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Common Practices in Clinical Electroencephalography
Korean J Clin Lab Sci 2021;53:296-308  
Published on December 31, 2021
Copyright © 2021 Korean Society for Clinical Laboratory Science.

Soon-Chul Hyun, Dongyeop Kim

Department of Neurology, Samsung Medical Center, Seoul, Korea
Correspondence to: Soon-Chul Hyun
Department of Neurology, Samsung Medical Center, 81 Ilwon-Ro, Gangnam-gu, Seoul 06351, Korea
E-mail: soonchul.hyun@samsung.com
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8008-5184
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Abstract
Electroencephalography (EEG) provides the most accurate and quickest diagnosis of epilepsy. It is also an important examination for the real-time evaluation of brain function and seizures, no matter where. In the field of epilepsy, it is appropriate for a clinical pathologist with considerable knowledge of EEG and clinical experience to perform the role of a Physician Assistant (PA). The electrode attachment method is based on the international 10-20 system. The EEG reading is mainly taken by longitudinal bipolar montage. However, a reading using only one montage may result in an error. Hence, two or more montages should be used for readings according to the clinical situation. In the EEG, electric potentials are seen as contour lines. The most important principle in EEG reading is under-reading, not over-reading. The higher the repetitions of the EEG recording, the greater the sensitivity of the reading. For a good reading, the EEG recording must be of good quality. So, the relationship between the neurologist and the EEG technician is very important. In the future, it is expected that the field of activities of the EEG technician with abundant EEG reading experience and clinical practical knowledge will be further expanded.
Keywords : Electroencephalography, Epilepsy, Montage, Seizure, Under-reading
서 론

인간의 뇌 무게는 출생 시 약 350 g이고, 성인이 되면 체중의 약 2%인 평균 1,450 g으로 커진다[1]. 출생 시 뉴런 세포(neuronal cell) 개체군(population)의 숫자는 성인과 같으며, 뉴런 세포가 수초화(myelination)되면서 두뇌의 크기(volume)는 점점 증가하여 생후 3년간 1,260 g으로 성인의 약 80∼90%로 성장한다[1]. 또한 시냅스 형성(synaptogenesis)이 생기면서 인간의 뇌 활동은 점점 빨라진다[2].

뇌전증(Epilepsy)은 예전부터 발작으로 인해 “귀신들린 병”이라는 오해와 사회적 편견이 심하여 환자들이 지금까지도 숨기고 싶어하는 질환이며, 발작뿐만 아니라 사회적 편견과 낙인들에 의해 환자들은 심각한 고통을 받고 있다. 예전에는 원인이 확인된 증후성뇌전증(symptomatic epilepsy), 원인이 확실하진 않지만 있을 것으로 예측되는 잠재성뇌전증(cryptogenic epilepsy), 원인을 모르는 특발성뇌전증(idiopathic epilepsy) 이렇게 3가지로 분류하였다[3]. 그러나 최근에는 증후성, 잠재성, 특발성이라는 개념 대신 구조-대사적(structural-metabolic), 원인불명(unknown cause), 유전성(genetic)이라는 용어 사용이 권장되고 있다[4, 5]. 뇌전증은 적절한 약물치료를 통해 약 70%는 증상이 조절되어 정상적인 생활이 가능하지만[6, 7], 나머지 30%는 난치성 뇌전증으로 이환하는 것으로 알려져 있다[8, 9]. 뇌전증은 전 세계적으로 5천만 명, 국내에만 최소 36만 명 이상이 치료받고 있는 매우 흔한 질환이지만[10], 발작 증상으로 인해 환자들은 사회활동에 어려움을 겪고 있으며, 결혼, 취업, 대인관계 등 일상생활을 하는 데 많은 제한과 차별을 받고 있다. 이에 환자들이 받는 경제적, 심리적 어려움이 크며, 정상인보다 조기사망률이 2배 이상 높은 것으로 알려져 있다[11, 12]. 우리 주변의 많은 뇌전증 환자들은 직장이나 사회에서 불이익을 받을지도 모른다는 두려움 때문에 자신의 질병을 감추고 생활하며, 정신질환의 합병률 또한 높다[13, 14]. 또한 뇌전증 환자뿐만 아니라 그 환자를 돌보는 가족들도 우울감이 심하고, 자존감이 낮다. 그래서 대한뇌전증학회에서는 뇌전증 환자에 대한 지원, 인식개선 및 차별방지 등에 관한 정책을 종합적으로 수립, 시행함으로써 뇌전증으로 인한 개인적 고통과 사회적 부담을 감소시키고 국민 건강증진 및 복지향상에 이바지하는 약칭 뇌전증지원법(뇌전증 관리 및 뇌전증 환자 지원에 관한 법률) 제정을 촉구하여 32,800명의 동의를 얻었다[15].

국내 대학병원급 의료기관 현장에서는 전임의, 전공의의 인력난과 재정난의 해결책으로 physician assistant (PA)라는 명칭의 의사보조인력을 활용하고 있다. 국내에서는 대부분 일반 간호사 중에서 PA를 차출해내지만, 뇌전증 분야에서는 뇌파검사지식과 임상경험이 많고 빠른 상황대처 능력을 갖춘 임상병리사가 PA를 하는 것이 적합하다고 생각되어 저자가 국내 최초로 PA뇌파기사로 활동하고 있다. PA뇌파기사 업무는 뇌파 예비판독(marking) 및 결과 입력, 환자 데이터 관리 및 정리, 각종 검사 및 시술 보조 등의 의료법을 위반하지 않는 부분들로 신경과 교수, 전임의와 상의하여 구성하였다. 실제로 미국이나 오세아니아 지역에서는 전공의가 없는 병원들이 많기 때문에, 미국 뇌파기사자격(registration for electroencephalographic tech-nologists; R. EEG T.)을 취득한 PA 뇌파 기사가 많이 활동하고 있다. 미국에서 가장 공신력 있고 55년의 역사를 자랑하는 ABRET 협회가 주관하는 R. EEG T.는 뇌와 관련된 연구기관이나 뇌파검사를 하는 병원 종사자가 응시하는 시험으로 R.EEG T.를 보유한 소속기관은 미국정부에서 인정하는 뇌 관련 실험실을 설치할 수 있고 뇌파 기술을 양성할 수 있는 교육기관으로 공식 인증을 받을 수 있는 자격이 주어진다. 따라서 본 논문의 목적은 저자가 PA업무를 하면서 배우고 느꼈던 검사, 판독 등의 임상실무지식에 관한 노하우와 미국 자격을 취득하면서 배운 내용들을 공유하여 임상실무에서 뇌파검사를 시행하는 임상병리사, 학부생, 대학원생에게 기초자료로 활용되기를 기대한다.

본 론

1. 유도(derivation)방법과 몽타주(montage)

뇌파(electroencephalography, EEG)는 두피에 전극을 부착하여 뇌세포의 아주 작은 전기적 신호를 증폭하고 유도하여 전위를 세로축, 시간을 가로축으로 하여 기록한다[16]. 뇌파측정방법에는 크게 3가지가 있다. 첫째, 가장 보편적으로 두피 표면에 전극을 부착하여 유도하는 일반 뇌파 또는 두피 뇌파(scalp EEG), 둘째, 대뇌피질의 표면에서 유도하는 피질 뇌파(electrocorticogram, ECoG), 셋째, 뇌 실질 내에 전극을 삽입하여 유도하는 심부 뇌파(depth EEG)가 있다[17]. 임상에서의 뇌파 검사는 뇌전증 발작의 감별, 뇌전증의 진단 및 치료 방향 결정, 정신과 영역, 신경학적 또는 내과적 의식저하 환자 등에 널리 이용된다[18]. 일반적으로 5년 내에 발작(seizure)이 2회이상 나타나는 임상적 증상과 발작파(epileptiform discharges, EDs)가 출현하는 이상 뇌파 소견이 일치해야 뇌전증 환자로 진단되며[19], 발작파가 출현하지 않는다면 뇌전증 환자일지라도 뇌파검사결과는 정상으로 판독한다. 뇌전증을 진단하는 데 있어서 일반 뇌파의 민감도는 25∼56%, 특이도는 78∼98%로 보고된 연구가 있으며[20], 기록 시간이 짧은 일반 뇌파 검사의 단점을 보완하면서 민감도와 특이도를 높이기 위해서 반복적으로 장시간 뇌파를 기록하는 비디오-뇌파검사(video-electroence-phalographic monitoring)가 필요하다[20]. 비디오-뇌파검사 시행 후, 48%는 진단이 변경되었고, 65%는 치료 방식이 변경되었으며 그 중 61%는 발작 조절의 개선을 보인 연구가 있다[21].

일반 뇌파에서 전극은 최소 21개가 필요하며, 보통은 25개가 추천된다[22]. 뇌파 전극의 재료는 염화은(silver-chloride)이 가장 추천되고[23], 보통은 소독하고 세척해서 재사용하지만, 상처가 있거나 감염의 우려가 있는 환자를 검사했을 때는 1회용 전극을 사용한다. IFCN (International Federation of Clinical Neurophysiology)에서 추천하는 10-20 국제표준법에 의해 머리카락을 갈라서 두피를 드러낸 후, 이물질을 닦아내어 전류를 방해하는 성질을 낮춰주는 준비(preparation)과정이 중요하다(Figure 1) [24]. 흔히 저항(impedance)이라고 하는 값을 100∼10 KΩ으로 유지하는 것이 추천되며, 잘 닦고 전극을 잘 붙였다면 전류가 잘 흐르게 되어 잡파(artifact)가 혼입되는 것을 방지한다. 저항 값이 너무 낮으면 전극과 전극 사이에 제대로 된 파형이 나오지 않는 염교(salt bridge) 현상이 생기고, 저항 값이 너무 크면 잡파의 영향을 많이 받는다. 염교 현상은 전극이 같은 값을 띄므로 파형이 평평하게 나오는 현상으로 전극 풀(paste, gel)을 두피에 너무 많이 발라서 2개의 전극이 하나로 연결되어 나오게 되는데, 기준(reference) 몽타주로 바꾸면 두개의 전극이 똑같은 값을 띄고 있는 것으로 확인할 수 있다. 이렇듯 뇌파 전극과 두피사이에는 전극 풀이 사용되며, 접착의 개념과 전해질 역할로 파형의 안정화에 기여한다. 뇌파검사를 장시간 모니터링하는 경우에는 전극 풀 대신에 의료용 접착제인 콜로디온(collodion)이 주로 사용되는데, 장시간 부착 시 피부자극을 줄 수 있으므로 사용에 주의해야 한다[25]. 그러므로 이마 주변 부위의 전극 부착에는 부직 반창고(BSN medical GmbH, Hamburg, Germany) 사용을 추천한다. 액체 성분의 전극 풀(gel)은 시간이 지날수록 금방 말라버려서 수시로 채워주는데, 전극을 고정할 때 이미 전극 안에 크림(cream) 성분의 전극 풀(paste)로 채운 뒤, 콜로디온을 붙이면 3일 정도는 전극 확인이 필요 없을 정도로 검사가 원활히 진행된다. 전극 풀은 제조회사마다 특징이 있으므로 필요에 따라 사용한다. 콜로디온 사용시 에틸에테르 냄새가 독해 의료용 fume extractor (Sentry Air Systems, Inc, TX, USA) 사용이 추천된다(Figure 2). 이미 여러 의료기관에서 사용 중이며 고가의 장비이지만, 독한 성분들을 빨아들여 헤파 필터(HEPA filter)를 거친 뒤 배출하므로 독한 본드 냄새로 불편함을 호소하는 환자에게 안전조치를 취하고 있다는 모습을 보여줄 수 있다. 또한 에틸에테르는 공기보다 무겁기 때문에 공조 장치는 천장이 아니라 바닥 쪽에 위치해야 한다.

Fig. 1. International 10-20 electrode position of electroencephalogram.

Fig. 2. Image of portable medical fume extractor with HEPA filter (Model #SS-300-MED; Sentry Air Systems, https://www.sentryair.com).

서로 인접한 2개의 뇌파활성전극에서 나오는 전위 값을 뺄셈(subtraction)하여 하나의 채널로 조합한 것이 쌍극 유도(bipolar derivation)이다. 최소 16채널 이상, 보통은 18∼19개의 채널 수를 조합하여 한 화면에 표시하면 몽타주(montage)가 된다. 몽타주는 채널 배열 방식에 따라 앞에서 뒤로 세로로 연결하면 longitudinal, 가로로 연결하면 transverse, 원형으로 연결할 때는 circular, 경우에 따라 세로와 가로를 혼합한 mixed로 나눌 수 있다[19]. 이 중 임상에서 가장 흔히 사용하는 몽타주는 longitudinal bipolar (LB) 또는 double banana (DB, Figure 3A), transverse bipolar (TB, Figure 3B) 몽타주이다. 몽타주는 의료기관마다 temporal chain, parasagittal chain을 구성하는 순서가 다르며, 국내는 주로 왼쪽부터 표시하지만 영국, 호주 쪽은 오른쪽을 먼저 표시하기도 한다. 단극유도(monopolar derivation) 또는 기준유도(reference derivation) (Figure 3C)는 여러 개의 활성 전극 값에서 파형의 전위 값이 낮다고 생각되는 기준 전극의 값을 빼서 표현하므로 최대 음극 전위 값을 나타내는 지점이 최고점이다[19]. 만약 기준 전극 값이 오염(contamination)되어 결과값에 영향을 주었다고 판단될 때는 발작 초점의 반대쪽에 위치한 전극 또는 근전도 혼입이 적은 Pz 또는 Cz 전극으로 기준 전극을 변경하여 가능한 오염되지 않은 기준 전극을 찾아야 한다. 단, 수면 중에는 Cz 전극 주위에 수면 지표가 많이 출현하여 기준 전극 값에 영향을 줄 수 있기 때문에[26], Cz전극보다는 A1전극 값과 A2 전극 값을 합한 것의 절반을 기준 값으로 하는 것이 추천된다[27].

Fig. 3. Examples of most commonly used bipolar and referential montages (A, double banana; B, transverse bipolar; C, reference derivation).

뇌파 판독은 주로 LB몽타주로 판독한다. 하지만 한 가지 몽타주만 이용하여 판독하는 것은 오류를 범할 수 있기 때문에, 상황에 맞게 2개 이상의 몽타주를 병용해서 판독한다[28]. 예를 들어 LB몽타주에서 발작 초점이 불명확하거나 광범위한 발작 초점을 갖는 경우, 중앙선(midline) 근처에서 발작 초점을 형성하는 경우 등에서 TB몽타주로 변환할 수 있다. 쌍극 유도에서 기준 오염이 최소화되는 전극을 찾아서 기준 유도로 변환한 뒤 최대 진폭 값을 갖는 전극을 찾으면 발작 초점의 최대 크기(maximum)를 보이는 지점을 찾을 수 있다. 또한 발작 초점이 전체적으로 나타나는 경우에는 전체 전위 값의 평균치를 기준으로 하는 평균값 몽타주(average reference) 또는 어깨에 부착한 두개 외 전극(right shoulder)을 기준 전극으로 사용하여 발작 초점의 최대치를 파악하기도 한다[28].

2. 파형의 전위 분포

뇌파는 뇌 안에서 일어나는 전기적인 활동들을 파형으로 보고, 뇌 안에서 무슨 일이 일어나는지를 유추하는 것이다[29]. 뇌파의 근원(source)은 뉴런(neuron), 특히 피라미드 세포(pyramidal neuron)이다. 대뇌의 신피질(neocortex)은 6개의 서로 다른 조직학적 층으로 나눌 수 있는데, 이 중 두피에 가까운 표층에서는 다른 신경세포로부터 주로 정보를 받아들이고, 피라미드세포에서는 심층부로 신호를 보내게 된다. 결과적으로 두피와 가까운 층에서는 음전하가 형성되고 심층부에서는 양전하가 형성되어 피라미드 세포는 양 끝에 서로 다른 전하를 띄는 쌍극자(dipole)를 형성한다[30, 31]. 두피에서 기록한 뇌파의 경우 뇌활동이 발생하면 음극(negative potential)이 주로 기록되므로, 뇌파에서는 판독이 편하도록 음전위가 그래프의 위쪽을 향하게 그리기로 약속하였다[19, 32].

뇌파 파형의 크기는 입체 각의 크기인 solid angle rule에 따라 결정된다. 뇌파의 근원이 되는 쌍극자가 피질과 방사상(radial) 위치에 있을 때, 쌍극자 바로 위 두피 전극에서 가장 높은 진폭을 가지는 전위(potential)가 기록된다. 반대로 쌍극자가 피질과 접선(tangential) 각도로(두피와 평행 되는 방향) 형성되어 있을 때는 쌍극자 바로 위 전극에서 전위가 관찰되지 않는다. 또한 쌍극자와 기록 전극 간의 거리가 멀수록 거리의 제곱에 반비례하여 진폭이 작아진다. 두피 뇌파는 최소 6 cm2 정도의 cortical area에 위치한 약 10만개의 neuron이 동시에 흥분했을 때 파형이 만들어지며, 세포수가 많을수록 크게 보인다[33]. 또한 두피 뇌파의 진폭은 피질에서 나오는 전기적 신호가 뇌척수액(cerebrospinal fluid), 두개골(skull), 두피(scalp)등을 통과한 뒤 실제 크기의 1/80 정도로 기록되는데, 이 중 가장 큰 저항은 두개골이다. 뇌파 파형의 진폭(amplitude)은 크기에 따라 문헌에서는 극저전위(very low); <20 μV, 저전위(low); 20 to 49 μV, 중전위(medium); 50 to 149 μV, 고전위(high); ≥150 μV로 구분하지만[34], 실무에서는 저전위; <20 μV, 중전위; 20 to 70 μV, 고전위; >70 μV로 구분한다. 뇌파에서 전위는 등고선의 형태로 보이며, 가장 높은 진폭을 가지는 중심부와 함께 주변부로 갈수록 진폭이 낮아지면서 electrical field를 형성한다[19]. 따라서 뇌파에서 그려지는 파형은 두 위치 간 전위 차(높이 차)를 보여주는 것이다(Figure 4). 두 지점의 높이 차이를 2차원의 형태로 표현한 Figure 4를 보면 파형의 뾰족한 부분이 맞닿아 보이는 즉, 위상 역전(phase reversal)을 보이는 A가 최대 전위를 보이는 지점이다. 또한 Figure 4에서 가장 높은 전위부터 순서대로 각각의 전위값을 파악할 수 있고(A>B=D>C>E), 이를 등고선의 형태로 표현하면 Figure 5처럼 표현할 수 있다. 뇌파는 2차원의 화상에 외부의 정보를 고려하여 사실감을 추가하는 3차원 렌더링(3D rendering)으로 생각해야한다. 뇌전증 발작초점의 위치가 일치하거나, 일치하지 않을 경우에 따라 따라서 개두술(craniotomy)의 범위와 위치, 환자의 수술 자세(position), 절제 범위, 수술중 신경계 감시기법의 종류 등이 결정되기 때문에 발작 초점의 최대치를 찾는 것은 수술 계획에서 매우 중요하다[35].

Fig. 4. Differences between two points of the contour line. Phase reversal at kissing point (A) of negative and positive phase.

Fig. 5. Contour line of electrical potential.

대뇌피질을 좌측면에서 볼 때 전극의 위치는 해부학적으로 Fp1: frontopolar, F7: frontotemporal, T7: mid-temporal, P7: posterior temporal, F3: frontal, C3: central, P3: parietal, O1: occipital로 표현한다(Figure 6) [24]. 간혹 T7을 midline temporal이라고 하는 것은 잘못된 표현으로 해부학적으로 midline은 sagittal view에서 정중앙을 일컫는 말이다. 즉, midline은 대뇌의 정중앙을 Fz, Cz, Pz로 표현하고, 발작 초점이 Fz maximum인 경우는 frontal vertex라고 표현한다. 발작 초점의 최대치를 표시할 때 진폭이 2배 이상 차이가 나면 보통 작은 쪽을 언급하지 않는다. 하지만 진폭 차이가 2배 이하라면 부등호로 표시한다. 예를 들어 발작 초점이 C3와 T7에서 비슷한 크기라면 centro-temporal (C3T7 maximum)이고, 둘 중에 한쪽이 더 크지만 진폭 차이가 2배 이하일 경우 centro-temporal (C3>T7 또는 T7>C3)로 표시할 수 있다.

Fig. 6. Location of electrodes in international 10-20 system.Abbreviations: Fp1, Frontopolar; F7, Frontotemporal; T7, Mid-temporal; P7, Posterior temporal; F3, Frontal; C3, Central; P3, Parietal; O1, Occipital.

3. 검사 방법

기본적인 뇌파 검사의 세팅 값은 미국 임상신경생리학회 가이드라인에 따라서 low filter 0.5 Hz, high filter 100 Hz, 시정수 0.3초, notch filter off, 기록지 이동속도 30 mm/sec, sensitivity는 성인의 경우 7 μV/mm, 유아는 10 μV/mm으로 설정한다[23]. 모든 전극의 임피던스(impedance) 값은 100∼10 KΩ 이하로 해야 파형이 깨끗하게 기록된다. 몸에 힘을 완전히 빼고, 편안하게 누운 상태에서 유발법을 시행한다. 먼저 눈 뜨고 감기를 10초씩 10회 정도 실시하여 환자의 배경파(background rhythm or posterior dominant rhythm)를 파악한다. 광자극(photic stimulation)은 환자의 얼굴에서 30 cm정도 위에 램프를 위치시키고 2, 5, 10, 12, 15, 20 Hz의 순서대로 각각의 단계는 10초 자극, 10초 휴식의 순서로 진행한다[24]. 참고로 빛 자극과 동기화된 빈도로 후두부에 출현하는 광구동(photic driving response)은 정상적으로 관찰되는 현상이다. 이어서 과호흡(hyperventilation)을 3분간 시행한 뒤, 수면 유도(sleep induction)를 10∼25분간 실시한다. 실질적인 수면 시간은 10분 이상 기록하는 것이 추천된다. 이어서 계산, 질문 등 정신 활성(mental activiation)을 시행하고 눈 뜨고 감기를 3회 정도 실시한 뒤 검사를 종료한다. 검사 초반에 눈 뜨고 감기를 하는데 환자가 졸려 한다면, 수면 유도를 먼저 시행하고, 광자극이나 과호흡은 검사 후반에 시행해도 상관없다. 다만 순서는 빛 자극 먼저 시행하고 과호흡을 하는 것이 좋다. 과호흡이 끝나고 3분 이내의 상태에서 빛자극을 주면 과호흡으로 인해 변화한 뇌파에서 또 다른 자극을 주는 것이기 때문이다. 과호흡이 끝난 뒤에 완전히 평소처럼 뇌파가 되돌아오는데 이론적으로 3분 정도의 시간이 필요하다고 한다[23].

4. 발작파

발작파를 형성하는 조건은 크게 4가지가 있다. 첫번째로 가장 중요한 것은 배경파를 파괴(break down)해야 한다. 앞서 언급한 수면 지표인 두정부예파(vertex sharp transient)는 배경파가 파괴되지 않는다는 점으로 발작파와 구별된다. 두번째는 파형이 뾰족해야 한다. 세번째는 발작파 뒤에 서파(slow wave)가 뒤따를 수 있다. 네번째로 두피 뇌파는 하나의 전극을 표현하는 것이 아니고, 인접한 전극의 전위차를 보는 것이기 때문에 등고선처럼 필드(field)가 있어야한다. 발작파는 졸릴 때나 수면 초기, 과호흡, 빛 자극 등의 상황에서 잘 관찰되는 경향이 있는데, 특히 과호흡은 어른보다는 4∼12세 유아에게 효과가 좋다. 과호흡시 주로 소아에서 서파가 증가하는 현상이 나타날 수 있으며, 이를 증강 현상(build up)이라고 부른다. 과호흡이 끝나면 정상인은 서파가 1분 이내에 바로 사라지지만, 정상화되었던 뇌파가 다시 증강 현상이 나타나면 재증강현상(re-build up)이라고 부르며 모야모야병(moyamoya disease)에서 특징적으로 관찰된다. 실무에서는 허혈발작, 뇌경색 등을 유발할 수 있으므로 이미 모야모야병으로 진단받은 환자들에게는 과호흡을 시행하지 않는다. 참고로 모야모야병은 서양 국가들보다 대한민국과 일본에서 흔한 병이다.

뇌파 측정은 발작을 하지 않는 상태에서 기록하는 뇌파(발작간뇌파; inter-ictal EEG)와 발작을 할 때 기록하는 뇌파(발작중뇌파; ictal EEG)로 나눌 수 있다. 일반적인 뇌파검사실에서는 발작간뇌파를 주로 검사하는 것이고, 발작 간 뇌파에는 극파(spike), 예파(sharp wave), 다극파(polyspike), 극서파복합체(spike wave complex) 등 여러 모양의 발작파가 있다. 발작 중 뇌파는 주로 비디오-뇌파 검사실에서 기록하며, 반복적 발작파, 율동성(rhythmic) 또는 다형성(polymorphic) 델타(delta) 또는 쎄타(theta) 리듬의 서파, 3초 이상 지속되는 속파(fast activity) 또는 갑작스러운 근전도 혼입 등으로 시작된다. 극파, 예파, 다극파의 임상적 중요성(clinical significance)에 차이는 없다. 다만, 내측측두엽뇌전증(mesial temporal lobe epilepsy)과 같이 심부 뇌 또는 고랑(sulcus)에서 발생하는 발작파는 예파의 형태가 많은 데 반해, 극파 또는 다극파는 신피질측두엽뇌전증(neocortical temporal lobe epilepsy) 등 겉에서 나올 가능성이 높다고 알려져 있다[36]. 주파수 또한 다양하게 나타날 수 있어서 발작 초기의 뇌파에서 내측 측두엽 뇌전증은 상대적으로 느린 주파수의 델타, 쎄타(θ)리듬으로 시작하는 경우가 많았고, 신피질측두엽뇌전증은 빠른 주파수의 알파, 베타(β) 리듬으로 시작하면서 내측에 비해 양측성으로 더 자주, 더 일찍 변화가 나타나는 경우가 많았다는 연구가 있다[37, 38].

준예파(sharp transient, ST)는 파형 기간(duration)이 200 msec 이상으로 길거나 형태가 뾰족하지만 뚜렷한 발작파로 생각되지 않는 경우로[39], 판독 결과는 정상으로 간주하되 결과지에는 준예파가 관찰되었음을 언급한다. 수면 지표 중 하나인 vertex sharp transient는 정상 파형이며 Cz 전극에서 최대치를 나타낸다. 사람마다 모양이 약간씩은 다른데, 좌우 비대칭인 모양으로 관찰되거나 최대치가 한쪽에 치우칠 때 발작파로 오인하여 환자에게 항경련제를 처방하는 경우가 있으므로 주의해야 한다[40].

뇌파 판독의 지름길은 없다. 많은 시간 동안 많은 case를 천천히, 많이 읽어야 한다. 판독실에서 정상 파형과 비정상파형을 판단하는데 평균적으로 수련 기간이 발작파는 6개월, 서파는 9개월 정도 필요하다고 생각된다. 왜냐하면 뇌파에서 발작파는 명확하게 보이지만, 서파는 상황에 따라 정상과 비정상으로 구분하는 것이 어렵기 때문이다. 서파는 정상적으로 졸리거나 수면에 들면 관찰되고, 뇌기능 장애 또는 구조적 병변이 있을 때 병적인 서파가 관찰된다. 서파는 연속성의 측면에서는 간헐적(intermittent)과 지속적(continuous)으로 구분하고, 모양에 따라 율동적(rhythmic), 불규칙적(irregular)으로 구분한다[34]. 또한 해부학적으로는 출현하는 위치에 따라서 국소적(regional), 전체적(diffuse)으로 나뉜다. 모든 채널에서 파형이 관찰되는 경우 generalized 또는 diffuse라고 표현하는데 대개는 발작파의 경우 generalized를 사용하고, 서파의 경우 diffuse를 사용한다. 파형이 관찰되는 부위가 왼쪽 또는 오른쪽 한쪽 반구(hemisphere)에 국한되어 나올 때는 편측화(lateralized)라는 용어를 쓰며, 양측성(bilateral)은 좌, 우 반구가 동시성(synchronous) 또는 각기 다른 리듬으로 비 동시성(asynchronous)일 때 사용한다[34]. 비정상파형이 일부분에서만 국한되어 분포할 때 focal 또는 regional이라는 표현을 사용한다. 이 중 focal은 여과(filtering) 없이 직접 피질에 전극을 위치시킬 수 있는 두개 내 전극 1∼2개에 국한되어 분포할 때를 말한다[34]. 참고로 두개 내 전극은 시행 시간에 따라 수술장에서 단기로 뇌 피질에 전극을 대어 기록하는 방법과 뚜렷한 병변이 없고, 발작 시작부위가 편측화 되지 않아서 전형적인 내측 측두엽 뇌전증에 해당하지 않은 경우에는 두개 내 전극을 삽입한 후 비디오-뇌파 검사실에서 장시간 기록하는 방법을 추천한다[41]. 유럽이나 북미의 많은 뇌전증 센터에서는 머리를 크게 열어야 하는 개두술의 필요성을 피하고 본질적인 정밀 배치 기능으로 인해 합병증을 줄이고자 피질 전극 없이, 머리에 1 mm 구멍만 뚫어서 심부 전극만을 삽입하는 삼차원 입체 뇌파(stereoencephalography, SEEG) 수술법이 1950∼70년대부터 시작되어(Figure 7) [42, 43] 현재는 치료의 표준이 되었다[44]. 미국과 유럽에 약 100대, 중국 등 아시아에 20대가 운영되고 있으며, 국내에는 2021년 4월에 SEEG수술을 위한 정위적 로봇 수술장비(ROSATM Robotic Device; Zimmer-Medtech, Mont-pellier, France)가 정부의 지원으로 처음 도입되었다(Figure 8). 뇌에는 수천 개의 뇌혈관이 있기 때문에 뇌출혈을 피하면서 심부 전극 10개 이상을 뇌 안의 목표 지점들에 삽입하기 위해 로봇의 정확도와 수술시간 단축이 중요하다. ROSA 뇌전증 수술 로봇은 오차 범위가 0.3 mm로 다른 종류의 로봇들(1∼2 mm)에 비하여 정밀도가 세계 최고 수준으로 평가되며, 기존 방법들보다 수술 시간을 단축시킬 수 있으므로 뇌전증 환자의 치료 및 연구에 새로운 지평을 열어갈 것으로 기대된다[45]. 두피 뇌파에서는 focal이라고 표현할 수 없고 국소적인 위치를 표현할 때 regional을 사용하는데, 발작파 또는 서파가 양측에 분포할 때는 양측성(bi-regional), 양측 반구를 포함하여 서로 다른 3곳 이상에 분포한다면 다초점성(multi-regional)으로 표현한다. 발작파는 비슷한 위치에서 비슷한 모양으로 반복되어 관찰되는 경향이 있으므로, 모양이 모호한 발작파도 반복적으로 관찰됨을 확인하는 것이 중요하다.

Fig. 7. Stereoencephalography electrode implantation.

Fig. 8. Stereotactic robot for SEEG surgery (Model ROSA ONE Brain, Zimmer-Medtech, https://www.zimmerbiomet.com/en/products-and-solutions/zb-edge/robotics/rosa-brain.html).

발작파를 검출하는 데 있어서 몽타주의 속성을 파악하는 것은 매우 중요하다. LB몽타주에서 좌우 진폭 또는 위상의 차이가 보이지 않을 수 있으므로 LB몽타주에서 이상소견이 발견되면 기준 몽타주로 바꿔서 파형이 어떻게 변하는지 확인해야 한다. 또한 LB몽타주는 두 전극에서 측정된 전위를 뺄셈하여 보여주기 때문에 서로 인접한 전극에서 전위가 비슷하게 관찰된다면 그래프는 평평하게(flat) 보여질 수 있다. 예를 들어 발작파가 기록되는 두 전극에서 같은 전위 값이 기록되면 LB몽타주에서는 평평하게 보여 위상 역전이 관찰되지 않으므로 이상이 없는 것으로 잘못 판독할 수 있다.

5. 안구 운동

뇌파에서 눈동자 움직임은 매우 중요하다. 눈동자에는 여과 없이 전기가 흐르는데, 이것은 뇌활동이 아니다. 눈동자의 각막(cornea)에서는 양(+)전위, 망막(retina)쪽은 음(−)전위를 띄고 있어서 각막이 전극에 가까워질수록 (+)전위, 멀어질수록 (−)전위를 띈다[19]. 전극에서 측정되는 전위 값은 측정 부위와 근원 사이의 거리 제곱에 반비례한다. 즉 안구에서 거리가 먼 전극, 예를 들어 T7, T8, F3, F4 등은 거의 영향을 받지 않는다. 반면 안구와 가까운 위치의 전극(Fp1, Fp2, F7, F8)은 눈동자 움직임에 영향을 많이 받는다. 왼쪽을 응시할 때와 오른쪽을 응시할 때의 뇌파를 나타낸다(Figure 9A, B). 양 눈이 왼쪽을 보면 왼 눈의 각막이 가까워지는 F7 전극이 양전하를 띄면서 Fp1-F7과 F7-T7 채널의 파형이 벌어진다. 반대쪽 F8 전극은 오른 눈의 망막이 가까워지므로 음전하를 띄게 되고 Fp2-F8과 F8-T8은 파형이 모아지는 모습을 보인다. 즉 파형이 벌어지는 쪽으로 안구가 움직였다는 것을 알 수 있다. 양 눈이 오른쪽을 볼 때는 반대의 상황을 생각하면 된다. 상대적으로 parasagittal chain은 뚜렷한 리듬 변화가 보이지 않는데, 위 아래의 움직임이 없고 좌, 우의 움직임만 발생했기 때문이다. 양 눈이 위를 응시하는 경우의 뇌파를 보여주는데 각막이 이마에 위치한 Fp1, Fp2 전극에 가까워 지고 양전하를 띄면서 파형이 아래쪽으로 편향(deflection)된다(Figure 10A). 아래쪽을 응시하면, 망막이 Fp1, Fp2에 가까워지면서 음전하를 띄게 되고 뇌파에서는 위로 볼록한 모양이 된다(Figure 10B). 눈을 감으면 벨현상(Bell’s phenomenon)에 의해 안구는 위로 올라가게 되는데 이 때 위를 응시할 때처럼 Fp1, Fp2 전극이 양전하를 띄게 된다(Figure 10C). 벨현상은 각막을 보호하기 위한 반사 작용인데, 의식저하 또는 뇌기능 저하가 있는 경우에는 이러한 기능이 제대로 작동하지 않아 각막이 손상될 수 있다. 눈을 깜빡(blinking)일 때 모습이다(Figure 11). 뇌활동이 아니며, 서파로 오인할 수 있으므로 주의한다.

Fig. 9. Image of EEG by eye movements. A: Looking at the left side, B: looking at the right side.

Fig. 10. Image of EEG by eye movements. A: Looking upward, B: looking downward, C: closing eyes.

Fig. 11. Image of EEG by blinking.

6. 기타

뇌파를 판독할 때는 먼저 환자등록번호를 확인하고, 의식 상태(mental status)를 파악한다. 검사자와 판독의는 뇌파를 보고 각성과 수면상태를 구분할 수 있어야 한다. 정상 수면의 서파는 불규칙(irregular) 해야 하고, 눈을 뜨고 감을 때 배경파는 반응성(reactivity)이 있어야 한다. 정상적으로 관찰될 수 있는 뇌파는 좌우 반구에서 대칭이어야 하며, 뇌파의 리듬이 단조롭고(monotonous) 늘 일정하다면 비정상이다. 정신지체(mental retardation), 의식장애가 있어서 환자의 상태가 나쁜 경우가 단조로운 뇌파의 대표적인 경우이다.

연령에 따른 뇌전증의 발병률은 신생아기에서 높고, 노인에서 급격히 증가하는 U자 형태이다. 특히, 측두엽 뇌전증에서 어려서 열성 경련(febrile convulsion) 등의 초기 뇌손상의 병력을 갖고 있는 경우가 많다[46]. 의료 지식이 부족했던 과거에는 열성 경련은 흔히들 아이들이 성장하면서 겪는 과정이라 치료없이 그냥 놔둬도 된다는 인식이 있었지만, 요즘은 의료기관과 의료 지식의 접근성이 좋아지고 젊은 세대 부모들도 기본 의료 지식이 많이 향상되어서 발생초기부터 적극적으로 뇌전증 치료를 시작하고 있다. 따라서 과거보다 소아 뇌전증 신규 환자는 감소하는 추세이고, 소아 때부터 적극적으로 소아 뇌전증 치료를 시작하기 때문에 성인 뇌전증 신규 환자 또한 과거보다는 줄어 드는 추세이다. 뇌파 판독에서 연령은 중요한 요소인데, 신생아 또는 미숙아 뇌파에서는 반드시 임신 연령(gestational age)에 실제 연령(chronological age)을 합한 수태 연령(conceptional age)을 사용한다. 미국 뇌파기사 자격시험에서도 증후군별 뇌파의 특징들, 질환에 따른 소아 뇌파의 특징을 묻는 항목이 많은 것으로 보아 성인, 소아 모두의 뇌파를 보는 것이 개인능력 향상에 좋을 것으로 생각된다. 참고로 소아 뇌파에서 배경파(alpha wave)의 정상 범위는 1세, 4세, 5세, 8세에서 차례대로 5, 6, 7, 8 Hz이다[47].

뇌파기록시 잡파(artifact)가 혼입되지 않도록 주변환경을 차폐(shielding) 시키는 것은 매우 중요한데[48, 49], 특히 중환자실(intensive care unit, ICU) 뇌파는 외부의 방해를 많이 받기 때문에 잡파가 많이 섞여서 뇌파 기록과 결과 확인이 어렵다[50]. 그러므로 중환자 뇌파를 기록하는 동안에는 어쩔 수 없는 경우는 제외하고, 흡인(suction)을 최대한 자제하고, 외부 접촉이 없도록 담당 간호사들에게 협조를 구해야 한다. 즉, 뇌파는 아주 작은 파형이므로 방해 요소를 제거하는 데 신경을 많이 써야 한다. Electrostatic 잡파는 환자의 움직임 또는 옆에 누군가 지나갈 때 생기는데, 필요한 경우 동영상 촬영을 같이하는 것도 좋은 방법이다[51]. 두피 뇌파에서 소아 뇌파의 경우 엄마가 소아를 달래기 위해 등 또는 엉덩이를 툭툭 두들기는 tapping 잡파가 흔하며, 맥파(pulse wave)로 인한 잡파가 좌, 우 반구 여기저기서 보인다면 부정맥을 의심해 본다. 잡파가 도움이 되는 경우는 눈꺼풀이 깜빡이면 환자가 각성 상태라는 것을 알 수 있고, 느린 안구측면운동(slow lateral eyeball movement, SEM)이 보이면 환자가 졸려서 곧 수면에 들어간다는 것을 예측할 수 있다. 자고 있을 때 눈동자가 빠르게 움직인다는 건 급속안구운동(rapid eye movement, REM)으로 렘수면(REM sleep)단계를 나타내며[52] 성인과 소아에서의 수면 뇌파의 모습은 비슷하다.

병원에서 사용하는 뇌파 장비는 식약처 인증을 받아야 수가를 인정받을 수 있으며, 미국 임상신경생리학회(American Clinical Neurophysiology Society, ACNS)의 Medical Instrumentation Committee (의료기기 위원회)와 국제 임상신경생리연맹(International Federation of Clinical Neuro-physiology, IFCN)의 기술적 표준화에 근거하여 sampling rate는 최소 256 Hz 이상, 화면(display)은 적어도 1280 pixel로 기록이 가능한 장비를 사용하도록 권장한다[53].

결 론

대한뇌전증학회에 따르면 뇌전증은 0세부터 100세까지 남녀노소 모두가 앓는 뇌질환이지만, 난치성 뇌전증 치료에서 대한민국은 확실한 후진국이며 수술로 치료될 수 있는 환자들이 수술을 받지 못하여 쓰러져서 얼굴, 팔, 다리가 찢어지고, 골절, 화상을 입고 죽어가고 있다고 한다[54, 55]. 뇌파 검사는 이런 뇌전증을 가장 정확하고 빠르게 진단하면서 장소의 구애를 아주 많이 받지는 않으면서, 컴퓨터단층촬영장치(computed tomography, CT)와 자기공명영상장치(magnetic resonance imaging, MRI)로 알 수 없는 뇌의 기능과 발작을 실시간으로 평가할 수 있는 중요한 도구이다. 특히, 이유 없이 환자의 의식이 떨어질 때에는 머리사진촬영(CT, MRI)과 함께 신경과적 판단을 위한 뇌파 검사가 추천된다. 뇌파의 판독은 과거 80년대 이전에는 신경-정신과 의사에 의해서 이루어졌고, 80년대 초반에 전문의 과정이 신경과와 정신과가 분리되면서 신경과 의사가 주로 하고 있다. 또한 소아 환자의 경우는 소아청소년과 안에 소아-신경과 분과가 있고, 그 중에서 소아 뇌전증을 전문적으로 운영하는 경우에 뇌파를 측정하고 진료에 적용하고 있다[19]. 예를 들어 환자의 의식이 떨어질 때, 뇌파검사결과와 소변검사, 혈액검사 등의 여러 검사결과를 고려해서 설명하는 것이 임상 의사의 역할인 것이고, 신경과, 소아-신경과 의사는 뇌파 판독을 할 뿐 뇌파 결과로 환자의 진단명까지 이어져서는 안된다는 것이다. 뇌파를 먼저 판독하고, 그 이후 임상 소견과 연관 지어야 한다. 순서를 반대로 하면 선입견을 가지고 뇌파를 판독하게 될 수 있으므로 주의해야 한다. 뇌파 판독의 원칙은 과소 판독(under-reading)이며, 애매한 결과는 정상 또는 준예파로 판독 후 추적검사를 시행한다. 서로 상충되고 애매한 결과는 뇌파검사를 처방한 의사와 같이 상의하고 리뷰 해야 한다. 뇌파 판독의 오류로 정상인을 뇌전증 환자로 진단하게 되면[56] 필요 없는 항경련제를 몇 년씩 복용하게 되고[57] 그로 인해 여러가지 부작용들이 발생하므로[58] 함부로 과잉 판독(over-reading)하면 안된다[59]. 항경련제가 효과가 없을 때, 약을 변경하거나 용량을 늘릴 생각을 하지 말고 발작(seizure)이 아닐 수도 있다는 생각을 해야 한다.

좋은 뇌파 판독을 위해서는 양질의 좋은 뇌파가 기록되어야 한다. 그러기 위해선 신경과 의사와 임상병리사 뇌파 기사(EEG technician)의 관계가 매우 중요하다. 의사는 판독하는 사람, 뇌파 기사는 검사하는 사람으로 끝나지 않고 서로 간의 긴밀한 상호작용과 원활한 대화를 통해 양쪽 모두의 능력을 향상시켜야 한다. 예를 들어 뇌파 기록시 환자가 발작할 때, 뇌파 기사는 판독의 또는 담당주치의에게 연락을 취하고, 발작 시 모습을 기록하고 보고하는데, 주치의가 ‘왜 나를 부르냐?’하면 안된다는 것이다. 또한 뇌파 검사의 질(quality)이 나쁘다면, 판독의와 뇌파 기사가 같이 기록된 뇌파를 보면서 대화하고 조율할 수 있어야 훌륭한 뇌파검사실이 되는 것이다. 뇌파검사실의 질 향상에 아주 중요한 부분이다.

우리가 임상병리학과에서 배웠던 뇌파에 관한 교육은 현재 실무에선 쓰지 않는 예전 아날로그 뇌파 위주의 교육이었고, 디지털 뇌파를 비롯한 임상적 실무교육이 부족하여 의료기관에 취업하면 다시 새로운 교육을 받아야만 했다. 또한 신경과, 소아과, 정신과의 뇌파검사실에 근무중인 임상병리사는 일부 병원에서만 임상병리사가 본인이 측정한 뇌파데이터에 대해서 예비 판독에 참여할 뿐, 뇌파검사실의 임상병리사는 주로 검사만을 시행하고 있다. 앞으로는 임상병리사의 활동영역을 좀 더 넓히고, 많은 판독 경험과 임상적 실무지식을 쌓아서 보다 많은 의료기관에서 우리의 새로운 영역인 ‘PA뇌파기사’로 많은 분들이 활동하길 바란다. 또한 뇌파검사실에서 근무하는 임상병리사가 흥미롭고 관심 있어 하는 보다 실무적인 내용들, 예를 들면 판독 오류, special EEG pattern, Wada검사, brain mapping, ECoG, 잡파, SEEG 등을 정리한 좋은 논문들이 많이 나오길 기대한다.

요 약

뇌파검사는 뇌전증을 가장 정확하고 빠르게 진단한다. 또한 뇌의 기능과 발작을 장소의 구애를 받지 않으면서 실시간으로 평가할 수 있는 중요한 검사이다. 뇌전증 분야에서는 뇌파검사지식과 임상경험이 많은 임상병리사가 PA를 하는 것이 적합하다. 전극 부착 방법은 국제 표준 10-20법을 기반으로 한다. 뇌파 판독은 주로 LB몽타주로 판독한다. 하지만 한 가지 몽타주만 이용하여 판독하는 것은 오류를 범할 수 있기 때문에, 상황에 맞게 2개 이상의 몽타주를 병용해서 판독한다. 뇌파에서 전위는 등고선의 형태로 보인다. 뇌파 진단에서 가장 중요한 원리는 과잉 판독이 아닌 과소 판독이다. 뇌파를 반복해서 기록할수록 더욱 민감하게 판독할 수 있다. 좋은 뇌파 판독을 위해서는 양질의 좋은 뇌파가 기록되어야 한다. 그러기 위해선 신경과 의사와 뇌파 기사의 관계가 매우 중요하다. 앞으로는 많은 판독 경험과 임상적 실무지식을 갖춘 임상병리사의 활동영역이 좀 더 확대되길 기대한다.

Acknowledgements

None

Conflict of interest

None

Author’s information (Position)

Hyun SC, M.T.; Kim D, M.D.

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