Promontory Stimulation Test (PST) and Event-Related Potential (P300)

Lee, Sang Heun; Lee, Dong Yik

Review

Electrophysiology

Korean Journal of Audiology 2000;4(2):96-101.

Promontory Stimulation Test (PST) and Event-Related Potential (P300)

Sang Heun Lee, Dong Yik Lee

Department of Otolayngology, School of Medicine, Kyungpook National University, Taegu, Korea

갑각전기자극검사(PST)와 Event-Related Potential(P300)

이상흔^, 이동익

경북대학교 의과대학 이비인후과학교실

교신저자：이상흔, 700-721 대구광역시 중구 삼덕 2가 50
전화) (053) 420-5777, 전송) 423-4524, E-mail) leesu@knu.ac.kr

서 론

인공내이 이식은 보청기로서도 도움을 받지 못하는 전농이나 고도이상의 감각신경성 난청자들의 청력재활에 가장 효과적인 방법으로 각광받고 있다. 이식 후의 언어 이해능력은 청신경과 중추 청각 신경계의 손상정도, 발병원인, 발병연령, 난청기간, 시술 당시 연령, 청각의 필요성에 대한 동기 등에 따라 많은 차이가 있다. 이 중에서 청신경의 신경전달경로의 보존여부는 수술결과에 절대적인 영향을 미치기 때문에 매우 중요하나 술전에 정확한 활동상태를 추정하기가 곤란한 것이 인공내이 이식술이 가지는 문제점이다. 청신경과 중추의 장해여부를 검사하는 방법으로는 크게 전기생리학적 방법과 뇌영상촬영법이 있는데 전기생리학적 방법에는 갑각자극검사(promontory stimulation test), mismatch negativity(MMN), eventrelated potential(P300), electrical auditory brainstem response(EABR)와 neural response telemetry(NRT) 등이 있고 영상촬영법에는 positron emission tomogram(PET)과 single positron emission computed tomogram(SPECT) 등이 있다.^1-5) 이중 갑각전기자극검사는 비교적 간편하고 비침습적이므로 아직도 기본적인 술전 검사방법으로 많이 이용되고 있으나 자각적 검사이기 때문에 5세 미만의 소아나 지능에 장애가 있는 경우와 협조가 되지 않는 경우는 측정하기 힘들고 결과가 부정확하다.⁶⁾⁷⁾ MMN이나 P300같은 장잠복기는 청각기능과 함께 뇌에서의 인지능력을 위하여 측정되는데 뇌 영상촬영과 함께 많은 도움을 준다.⁴⁾⁵⁾ 여기서는 갑각전기자극검사와 P300에 관하여 언급하고자 한다.

Promontory Stimulation Test

개 요

갑각전기자극검사(PST)는 1970년대 초에 House와 Brackmann에 의해 시작된 이후 고도 감각 신경성 난청 환자에 있어서의 인공내이 이식 수술의 적응과 수술부위 결정에 이용되어 왔다.⁸⁾ PST는 갑각이나 정원창을 통하여 전기 자극을 50~1600 Hz 빈도로 주어 정신생리학적인 반응을 기록하게 되는데 주관적인 평가방법에는 최소가청역치와 dynamic range 그리고 gap detection이 있다. 최근에는 소아이식환자가 대부분을 차지함으로서 술전 청신경의 survival에 대한 보다 객관적인 반응검사가 요구되어 EABR이나 NRT가 선호되고 있으나 아직도 광범위하게 이용되기 위해서는 좀더 개선되어야 할 점이 많다.²⁾³⁾

검사기기의 구성

PST를 시행하기 위해서는 먼저 자극 전류를 발생시키는 갑각자극기와 이 자극을 갑각(promontory)에 전달할 needle electrode가 필요하다. 갑각자극기의 구성은 Fig. 1과 같다.

검사전 준비

마 취
우선 외이도를 깨끗이 한 다음 고막을 국소 마취한다. 마취는 리도카인과 에피네프린을 섞은 용액을 고막에 점적하여 Iontophoresis시키거나 외이도에 직접 주사하여 마취한다. 그 다음 접지 전극을 동측 유양돌기 부분에 부착하고, 이경은 플라스틱으로 된 것을 사용한다.

전극 삽입
   Needle electrode를 고막의 후하방에 umbo와 annulus 중간 위치로 삽입하여 정원창 함요(niche) 직상방의 갑각에 위치시킨다. 침상전극은 갑각에 접촉될 끝 부분을 제외하고는 teflon으로 코팅되어 있기 때문에 절연효과가 있어 외이도나 고막을 통해 전류가 흘러나가는 것을 방지한다. 일단 전극을 갑각에 위치시키면 솜과 얇은 반창고 등으로 흔들리지 않게 고정을 하여야 한다. 정원창을 직접 자극할 때는 ball electrode를 사용한다. 이때는 tympanomeatal flap을 올리거나 고막절개를 하여 정원창 함요를 노출시키고 전극을 정원창 함요에 위치시킨 다음 중이강은 젤폼으로 채우고 flap을 덮는다. 전극은 외이도에 솜과 얇은 반창고로 고정시킨다.

전기 자극
전기 자극에는 burst, pulse와 gap 세 가지의 모드가 있다. Burst 모드는 biphasic rectangular square wave를 500 msec길이로 매초당 1회, 즉, 500 msec on and off의 형식으로 방출하는 모드이며 주로 최소가청역치와 dynamic range를 측정할 때 사용된다. Gap 모드는 gap detection과 temporal difference limen을 측정할 때 사용된다.

검사 방법

Threshold와 Dynamic range
   전기 자극은 pulse rate 50 Hz, amplitude 0 μA부터 시작한다. Pulse rate는 50, 100, 200, 400, 800, 1600 Hz의 순으로, amplitude는 0 μA에서 500 μA까지 피검자가 소리를 듣거나 자극을 느낄 때까지 서서히 증가시킨다. 이때 갑자기 증가시키면 내이의 갑작스런 자극으로 어지러움을 유발시키므로 조심해야 된다. 자극을 주면서 피검자에게 소리나 어떤 자극이 느껴지면 행동으로 표시하게 함으로써 그 값을 측정할 수 있다. 최소가청역치(threshold)는 피검자가 소리를 최초로 지각할 수 있는 최소한의 자극이며 불편을 느끼거나 통증을 느낄 정도의 소리 크기가 되는 시점이 Maximal acceptable loudness(MAL)이다. Threshold와 MAL의 차이가 dynamic range이다. 전기 자극을 할 때 환자가 고통을 느낄 때는 다음의 사항을 고려해야 한다. 첫째, 전극 끝이 Jacobson's nerve에 너무 가까이 위치하면 통증을 느끼는데, 이 경우 전극을 살짝 빼서 조금 하방에 위치시켜 본다. 이때 고막 밖으로 전극을 완전히 빼서는 안된다. 둘째, 전극이 고정이 잘 안되어 흔들리는 경우 고막을 자극하여 통증을 유발할 수 있다. 셋째, 전극을 손으로 잡고 있는 경우 이경에 눌려서 통증이 야기될 수 있다. 소리에 대한 반응은 Fig. 2와 같은 표를 제시하여 현재 어느 부분에 해당되는지 지적시키는 것이 판독하기 쉽다(Fig. 2). 피검자들은 대개 장기간 소리의 인지기회가 없었으므로 단지 느낌만으로 반응할 수 있으므로 반복하여 검사함으로서 정확하게 판독할 수 있다.

Gap detection
Gap test는 자극 전류사이에 짧은 간격을 두고 이것을 인지하는지의 여부로 시간에 따른 인지능력(temporal resolution)을 측정하는 것이다(Fig. 3, Table 1). 자극은 gap 모드로 하여 100 Hz의 pulse rate로 MAL의 자극을 주는데 자극 전류사이의 간격은 250 ms에서부터 10 ms까지 주는데, 250 ms부터 50 ms까지는 50 ms씩 감소시키고 10 ms까지는 10 ms씩 감소시키면서 환자가 50%에서 gap을 더 이상 감지 못할 때까지 측정한다.

Temporal difference limen
Temporal difference limen(TDL) 검사는 각기 다른 길이의 자극을 연속으로 주어 이것을 구별할 수 있는지의 여부로 temporal processing ability를 측정한다(Fig. 4). 환자에게 long(500 ms) and short(250 ms) signal burst를 주고 이것이 short-long인지 long-short인지 질문하는 것이다. TDL로 temporal processing ability를 측정하는 것은 인공와우 이식의 결과 예측에 좋은 척도가 된다. 즉 TDL이 낮을수록 이식 후의 언어 이해 능력은 더 좋을 것이라는 것을 예상할 수 있다.

검사결과 및 판독

검사결과는 Table 2와 같이 최소가청역치와 MAL, 그리고 gap test 결과를 기록하여 판독한다. 수술전의 검사결과와 수술후의 청각 및 언어청취능력과는 많은 보고에서 직접적인 연관성이 없다고 한다. 그러나 개개인 사이에는 여러 복합적인 요인들이 결과에 영향을 미치지만 적어도 동일개체내에서는 검사소견이 더 좋은 쪽이 수술결과도 좋을 것으로 예상된다. 특히 gap test 결과는 청각의 시간분해능(temporal resolution)에 관한 중요한 정보를 제공해 주므로 같은 조건하에서는 gap test 결과가 양호한 쪽을 선택하는 것이 좋다.

PST의 제한점

PST의 단점은 intracochlear threshold를 정확히 반영하기는 어렵다는 것이다. 그 이유로서는 갑각에 전극을 위치시키는 접점이 일정하지 않고, electrical current가 광범위하게 분산되고, 또한 current가 주위구조의 차이와 전기적인 특성에 의해 영향을 받기 쉽기 때문이다. 또한 PST는 성인과 협조가 잘되는 소아에서는 유용한 검사이지만 주관적인 검사이므로 협조가 잘 안되는 5세 미만의 유, 소아에서는 실시할 수 없다.

Round window stimulation test(RWST)

갑각자극검사의 여러 가지 단점을 보완하기 위하여 시도되고 있는 방법이 정원창자극검사(RWST)이다. 이는 갑각자극검사에서 전극이 고실내에 위치하는 것을 직접 확인할 수 없고 이로 인해 높은 자극을 줄 때 때때로 tympanic plexus의 자극에 따른 dynamic range 측정값이 실제값보다 줄어드는 결과가 초래되는 데 반해 정원창 자극검사는 직접 tympanomeatal flap을 들어올려서 눈으로 확인하여 ball 타입의 전극을 정원창에 위치시킨다.⁷⁾ 그러므로 정원창자극검사가 갑각자극검사에 비해 작은 전류로서 청신경을 자극하여 threshold나 dynamic range를 측정하고 술 후 예후를 잘 반영할 수 있다고 알려져 있다. 그러나 침습적이기 때문에 갑각자극검사를 일차로 시행하고 이에 반응이 없을 때에 정원창자극검사를 시행하는 것이 현명한 방법이라 하겠다.

P300 & Brain Mapping

개 요

최근 대뇌 피질의 기능성 연구가 활발히 진행되면서 유발반응을 이용하여 인공내이 이식 대상자 선정과 그결과 판정에 이용하고 있다.⁹⁾¹⁰⁾ 이중에서 장 잠복기 유발전위(ALR, auditory late response)는 비교적 주파성 응답성이 양호하고 청각 심리학적 역치에 근접하여 여러 대뇌 피질의 활동을 반영하는데 이중에서 정신 기능에 의해서만 유발되는 내적 전위인 인식 유발전위인 P300이 관심을 끌고 있다. 이것은 피검자의 자극에 대한 주의 집중 여부에 따라 발생하게 되며 장 잠복기 유발전위 중에서 가장 대표적인 내적 전위이다.⁹⁾ P300은 측두엽, 전두엽, 기억을 담당하는 변연계, 자극의 구분에 관여하는 중뇌 망상체 등에서 발생한다고 알려져 있다.^11)12)13) 또한 컴퓨터에 의한 신호처리 기술의 향상으로 장잠복기와 P300을 Brain mapping함으로서 양쪽 대뇌 피질 활동의 대칭성과 활동정도를 정량적으로 관찰할 수 있으므로 인공내이 연구에도 응용될 수 있을 것이다. 여기서는 본 교실에서 측정하는 P300을 기준으로 설명하겠다.

검사 기기의 구성

검사 기기는 Neuronics MRM-NM32(Mirae engineering Co.)를 이용하였는데 여기에는 크게 네가지로 구성되는데, 우선 뇌파를 측정하는 전극들이 있는 capelectrode가 있다. 이 cap electrode에는 32개의 채널이 붙어 있는데 이 전극으로부터 측정한 뇌파는 전단증폭기와 주증폭기를 통하여 증폭되고 이를 다양한 필터링과 이득조절을 통하여 그 artifect를 줄여서 data를 얻도록 하였다. 이러한 검사 기기의 전체적인 모식도는 Fig. 5와 같다.

검사 준비

환자는 cap electrode를 씌워서 두피에 전극을 붙여야 하므로 검사 전에 머리를 깨끗이 감고, 전날에 술을 마시지 말고 충분한 수면을 취하여 맑은 정신으로 검사받을 수 있도록 교육해야 한다. 검사는 음향자극에 대한 정신 집중에 방해가 되지 않도록 조용한 실내에서 실시해야 한다. Cap electrode를 머리에 씌우는데 이때 전극에 electrogel을 채워서 저항이 5 Kω 이하가 되도록 한다. 양측 귓볼에 control electrode를 붙이고 headphone을 착용시킨 다음 음향자극을 준다.

검사 방법

음향 자극은 저음과 고음 2종류의 tone burst를 사용한다. 저음은 1 KHz를 고음은 2 KHz를 사용하며, tone burst의 rise-fall time은 각각 10 msec로, plateau time은 50 msec로 하고 고음의 강도는 60 dB로 한다. 두 자극원의 크기차이는 5~8 dB이며 빈번한 자극인 1 KHz를 80%, 희귀한 자극인 2 KHz를 20%로 하는 odd ball ratio를 8：2로 하여 무작위로 들리게 한다. Headphone을 통해 양쪽 귀에 초당 1회의 자극빈도로 소리를 보내고 장 잠복기 유발반응과 P300을 동시에 측정하기 위한 자극음은 가산회수는 100회로 하고 대상자는 조용한 곳에 앉히고 희귀한 high frequency tone의 자극에 주의를 기울이게 하였다. 기록이 끝났을 때에 대상자에게 그 횟수를 물어서 제대로 세었는지를 알아보아서 대상자의 집중여부를 판단한다.

검사결과 및 판독

먼저 전체적인 파형의 모양과 함께 N1, P1, N2, P2, N3, 그리고 특히 P3(P300)의 잠시와 진폭을 측정하는데 정상인에 비해 고도 난청자에 있어서는 P3의 잠시가 현저히 연장되고 있고(Fig. 6) 잠시의 연장이 현저할수록 수술후의 청취성적도 불량하다는 보고도 있다.¹⁴⁾ 이 결과와 Brain mapping 그리고 PET나 SPECT를 함께 이용한다면 인공내이 수술 후의 예후를 판정하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 생각된다(Fig. 7). 검사가 비침습적이기는 하나 정신집중의 문제가 있어서 소아에게는 아직도 제한적으로 이용되고 있다.

결     론

Neural survival을 예측하기 위해서는 갑각전기검사가 성인이나 협조가 되는 소아에서 비교적 간편하고 비침습적으로 사용되나 주관적인 결과이고 검사결과와 예후와의 불확실한 관계 그리고 소아이식 대상자의 급등으로 현재는 제한적으로 이용되고 있다. 최근에는 EABR과 NRT가 주로 관심을 끌고 있으나 널리 활용되기 위해서는 좀더 보완되어야겠고 뇌에서의 인식능력을 위해서는 MMN과 P300 등과 함께 뇌영상촬영을 통해 종합적으로 판단을 해야 보다나은 결과를 예측할 수 있을 것으로 생각된다.

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