2017년 Chiang 등[4]이 바늘 전극을 이용한 IONM을 소개하였다. 두 개의 single needle electrode(Medtronic Xomed, Jacksonville, FL, USA)를 갑상연골의 외측면에 비스듬히(oblique) 삽입하여 IONM을 시행했다. 바늘 삽입이 연골막하에 국한되도록 하여 후두 내의 혈종이나 점막 손상 등을 피하는 것이 중요하다. 바늘 전극을 통해 얻은 신호의 amplitude가 EMG 튜브에서 얻은 것에 비해 유의하게 높게 나타났으며, EMG 튜브에서 발생한 3건의 위양성 신호소실이 바늘 전극에서는 발생하지 않아 더 높은 정확도를 보였다. 바늘 전극을 삽입하는데 소요된 시간은 약 2분으로 수술 시간에 큰 영향을 주지 않았고, 잘 고정하면 수술 중에 수술자가 전극의 상태를 안정적으로 관찰하면서 IONM을 시행할 수 있다. 그러나 갑상연골을 상방까지 충분히 노출해야 전극을 삽입할 수 있으므로 피부 절개선이 작거나 피부 피판이 충분히 박리되지 않으면 전극 삽입에 어려움이 있을 수 있다. 바늘 전극은 하나의 전극에 두 개의 바늘이 있는 paired needle electrode(Medtronic Xomed)를 사용해도 가능하다(Fig. 1A)[9]. 국내에서는 Jung 등[10]이 두 개의 22 mm twisted pair needle electrode(Medtronic Xomed)를 양측 갑상연골에 삽입하여 IONM이 가능함을 보고한 바 있다. 바늘 전극을 통해 얻은 신호는 EMG 튜브에서 얻은 것보다 높은 amplitude를 보였으며 EMG 튜브의 양성예측도가 40%로 낮은 반면, 바늘 전극의 경우 100%의 높은 양성예측도를 얻을 수 있었다. 즉, 바늘 전극을 이용하면 위양성 신호소실을 완전하게 피할 수 있다는 것이다.

최근에는 하나의 dual paired needle electrode(DSN 2299, Medtronic Xomed)를 일측 갑상연골에만 삽입하여 IONM을 시행할 수 있다는 보고가 있었다(Figs. 1B and 2A)[11]. 특히 국내의 경우 갑상선 일측엽 절제술을 시행 받는 환자들은 대부분 EMG 튜브가 보험 적용될 수 없어 이와 같은 바늘 전극의 효용성이 높다고 판단된다. Lee 등[11]에 의하면 갑상연골을 상방까지 충분히 노출하지 않더라도 갑상연골의 하방일부만 노출한 후에 바늘의 방향을 하방에서 상방으로 비스듬히 삽입해도 IONM을 시행하는 데 문제가 없다. 단, Chiang 등[4]이 언급한대로 고령의 환자는 연골의 석회화 때문에 삽입이 어려울 수 있고 갑상선이 비대한 경우나 비만 환자의 경우 갑상연골이 충분히 노출되기 어려운 경우가 있다. Lee 등[11]의 연구에서 사용한 바늘의 길이는 12 mm인데, 갑상연골의 석회화 또는 노출 정도에 따라 바늘이 5 mm보다 짧게 삽입된 경우에는 바늘이 5 mm 이상 깊이 삽입된 경우에 비해 낮은 신호 amplitude를 보였다. 그러나, 바늘 삽입이 5 mm 이하였던 환자군에서도 평균 591~860 μV의 진폭을 얻을 수 있어 IONM을 시행하는 데는 문제가 없었다.

윤상갑상막을 통해 바늘 전극을 삽입하는 시도들이 있었는데 초기 연구에서는 중앙에서 후두 내부로 paired needle을 삽입하여 성대 내부로 바늘이 삽입되는 위험이 있었다[12,13]. 이를 보완하기 위해 Li 등[14]은 두개의 paired needle 전극을 갑상연골의 하연을 통해 성대근육을 향해 상방 외측으로 삽입하는 방법으로 성대 손상 위험을 최소화하여 IONM을 시행할 수 있다고 보고했다(Fig. 1C). 연구에 포함된 92명 중 2명의 환자에서 5 분간의 압박이 필요했던 출혈이 있었으나 혈종이나 감염 등의 합병증은 없었다고 한다.

부갑상선 절제술 시에 두 개의 paired needle 전극을 피부를 통해 직접갑상연골 양측에 삽입하여 IONM을 시행한 연구가 최근 보고되었다(Fig. 1D)[7]. 총 20명의 환자 중 5명은 갑상연골의 석회화로 바늘 삽입에 어려움이 있었고 초기 진폭의 크기가 500 μV 이하로 나오는 한계가 있었지만 바늘 삽입에 따른 합병증 없이 평균 1000 μV 이상의 높은 신호 진폭을 획득할 수 있었다. 이 방법은 갑상연골을 직접 노출할 필요가 없다는 장점이 있지만 바늘 전극의 길이가 12 mm이므로 비만 환자에서는 사용이 제한될 수 있다. 또한 전극 삽입 과정에서 피부와 연골 사이에 주행하는 혈관이 손상될 수 있어 혈종이 발생할 가능성을 고려해야 한다.

2018년 Wu 등[15]이 부착형 표면 전극을 피부에 부착하여 갑상선 수술 중 IONM이 가능함을 동물실험을 통해 보고하였다. 피부에 부착된 표면 전극을 통해 얻은 amplitude는 미주신경(202 μV:776 μV)과 반회후두신경(264 μV:907 μV) 모두 EMG 튜브에서 얻은 신호보다 유의하게 낮았다. 그러나 EMG 튜브의 위치를 의도적으로 이동시켜 성대와의 접촉이 떨어지도록 하여 amplitude가 떨어지는 실험 조건에서도, 피부 부착형 표면 전극을 통해 얻은 EMG 신호에는 변화가 없었다. 이는 부착형 표면 전극을 이용한 IONM도 바늘 전극을 이용한 경우와 마찬가지로 EMG 튜브 변위(malposition)에 따른 위양성 신호 감소 또는 소실을 피할 수 있는 방법임을 제시한다.

Lee 등[5]은 부착형 표면 전극(DSE 3125, Medtronic Xomed)을 갑상 연골의 양측 상방 피부에 부착하여 25명(39 nerve at risk)의 갑상선 수술 환자에서 IONM이 가능함을 보고하였다(Figs. 1E and 2B). Wu 등[15]이 보고한 동물 실험 결과와 같이 표면 전극에 의한 EMG 신호는 EMG 튜브에 의한 신호에 비해 amplitude가 약 1/4로 낮게 나타났다. 그러나, EMG 튜브에서 발생한 4건(10.3%)의 위양성 신호소실이 부착형 표면전극에 의한 EMG 신호에서는 나타나지 않아 피부에 부착된 표면 전극이 EMG 튜브의 변위에 따른 한계점을 극복할 수 있음을 보여 주었다. 또한, 해당 연구에 사용된 표면 전극은 EMG 튜브에 비해 월등한 가격 경쟁력이 있으므로 EMG 튜브를 사용할 수 없는 경우나 사전에 준비가 되지 않은 경우에 대안이 될 수 있음을 기술하고 있다.

피부 부착형 표면 전극을 이용한 IONM은 현재까지 보고된 방법 중에 가장 안전한 방법으로 평가된다. 그러나 EMG 튜브에 비해 낮은 amplitude는 분명한 한계로 지적되고 있다. 향후 전극 관련 기술 개발을 통해 amplitude를 높이고 갑상선 또는 부갑상선 수술에 최적화된 디자인의 전극이 개발된다면 더욱 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 전자 피부(electronic skin)[16] 개발도 이를 극복할 수 있는 대안이 될 수 있다[6].

2018년 Wu 등[6]은 갑상연골을 노출시킨 후 피부 부착용 표면 전극(adhesive pre-gelled electrode, Neotrode II, ConMed Corp., Utica, NY, USA) 한 쌍을 연골 양쪽 측면에 부착하여 IONM을 시행하는 방법을 보고하였다(Fig. 1F). 이 방법 역시 EMG 튜브의 변위와 관계 없이 안정적인 EMG 신호를 얻을 수 있었고 amplitude도 미주 신경에서 607 μV, 반회후두신경에서 695 μV를 얻어 EMG 튜브에 비해서는 다소 낮으나 피부에 전극을 부착한 경우에 비해 높은 amplitude를 획득하였다. 그러나, 저자들은 갑상연골을 충분히 노출하기 위해서 피부 절개선이 충분히 길어야 하며, 수술시간이 다소 연장될 수 있으며, 피부 부착용 전극의 크기가 커서 갑상연골에 부착하기에는 크기가 제한점이라고 기술했다. 그리고, shunt stimulation이 발생하면 주변의 근육에서 발생한 신호가 기록될 수 있는 점도 유의 사항이다. 또한, 표면 전극이 갑상연골에서 떨어질 수 있는 위험이 있으므로 향후 갑상연골에 안정적으로 부착할 수 있는 전극이 개발된다면 EMG 튜브의 대안으로 고려해 볼 수 있을 것이다.

부착형 표면 전극(Dragonfly bipolar surface electrode, Neurovision Medical Products, Ventura, CA, USA)을 갑상연골에 부착해서 IONM을 시행한 Van Slycke 등[17]의 연구에서는 EMG 튜브의 신호에 비해 높은 amplitude를 얻은 반면 Liddy 등[18]의 연구에서는 EMG 튜브 신호의 83% 이하로 다소 낮은 amplitude를 보였다. 두 연구 모두 수술자가 전극의 상태를 감시할 수 있으므로 마취과 의사의 도움 없이 또한, 튜브의 상태와 관계없이 IONM을 안정적으로 시행할 수 있는 것을 장점으로 꼽았다. 한편, Van Slycke 등[17]은 Prolene 5.0를 이용하여 전극을 연골막에 고정하는 방법을 소개하기도 했다.