Objective Evaluation of Acoustic Transmission with Auditory Brainstem Evoked Potentials

Lim, Dukhwan; Kim, Chong Sun; Chang, Sun O

Original Article

Electrophysiology

Korean Journal of Audiology 2000;4(1):65-68.

Objective Evaluation of Acoustic Transmission with Auditory Brainstem Evoked Potentials

Dukhwan Lim, Chong Sun Kim, Sun O Chang

Department of Otolaryngology, College of Medicine, Seoul National University, Seoul, Korea

청각 유발성 전위를 이용한 청각 신호 전달 최적화 모델

임덕환^, 김종선^, 장선오

서울대학교 의과대학 이비인후과학교실

Abstract

In conductive hearing loss, the main difficulty of speech intelligibility appears to be due to the lack of either adequate transmission or amplification of acoustic energy. In this study, we measured the auditory brainstem response (ABR) of patients with conductive hearing loss and used these data to estimate the efficiency of acoustic energy transmission in the digital hearing aid fitting model. The amplitude and the latency of waveform morphology were incorporated into the transmission line ratio formula to objectively determine the mismatch ratio of acoustic energy. The ABR responses showed relatively uniform delays of the peaks when they were compared with those of normal responses. The result showed that higher amplitudes and shorter latencies of the ABR responses resulted in smaller differences in impedance matching stages. This pattern was closely related with decreased acoustic impedance reflection coefficients. We were, then, able to estimate the weighting coefficients of the digital hearing aid fitting model and the values seemed to be indicative of a physical state of the middle ear under conductive hearing loss. This new approach may also be helpful in improving an equivalent match of impedance between the two transmission stages during auditory rehabilitation programs.

Keywords: Auditory brainstem response;Acoustic transmission;Acoustic impedance;Reflection coefficient;Weighting coefficient;Hearing aid fitting.

교신저자：임덕환, 110-799 서울 종로구 연건동 28번지
전화) (02) 760-2445, 전송) (02) 745-2387, E-mail) wavelet@plaza.snu.ac.kr

서 론

효과적인 주파수 특성과 적절한 강도의 음 증폭에 대한 지침의 부재가 전음성 난청인 경우에서도 보청기를 통한 음 인지도 개선의 한 장애 요인으로 추정되고 있다.¹⁾²⁾ 보청기는 추가적인 음향 에너지를 통해서 정상 상태와 차이를 보이는 음향신호 전달 장애를 보충해줄 수가 있다. 그러나 여러 가지 방식과 가정에 근거한 기존의 조절 방식으로는 이 추가해주어야 하는 에너지 패턴이 효과면에서 쉽게 결정되어 지지 않고 있다.³⁾ 더구나 유소아등과 같이 협조가 어려운 경우에는 보청기의 처방이나 조정에 추가적인 어려움이 따르게 된다.
본 연구에서는 이러한 점들을 개선해보고자 auditory brainstem response(ABR)을 이용해서 객관적으로 청각 신호전달 효율을 추정하고, 그 재활에 사용되는 보청기의 조정을 적합화 시키는 새로운 방법을 개발해보았다. 이 연구에서는 전음성 난청환자의 ABR 반응자료를 이용하여 중이에서의 음향에너지 전달의 효율성을 평가하였다. 그리고 이 과정에서 복합음에 대한 주파수 대역별 상호간섭반응을 고려한 digital hearing aid fitting 모델을 구성하고 이 모델에서의 변수들을 결정하였다. 이러한 결과를 이용하여 난청 재활에 사용되는 다중밴드를 가진 디지털 보청기의 조정을 객관적으로 최적화 하는 시도를 하였다.

재료 및 방법

본 연구를 위하여 behind-the-ear(BTE) 형태의 디지털 보청기를 착용한 11명의 전음성 난청 환자가 선정되었다. 대상군은 1998년부터 2000년 사이에 주기적으로 ABR, air-bone gap, tympanogram, pure tone audiogram, speech discrimination 등이 검사기록 되었다. 이 실험의 수행과정은 블록화 된 단계로 나타낼 수가 있었다(Fig. 1).
우선 이들 대상군에서 주기적으로 주파수별 ABR반응이 기록되었다. 이때 보청기를 착용한 경우(aided)와 착용하지 않은 경우(unaided)의 ABR 반응을 이용하여 전달효율을 결정하는 reflection coefficient(RC)를 구하였다.⁴⁾ 이 RC 수치는 0에서 1사이의 값을 나타낸다. 여기서, 그 값이 0인 경우는 손실이 없는 완벽한 청각신호전달 효율을 의미하게 된다. 보청기 착용시의 ABR반응은 별도로 제작된 tubing을 이용하여 유발성 전위측정기(Traveller E, Bio-Logic Inc)의 음자극기와 연결되었다(closed system). ABR반응은 RF filter를 거쳐서 10 dB 간격으로 평균 가산되었고 그 파형 형태가 RC 결정에 사용되었다. 사용된 각 보청기에 특이한 반응지연시간과 잡음특성은 측정후 ABR 파형 결정시에 보정되었다.
이 RC는 두개의 경로1과 경로2를 통과할 경우에 임피던스 차이에 의해서 영향을 받으며, 이때 사용된 공식은 RC＝(Z1-Z2)/(Z1＋Z2)의 형태를 가지게 된다.²⁾⁴⁾ 여기서 Z1과 Z2는 입력 경로(1)과 출력 경로(2)의 임피던스이다. 이 임피던스의 비율을 이용해서 전달 효율을 나타내는RC 값이 결정된다.⁴⁾ 즉, 단계적으로 입력 음압의 크기를 변화시킨(10 dB step) aided 와 unaided ABR 결과를 least square approximation과정으로 처리하여 이 임피던스 비율을 추정하였다(Fig. 2).
이 과정에서 얻어진 자료는 디지털 보청기의 대역이 저, 중, 고 주파수 대역의 삼 단계로 구분되고, 그 대역별로 상호간섭 가중치(weighting coefficient, W)를 결정할 수 있게 만든 digital hearing aid fitting 모델에 적용되었다(Fig. 3).²⁾⁴⁾ 이때 각 대역별로 상호간섭반응을 나타내는 가중치들이 기록된 ABR자료에 의해서 결정되게 된다.
이 방법에서 얻어지는 reflection coefficient(RC)와 weighting coefficient(W)는 모두 singular value decomposition을 이용한 least square approximation으로 계산되었다.⁴⁾

결     과

BTE 형태의 디지털 보청기를 착용해온 전음성 난청 환자 11명 에게서 aided 및 unaided ABR결과들이 수집되었다. 그리고 이 결과에서 청각신호전달의 효율성을 나타내는 reflection coefficient, RC값들과 주파수대역 상호간의 영향을 나타내는 weighting coefficient, W값들이 계산되었다. 이때 나타나는 W 값을 살펴보면, 이 값은 최소 절대 값이 0이며 그 index 절대값이 커짐에 따라서 전체 모델에 미치는 영향이 커짐을 나타냈다(Fig. 4).
이 결과에서 플러스의 결과는 상승작용을 마이너스의 결과는 상쇄 작용을 보여 주었다. 일반적으로 전음성 난청으로 분류되는 경우도 주파수 밴드간에 강한 상호간섭 관계를 볼 수가 있었다.
청각정보전송의 효율성을 나타내는 RC값들은 난청의 정도와 관련성을 보였다. 이를 분석하기 위해서 이 대상군에서 얻어진 pure tone average(PTA) 값과 reflection coefficient, RC간의 상호관계를 조사하였다(Fig. 5). 이들 결과에서 통계적으로높은 RC값이 상대적으로 높은 정도의 난청 정도를 나타내는 것으로 나타났다(p＝0.005).
이 모델에서 얻어지는 weighting coefficient, W값에 대한 결과를 이용해서 디지털 보청기의 최적화를 시도했으며, reflection coefficident, RC를 추정할 수가 있었다. 이 W값은 RC 값에 영향을 주며, 이 RC값을 이용해서 전음성 난청인 경우에 중이에서의 기능적 상태에 관한 객관적 추정이 가능하였다.

고     찰

본 연구에서 전음성 난청인 경우에 그 청각신호전달 효율이 reflection coefficient를 통해서 표현될 수 있음을 알 수 있었다. 이러한 결과에 근거하여 복합음에 대한 주파수 대역별 영향이 고려된 모델이 개발되었고, 이 전음성 난청 환자들의 청력재활에 사용되는 디지털 보청기의 주파수 밴드 영역간의 상호간섭 과정을 객관적으로 결정하고 제어할 수 있는 새로운 방법이 제안되었다.
ABR반응에 기초해서 만들어진 방법은 나이별로 표준화된 자극 음압과 청각유발성전위 간의 관계를 고려한 자료들이 수집되면 청각손실에 대한 객관적인 검사와 진단에도 기여할 수 있으리라고 생각된다. 이러한 기법을 감각신경성 난청에서도 적용해볼 수 있을 것으로 판단되며, 그 효과면에서 비선형 반응 특성 때문에 모델에서의 다른 변수들의 보완이 필요할 것으로 추정된다.⁵⁾
여기서 제안된 방법은 주관적인 반응기록에 의존하지 않으므로 통상적인방법을 이용해서 보청기를 조정할 때 협조가 어려운 유소아 환자나 의사소통에 어려움이 있는 대상의 보청기 조정에도 유용하게 쓰일 수 있을 것으로 판단된다.
전음성 난청인 경우에도 주파수 대역별로 그 상대적인 음자극 강도에 따라서 음의 인식정도가 달라질 수가 있다. 그 관계는 아직 체계적으로 정량화되어 있지 못한 실정인데, 제안된 방법에서 대역별로 상호간섭되는 관계를 정량적으로 알려줄 수가 있어서 청력재활 프로그램의 효율성을 높여줄 수가 있을 것이다. 전음성 난청의 경우에도 정도의 차이는 있지만 이미 모델 변수간에 복잡한 상호 반응관계가 형성되어 있음이 주목된다.
비교적 근래에 다시 주목을 받고 있는 비선형 방식의 보청기 조정법인 IHAFF, DSL I/O, FIG6등과 더불어, 이 모델을 청력재활과 관련된 보다 광범위한 객관적인 검사 조절법의 한가지로 발전시켜, 감각신경성 난청에서의 효과도 얻어보고자 한다.⁵⁾⁶⁾⁷⁾

결     론

전음성 난청에 있어서 음 에너지 상실은 신호전달경로상의 임피던스 부정합 정도로 표현될 수 있으며 이것이 reflection coefficient로 정량화 되었다. 이러한 정량화된 자료를 이용한 블록화된 digital hearing aid fitting 모델이 개발되었으며, 여기서 복합음에 대한 주파수대역별 상호영향이 쉽게 판별될 수가 있었다. 이 결과를 이용해서 보다 객관적이고 체계적으로 보청기 조정을 최적화하여 전음성 난청 청력재활에 효과적으로 기여할 수 있으리라고 생각된다.

REFERENCES

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