현대 신경외과학에서 또 하나의 큰 발전은 현미경수술(microsurgery)의 도입이다. 즉 수술용 현미경을 이용해서 정상조직에는 별로 손상을 주지 않고 병소를 절제할 수 있고, 아주 가는 혈관이나 신경을 정밀하게 문합할 수도 있게 되었다. 최초의 수술용 현미경인 브리넬-라이츠 현미경은 1921년 스웨덴 스톡홀름 대학에서 이비인후과 의사인 칼 닐렌이었다. 그리고 그의 동료인 군나르 홀그렌(Gunnar Holmgren)이 닐렌의 현미경을 개량하여 1922년 쌍안현미경을 개발하였다.
양안 확대 안경으로 안과수술을 처음 집도한 사람은 Zehender(1987)이고 현미경이 수술에 사용되기 시작한 것은 Evald(1921)가 귓속 미로(labyrinth)수술에 적용한 것이며 시야가 어두운 것이 결점이었다. 그 후 이비인후과, 안과, 혈관외과 등에서 활발하게 현미경수술이 시행되면서 현미경 자체도 점차 개량되었다.
1950년 Lougheed와 Malis등은 처음으로 동물실험에 수술현미경을 사용하였고, '후자'는 Wood가 고안한 쌍극 응고기(bipolar coagulator)를 사용함으로써 미세수술에 획기적인 발전을 가져오게 하였다. 임상적으로 처음 신경외과 영역에 현미경수술을 도입한 사람은 Kurze로서 1957년 처음으로 수술용 현미경을 이용하여 청신경초종(acoustic neurinoma)을 절제하였다.
한편 혈관외과에서는 수술용 현미경을 처음으로 도입한 줄리어스 제이콥슨(Jacobson)이 1959년 수술용 현미경으로 뇌혈관의 문합술이 가능할 것이라 발표하고, 1960년 중뇌동맥 색전 제거술(embolectomy of MCA)을 실시하였다. 그는 수술용 현미경으로 1.4mm 정도의 작은 혈관을 결합해 '미세수술(Microsurgery)'라는 용어를 만들었다. 그 이후 수술용 현미경은 뇌혈관계 수술에 급속도로 이용되기 시작했다. 뇌동맥류에 대해서는 1964년 Adams와 Witt, 1965년에 Drake 등이 제일 먼저 수술용 현미경을 사용하여 수술하였고 페색성 뇌혈관 질환의 치료법으로서 천측두동맥-중뇌동맥 문합술(STA-MCA anastomosis)에 대해서는 야사르길(Yasargil)의 발표가 있었다. 이것 외에도 말초신경 접합술, 동정맥기형 적출술, 삼차신경의 혈관 감압술(vascular decompression), 접형골 경유 뇌하수체 종양제거술(transsphenoidal hypophysectomy), 뇌기정동맥 및 추골동맥의 동맥류 수술 등 미세신경외과술의 적용범위는 점차 넓어지고 이 방법에 의한 수술 후에 다른 질병이 발생하는 이병률(morbidity)과 사망율이 현저하게 줄어들어 신경외과학 발전에 지대한 공헌을 하고 있다.
1927년 포르투갈 리스본 대학의 신경학자 에가스 모니즈(Egas Moniz)가 내경동맥(catotid artery)에 요오드화 조영제를 주입하고 X선을 이용해 뇌혈관을 시각화하여 뇌혈관 조영술을 개발하였다. 이후 유럽의 방사선학자들이 더욱 발전시켜 1964년 노르웨이의 페르 아무센(Per Amudsen)이 현재와 같은 대퇴동맥 접근법으로 뇌혈관 조영술을 완성하여 중재적 방사선의 초석을 만들었다.
중재적 방서선학 기술을 처음으로 뇌에 적용한 사람은 Luessenhop(1960)이며 뇌동정맥 기형에 대하여 경동맥을 통해 병소부위를 막아서 치료하였고, Newton & Adams는 1968년에 척수혈관종에 대해서 경피적(percutaneous)으로 또 1968년 Doppman등은 척수조영술을 이용해서 병소부위를 치료하였다.
그 후 자력으로 유도되는 카테터(magnetically guided catheter)와 풍선카테터(balloon catheter) 기술이 개발되었고, 러시아의 신경외과 의사인 세르비넨코(Fedor Serbinenko)가 1974년 경동맥 해면동 루(carotid cavernous fistula)에 분리되는 풍선을 위치시켜 병소부위를 폐쇄하는 기술을 발표하였다. 이때부터 중재적 신경방사선학이 급속한 발전을 보였고, 1975년 Kerber와 그의 협력자들은 calibrated leak ballon을 사용하는 기술을 개발하였다. 즉, 동맥을 통하여 뇌동맥 속에 끝에 풍선이 달린 No.2 French의 카테터를 삽입하는데, 이 풍선 속에는 조영제가 들어있어 뇌동정맥 기형의 원인이 되는 급양동맥(feeding artery)이 시작되는 부위를 찾아갈 수 있고 그 부위에 도달하면 풍선을 팽창시켜 막은 다음 접착제(IBC)를 주입해서 뇌동정맥기형의 주물(cast)을 만들어 버린다. 이러한 기술을 개발하는데 크게 공한한 사람은 Rene Djindjian과 그의 후계자들이다.
1980년대 후반 이탈리아의 Gianturco가 동맥류를 페쇄하기 위해 개발한 코일(coil)을 발명하여 balloon 카테터를 대체하기 시작하였다. 또한 그는 미국 FDA의 승인을 받은 최초의 혈관 내 스텐트에 대한 특허도 받았다.
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