Recurrent laryngeal nerve injury and nerve recovery evaluated by EMG, accelerometry and direct laryngoscopy : -An experimental approach -

Abstract

Den mest fryktede komplikasjonen ved endokrinkirurgi på hals er bilateral skade på nervus laryngeus rekurrens (RLN) som kan føre til lammelse av stemmebåndene, ledsaget av alvorlige respirasjonsproblemer som kan ende i trakeostomi. Implementeringen av intraoperativ nervemonitorering (IONM) gjør det mulig for kirurger å forutsi stemmebåndenes funksjon ved endt operasjon, ved hjelp av elektromyografi (EMG) signaler. Det muliggjør også «staged thyroidektomi», dvs. at operasjonen hvor en fjerner skjoldbruskkjertelen avsluttes etter den første siden ved tap av EMG-signaler (LOS) på denne siden. Slik kan kirurgen sikkert unngå bilateral nerveparalyse når LOS oppstår etter den første siden i planlagt bilateral kirurgi. Spontan gjenoppretting av nervefunksjon etter LOS er mulig intraoperativt og kan bli oppdaget av IONM. I litteraturen rapporteres det om uoverensstemmelser mellom EMG signaler og stemmebåndsbevegelse, noe som blant annet utfordrer konseptet med to-delt operasjon. Hensikt Målet med avhandlingen var å evaluere EMG endringer registret ved kontinuerlig nerveovervåkning (CIONM) i forhold til faktisk bevegelse av stemmebåndene under pågående skade på RLN, og under gjenoppretting av nervefunksjon. For dette formålet ble en ny metode, akselerometri (ACC), utviklet og anvendt sammen med videolaryngoskopi. Material og metode Artikkel I: I et eksperimentelt oppsett ble seks RLN fra fire griser undersøkt for å sammenligne fall i EMG signaler og i sanntidsbevegelse av stemmebåndene under traksjonsskade. Stemmebåndenes bevegelse ble registrert fortløpende ved hjelp av en akselerometerprobe festet i det ipsilaterale stemmebåndet. Traksjonen ble holdt til LOS, og korrelasjon mellom EMG og ACC ble beregnet. Artikkel II: 16 griser ble undersøkt under bilateral traksjonsskade på RLN, som til sammen utgjorde 32 eksponerte nerver (NAR). 16 NAR ble skadet til LOS, og 16 til 70% reduksjon fra utgangsamplituden, basert på CIONM. Vi sammenlignet EMG-signaler i starten av traksjon, ved avslutning av traksjon, og etter 20 og 40 minutter. Etter ekstubasjon gjorde vi et videoopptak av stemmebåndsbevegelse og som blindet ble sammenlignet med EMG verdier. Artikkel III: EMG verdier og ACC –avlesninger fra 16 griser med totalt 32 NAR ble undersøkt under bilateral traksjonsskade og 40 minutters restitusjonstid. 16 NAR ble skadet til LOS, og de resterende til 70 % amplitude reduksjon fra utgangspunkt. Korrelasjonen mellom EMG og ACC ble sammenlignet fra: A) starten av trekket til det ønskede EMG nivået, og B) i løpet av 40 minutters restitusjonstid. Resultater Artikkel I: Stemmebånds-kontraktilitet vurdert ved akselerometri endret seg parallelt med EMG amplituden, med høy korrelasjon, r2 (0.707 til 0.968). Artikkel II: Generelt var den intraoperative gjenopprettelsen av nervefunksjon lav etter LOS. Selv etter 70% amplitude depresjon gjenvant bare halvparten av nervene amplituder ≥50% av utgangsverdien. Videolaryngoskopi viste adekvat bevegelse av stemmebåndene hos 10 av 14 NAR i 70% -gruppen og hos bare tre av 14 nerver i LOS-gruppen. Artikkel III: Korrelasjonene var for 70%- og LOS-gruppen fra start til slutt på trekket (mean (± SD)): 0,82 (± 0,17) og 0,87 (± 0,17). Under 40 minutters restitusjon ble tilsvarende korrelasjonskoeffisienter beregnet til (mean (± SD)) 0,50 (± 0,48) i 70%-gruppen og 0,53 (± 0,33) i LOS-gruppen. Konklusjoner Artikkel I: Under traksjonsskade på RLN blir den observerte nedgangen i EMG-amplitude reflektert av en parallell nedgang i bevegelse av stemmebåndene. Artikkel II: Hvis tidlig gjenoppretting av nervefunksjon skjer, ser det ut til at det i stor grad blir avgjort i løpet av de første 20 minuttene etter skaden. En ventetid på 20 minutter virker tilstrekkelig for å oppdage tidlig tilbakekomst av nervefunksjon med tanke på en klinisk beslutning om å avbryte thyroidektomi ved EMG fall på første opererte side. EMG amplitude og bevegelse av stemmebåndet vurdert ved videolaryngoskopi korrelerer ikke alltid. Følgelig kan det hende at EMG ikke alltid sikkert forutsier gjenoppretting av stemmebåndets bevegelse etter nerveskade. Artikkel III: Under nerveskade finner man en høy korrelasjon mellom akselerometri og EMG målinger. I løpet av den tidlige restitusjonsperioden er korrelasjonen mer moderat. Stemmebåndsfunksjonen kan antas tilstrekkelig basert på EMG gjenoppretting, som videre bekreftes av ACC avlesningene. ACC ser imidlertid ut til å være mer egnet enn EMG for å predikere gjenoppretting av VC bevegelse etter nerveskade.

The most feared postoperative complication during endocrine neck surgery is bilateral vocal cord palsy (VCP) caused by bilateral recurrent laryngeal nerve (RLN) injury. This is often accompanied by severe respiratory problems and will end with a tracheostomy. The implementation of intraoperative nerve monitoring (IONM) enables the surgeon to predict vocal cord (VC) function at the end of surgery. IONM also allows for staged thyroidectomy to avoid bilateral nerve palsy when loss of signal (LOS) from the electromyography (EMG) recordings occurred after the first side in planned bilateral surgery. Recovery of nerve function after LOS during surgery is possible and may be detected by IONM. In the literature discrepancies between EMG and VC movement are reported and challenge the concept of staged thyroidectomy. Purpose The aim of the present project was to evaluate the EMG changes obtained by continuous intraoperative nerve monitoring (CIONM) in relation to actual VC movement during ongoing experimentally induced RLN injury and recovery. For this purpose, a new method using accelerometry, was developed and applied together with videolaryngoscopy. Materials and Methods Paper I: In an experimental setting, six RLN from four immature domestic pigs were studied to compare the decline of EMG signals with the impairment of real-time movement of the VC during traction on the RLN; the VC movement was recorded in real-time using an accelerometer (ACC) probe attached to the ipsilateral VC. Traction was held until LOS, and the correlation between EMG and accelerometer readings were calculated. Paper II: 16 pigs, with 32 nerves at risk (NAR) were examined during bilateral traction damage to the RLN. 16 NAR were damaged until LOS, and 16 until a 70 % amplitude reduction from baseline, based on EMG readings obtained by CIONM. We compared EMG signals at start of traction, end of traction, and after 20 and 40 minutes. After extubation we performed video recordings of the VC-movement and later made a blinded comparison between VC-movement and EMG reading. Paper III: In 16 pigs with 32 NAR EMG values and ACC readings during bilateral traction damage and a recovery phase were examined. As in paper II, 16 nerves were damaged until LOS, and the remaining until 70% amplitude reduction from baseline. The correlation between EMG and ACC was compared from: A) start of traction until the desired EMG level, and B) during 40 minutes recovery time. Results Paper I: During RLN traction, VC contractility assessed by VC accelerometry decreased in parallel with EMG amplitude, with statistically significant correlations with r2 ranging from 0.707 to 0.968. Paper II: The overall intraoperative recovery was low after LOS. After 70% amplitude depression, only half of the nerves demonstrated EMG recovery to amplitudes ≥50% of baseline. Videolaryngoscopy showed adequate VC movement in 10 of 14 nerves in the 70% group and in only three of 14 nerves in the LOS group. Paper III: Correlations between EMG and ACC values for the 70%- and LOS-group from start to end of traction (mean (± SD)) were: 0.82 (± 0.17) and 0.87 (± 0.17). During 40 minutes recovery corresponding correlation coefficients were calculated to (mean (± SD)): 0.50 (± 0.48) in the 70% group and 0.53 (± 0.33) in the LOS-group. Conclusions Paper I: During traction injury to the RLN, the observed decrease of EMG amplitude during injury is closely mirrored by a parallel drop in VC movement. Paper II: If early RLN recovery occurs, it seems that it is largely determined during the first 20 minutes after injury. From our findings a 20-minute wait seems sufficient to detect early nerve recovery with regards to the clinical decision whether to abort a thyroidectomy, or to proceed with surgery after EMG drop during the first half. The final EMG amplitude and VC twitch as evaluated by videolaryngoscopy did not always correlate. Consequently, after RLN recovery, the EMG amplitude may not always safely predict the VC movement. Paper III: During RLN injury, there is high correlation between accelerometry and EMG readings. In the following early recovery period, the correlation is more moderate. The VC function can be assumed sufficient based on EMG recovery, as further confirmed by the ACC readings. However, ACC appears to suggest a more favorable recovery of VC movement that what the EMG data would predict.