부학적 구조, 전극 구조 등에 의해 삽입 깊이가 결정되며(MedEl, 2014), 중간회전(middle turn)의 나선신경절 세포(spiral ganglion cells)를 효과적으로 자극하도록 삽입할 수 있다(Dhanasingh & Jolly, 2017). 전극 삽입 과정에서는 나선인대(spiral ligament), 기저막(basilar membrane), 와우축, 계간(interscala) 벽 등에 서 손상이 생길 수 있다. 그러나 와우 구조가 정상인 경우 이과 의사의 미세 수술(soft surgery) (Friedland & Runge-Samuelson, 2009), 와우축을 휘감는 곡선형 전극 사용(Newbold et al., 2015) 그리고 와우개창술(cochleostomy) 대신 정원창으로 전극을 삽입하여(Friedland & Runge- Samuelson, 2009; O’Connell, Hunter, & Wanna, 2016) 와우 손상을 최소화 할 수 있다. 와우는 첨부로 갈수록 좁아지며, 중간에 협착부가 생길 수 있고, 전극이 이 부위를 지나면서 와우를 손상 시키기도 한다(Biedron et al., 2010). 이 증례처럼 삽입 직후 측정한 저항이 첨부에서 비정상적으 로 높게 관찰된 것은 와우관이 첨부에서 앞쪽으로 크게 휜 굴곡을 향해 전극을 밀어 넣으면서 가 해진 압력(Dietz et al., 2016) 또한 원인 중의 하나일 것으로 의심할 수 있다.
저항은 정원창 삽입시의 수술 직후, 1, 3, 12개월의 순서로 1.87, 5.16, 6.47, 6.70 kΩ으로 와우 개창술 삽입시의 2.86, 5.33, 6.92, 8.16 kΩ과 차이가 없고, 두 방법 모두 시간이 지나면서 10 ㏀ 이내로 높아진다(Cheng et al., 2018). 전극 삽입 직후 저항이 낮은 것은 전도성이 높은 림프액이 원인이다. 따라서 이 증례에서 네 개를 제외한 나머지 전극은 적절히 삽입된 것으로 볼 수 있다.
세균성 수막염은 골화를 일으켜 저항이 낮아지기도 한다(Helmstaedter et al., 2018). 그러나 수술 직후 낮았던 저항은 수술 후 24시간 이내에 크게 높아진다(Lin et al., 2019). 수술 후 저항이 높아 지는 것은 고실계 내부에서 전극에 대한 신체 면역 반응(Clark et al., 1995) 및 해면화(Hughes et al., 2001; Newbold et al., 2004) 진행과 관련이 있다. 수술 후 8일 이내로 조기에 어음처리기를 장착하는 경우 이러한 저항 변화(Günther, Baumann & Stöver, 2018)를 조심스럽게 관찰할 필요가 있다.
전극은 뒤틀리거나 구부러짐, 혈액이나 조직, 뼈 가루, 공기 방울 등 이물에 의해, 그리고 고실계 내부 미세 구조 손상 등에 의해 달라질 수 있다(Lim et al., 2017; McElveen, Wolford &
Miyamoto, 1995; O’Leary et al., 2013). 전극이 뒤틀리거나 혈액 및 조직이 접점에 닿으면 전류 흐름이 좋아져서 저항이 극도로 낮아질 수 있다. 조직이 손상되더라도 전류 흐름을 곧바로 방해하 지 않는다. 따라서 이 증례처럼 저항이 최대 허용 범위인 20-30 ㏀을 벗어나(out of compliance) 높게 관찰된 것은 전류 흐름이 방해받고 있는 것으로 볼 수 있다. 즉, 부도체인 뼈 가루나 공기 방 울이 단선(open circuit)과 같은 효과를 낸 것으로 볼 수 있다.
인공와우는 내이 구조에 의해서도 전류 흐름이 왜곡(Heo, 2009; Heo, Jung & Jung, 2009)되기 도 하지만 일반적인 작동 불량은 기계적 고장(hard failure)이나 간헐적 작동 이상(soft failure) 등 이 원인이다(Heo1 et al., 2007; Heo2 et al., 2007). 한 개 이상 전극의 작동 불량은 3-10% 정도
이며(Dietz et al., 2016; Newbold et al., 2015; Wang et al., 2014), 전극 삽입 과정에서 발견되 는 문제는 0.17～2.22% 정도이다(Tange, Grolman & Maat, 2006). 초기 인공와우는 삽입된 전극 22개 중 8개 또는 이보다 적은 수만 작동하더라도 청각적 자극을 제공할 수 있는 것으로 판단하였 다. 또 다양한 이유로 적어도 한 개의 전극을 작동시키지 않는 경우가 54% 정도에 이르기도 한다 (Schow et al., 2012). 수술 과정에서는 전극이 천천히 순조롭게 진입할수록 저항이 낮고, 삽입 중 반발 생길수록 저항이 높을 수 있다. 봉합 전 전극의 재삽입은 크게 힘든 과정이 아니다. 만약 반 발력을 느끼고 저항이 높다면 술자의 경험과 전극의 수를 고려하여 수술 부위를 봉합하기 전 다시 삽입하기도 한다.
최근 인공와우는 주파수 분해능을 높이기 위한 노력 중 하나로 중복 자극(dual electrode stimulation), 전류 조향 자극(current steering strimulation), 미세 구조 자극(fine structure coding strategy) 등을 통해 내이 전 영역을 세밀하게 자극하려는 노력을 계속하고 있다. 따라서 12개 중 네 개 전극 저항이 높은 것은 듣기 명료도에 부정적 영향을 줄 수 있다. 경험적으로는 수술 과정에 서 전체 전극의 1/3 이상 전극의 저항이 비정상적으로 높은 경우 재삽입을 고려하기도 한다. 그러 나 이 연구에서는 구체적으로 몇 개의 전극이 비정상일 때 재삽입해야 하는지의 기준에 대해서는 추가로 논하지 않는다.
이 증례에서 관찰한 높은 저항은 Ohm의 법칙을 토대로 전류 흐름을 방해하는 생체 이물로 추 정하였다. 수술 과정에서 생길 수 있는 생체 이물은 수술 후 생체 자정 기능에 의존하여 해결할 수 도 있으나 첨부 회전의 큰 굴곡과 전극 삽입 과정에서 느낀 반발력과 이상 저항을 보인 전극의 개 수 등을 함께 고려하여 전극을 다시 삽입하는 절차를 진행하였다.
이 연구는 첨부 회전 굴곡 부위 전극 삽입 과정에서 느낀 반발과 수술 중 검사한 저항 이상 등 을 고려하여 재삽입한 증례이다. 수술 중에는 혈액, 뼈 가루, 공기 방울 등 이물이 발생할 수 있어 서 전류 흐름을 간섭하고, 생체와 전극 사이의 저항을 변화시킬 수도 있다. 그러나 저항만으로는 생체 이물을 구체적으로 특정할 수 없고, 문제 해결 방법도 전극을 다시 삽입하지 않고 내이의 자 정 기능에 의존할 수도 있다. 따라서 전극 재삽입은 내이 및 전극의 상태와 수술 중 특이 사항 등 을 함께 고려하여 종합적으로 판단하는 것이 좋다.
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* First author
** Corresponding author (leeshu@knu.ac.kr) Abstract
A Case Report of Abnormal Electrode-to-Tissue Impedance during Cochlear Implant Surgery
Seung-Deok Heo*(Department of Speech Language Pathology, Daegu University) Sang-Heun Lee**(Department of Otolaryngology, H & N Surgery, Catholic University of Daegu)
Purpose: In cochlear implant surgery, a number of complications may arise, including biological foreign body (FB) and structural deformation (deform). FB would has bone dust, blood, tissue, etc., and It’s blocks the contact electrodes. Deform includes twist, curvature, and kinking of the electrode array, and may seriously distort the current flow. If the contact is cut off or the current flow is distorted, the current efficiency and frequency selectivity to the modiolus are lowered, thereby reducing overall auditory performances. If the electrode-to-tissue impedance during surgery can help to predict the insertion of the electrode array. The aims of this study is to investigate the determination of reinsertion of high-impedance electrodes during surgery. Method: The participant was 1 woman (60 years old) who had a cochlear implantation (MedEl Synchrony, Flex 28) to the left for severely acquired hearing loss. The study was analyzed the impedance results retrospectively.
Result: As a result, the impedance was observed more than 22.8, 22.7, 22.9, 22.8 ㏀ for channel 2, 3, 4, and 5, respectively, and in the range of 1.48-5.32 ㏀ for the other electrode channels.
Conclusion: It is necessary to consider the anatomy of the cochlea and the process of insertion during surgery to determine the reinsertion of the high-impedance electrode array.
Key words : cochlear implant, intraoperative monitoring, electrode-to-tissue impedance
게재 신청일 : 2021. 01. 09 수정 제출일 : 2021. 02. 18 게재 확정일 : 2021. 02. 20
