The Validity of Auditory Steady-State Response as Frequency-Specific Threshold Test in Infant-Toddlers

Park, Su-Kyoung; Kim, Bong-Jik; Hur, Dong Gu; Lee, Kang Jin; Lee, Jun Ho; Oh, Seung-Ha; Kim, Chong-Sun; Chang, Sun O

Original Article

Electrophysiology

Korean Journal of Audiology 2006;10(2):105-111.

The Validity of Auditory Steady-State Response as Frequency-Specific Threshold Test in Infant-Toddlers

Su-Kyoung Park, Bong-Jik Kim, Dong Gu Hur, Kang Jin Lee, Jun Ho Lee, Seung-Ha Oh, Chong-Sun Kim, Sun O Chang

Department of Otorhinolaryngology-Head Neck Surgery, Seoul National University College of Medicine, Seoul, Korea

영유아의 주파수특성 청력역치검사에서 청성지속반응검사의 유용성

박수경^, 김봉직^, 허동구^, 이강진^, 이준호^, 오승하^, 김종선^, 장선오

서울대학교 의과대학 이비인후과학교실

Abstract

Objectives：The aim of this study was to evaluate the accuracy of auditory steady-state response (ASSR) in prediction of frequency-specific thresholds of infant-toddlers.

Subjects and Methods：From 2003 through 2006, 32 infant-toddlers (64 ear) ranging in age from 1 to 68 months with or without hearing impairment were included in this study, who have performed behavioral audiometry (BA) or auditory brainstem response (ABR) with ASSR. Behavioral hearing thresholds and ASSRs to carrier frequencies of 0.5, 1, 2 and 3 kHz were obtained. Thresholds of ABRs and ASSRs were recorded from 1 and 3 kHz. Estimated audiograms of the ASSR were compared with ABR or BA results. Differences and correlations between the ASSR and other tests were determined.

Results：In the 1, 3 kHz, strong correlation were found between ASSR-based threshold estimations and ABR-based threshold estimation irrespective of ABR stimuli. Between ASSR and BA, there were also strong correlation in carrier frequencies of 0.5, 1, 2 and 3 kHz. In 10 ears (1 kHz) and 12 ears (3 kHz) in which an ABR tracing was absent at the maximum level 100 dB nHL, 8 ears (1 kHz：80%) and 7 ears (3 kHz：58%) were measurable ASSR thresholds with an average threshold of 103 dB HL at 1 kHz and 106 dB HL at 3 kHz. Average threshold difference between ASSR and ABR was about 15 dB HL. Between ASSR and BA average threshold difference was about 10-18 dB HL, which slightly decreased in high frequencies. In subjects with normal hearing of ABR (under 25 dB nHL) ASSR-based threshold estimation scattered too much.

Conclusion：This studies illustrate that ASSR can accurately predict the behavioral audiogram and ABR in infant-toddlers. We also consider the possibility of wide range estimations in normal hearing.

Keywords: Infant-toddlers;Auditory steady-state response;Hearing threshold.

교신저자：장선오, 110-744 서울 종로구 연건동 28번지
교신저자：전화) (02) 2072-3830, 전송) (02) 745-2387, E-mail：suno@snu.ac.kr

서 론

영유아 시기는 언어발달과 이에 따른 인간관계 및 지적 발달에 있어 매우 중요한 시기이다. 사회적으로 저출산 시대를 맞아 복지 정책의 일환으로 선천성 신생아 난청의 조기진단 및 조기재활에 대한 관심이 증가하고 있으며 이에 부응하여 영유아의 청력을 정확하게 진단하는 것이 더욱 중요해지고 있다.
영유아의 청력역치를 측정함에 있어 숙달된 주관적인 청력검사법이 많은 도움을 주지만 아무리 객관적인 검사를 이용하여도 정확한 역치를 추정하는데 한계가 있다. 실제로 객관적인 청력검사라고 하는 청성뇌간반응검사(auditory brainstem response, ABR)나 청성지속반응검사(auditory steady-state response, ASSR)에서도 역치를 예측하는 것이지 그 역치를 정확하게 의미하는 것은 아니다. 역치라는 개념은 임상적으로 가장 많이 쓰고 있는 순음청력검사에서는 50%에서 75%를 맞추는 자극강도를 의미하나 객관적인 검사에서의 역치는 청성 자극을 주고 청성 기관에서 생성되는 신경전위라고 알려진 발현시간에 나타나는 전위가 주변 소음(뇌표면, 근육 등에서 발현되는 무작위의 전위의 발현)과 분명히 구분되어지는 전위를 의미하므로 순음청력검사의 역치와 유발전위를 이용하여 측정한 역치에서 차이가 나는 것은 당연한 현상일 것이다.¹⁾²⁾
청성지속반응검사는 음의 자극 후에 15~70 msec의 잠복기를 가지고 나타나는 중기청성유발전위로 carrier frequency가 순음청력검사의 해당 주파수를 의미하며 변조주파수(modulation frequency)에 따라 중뇌, 시상, 청각피질 등에서 발생하는 것으로 알려져 있다.³⁾ 많은 연구를 통해 40 Hz 변조주파수를 이용한 청성지속반응검사는 의식이 있는 성인에서는 비교적 정확한 청력역치를 반영하지만 수면 중의 신생아 및 소아에서는 진폭이 감소하였으며, 70 Hz 이상의 변조주파수를 이용하는 청성지속반응검사에서는 신생아나 십대 중반 정도까지 안정적으로 청력역치를 측정할 수 있었다.⁴⁾⁵⁾⁶⁾⁷⁾
국내에서도 청성지속반응검사가 점차 많이 보급되고 있으나 아직까지 영유아 시기에 시행되는 주파수특성 청력역치검사로 행동반응청력검사(behavioral audiometry, BA)와 청성뇌간반응검사를 가장 보편적으로 이용하고 있다. 국내 영유아의 청성지속반응검사에 대한 문헌으로는 500 Hz와 1 kHz의 tone pip과 클릭음을 이용한 청성뇌간반응검사와의 역치 비교에서 청성지속반응검사가 신뢰할 수 있는 청력역치를 제공함이 보고된 바 있으며 다른 주파수영역이나 행동반응청력검사를 이용한 국내 연구는 아직 드문 상태이다.⁸⁾
이에 본 연구에서는 영유아의 주파수별 청력역치평가에 가장 많이 이용되는 행동반응청력검사 및 청성뇌간반응검사와 청성지속반응검사와의 청력역치의 상관성을 살펴보고 역치차(threshold difference)를 분석하여 청성지속반응검사의 유용성을 고찰하였다.

대상 및 방법

2003년 10월부터 2006년 11월까지 본원 이비인후과에 내원하여 이학적 검사상 고막이 정상 소견임을 확인하고 청성지속반응검사와 청성뇌간반응검사 또는 행동반응청력검사를 실시한 32명(64귀)의 영유아를 대상으로 후향적 연구를 시행하였다. 조사한 모든 검사는 검사간 기간이 적어도 6개월 이내 시행한 결과를 대상으로 하였으며 이 중 청성뇌간반응검사와 청성지속반응검사는 2귀를 제외하고 모두 동일한 날에 시행한 것이었다. 영유아의 연령은 청성지속반응검사 시점을 기준으로 하여 생후 1개월에서 68개월로 평균 17개월이었고 남아가 17명, 여아가 15명이었다.
청성뇌간반응검사(Navigator Pro, Bio-logic, USA) 전위는 피부 전극을 두정부와 동측 유양동 부위에 부착하여 측정하였으며 청각 자극은 헤드폰을 통하여 클릭음 또는 tone burst음을 주었다. 클릭음은 pulse rate를 11.1/s로 하였고 음자극 후 16 ms까지 2,000회 이상 평균가산하여 기록하였다. 측정된 청성뇌간반응검사의 기도 역치는 청성지속반응검사의 기도 역치와 비교 시 클릭음에서는 3 kHz와 tone burst음은 해당 주파수와 비교하였다.
행동반응청력검사(Clinical audiometer, Orbiter 922, Madsen, Denmark)의 경우 각 개월 수에 맞는 검사를 실시하였으며 청성지속반응검사의 해당 주파수의 기도 역치와 비교하였다.
청성지속반응검사(Audera, GSI, USA)는 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz, 3 kHz의 carrier frequency를 사용하였고 진폭변조(amplitude modification, AM)는 100%, 주파수변조(frequency modification, FM)는 10%로 하여 test set를‘<10Yrs ASLEEP’로 맞추어 시행하였다.
통계처리는 SPSS 12.0 for windows를 이용하였다. 각 검사의 주파수별 역치 비교에서는 Spearman 상관분석과 단순회귀분석을 사용하였고 청성뇌간반응검사에서 클릭음과 tone-burst음의 차이를 보기 위해 청성지속반응검사와의 역치차에 대한 비교로 Mann-Whitney test를 시행하였다.

결     과

청성뇌간반응검사와 청성지속반응검사의 청력역치 비교

1 kHz에서 tone burst음을 이용하여 측정한 청성뇌간반응검사와 청성지속반응검사를 시행한 귀는 총 17귀로 상관계수는 0.887이었다(p<.0001). 검사간의 회귀방정식은 ASSR=-8.207+1.342×ABR이었다. 클릭음과 tone burst음으로 자극하여 측정한 3 kHz에서의 청성뇌간반응검사와 청성지속반응검사를 시행한 귀는 총 49귀로 상관계수는 0.857였고(p<.0001) 회귀방정식은 ASSR=-2.972+1.203×ABR이었다. 이 중 클릭음으로 측정한 30귀를 3 kHz의 청성지속반응검사의 역치와 비교하였을 때 상관계수는 0.889였고, tone burst음으로 측정한 19귀의 역치 비교에서의 상관계수는 0.801이었다(p<.0001)(Fig. 1). 이 두 가지 음을 이용한 청성뇌간반응검사와 청성지속반응검사의 역치간 차를 비교하였을 때 두 검사의 통계적으로 유의한 차이는 없었다(p>.05)(Table 1).

행동반응청력검사와 청성지속반응검사의 청력역치 비교

500 Hz에서의 행동반응청력검사와 청성지속반응검사를 시행한 귀는 총 12귀로 상관계수는 0.906였으며(p<.001), 검사간의 회귀방정식은 ASSR=15.470+1.034×BA로 청성지속반응검사의 역치가 행동반응청력검사의 역치보다 약 15 dB HL 정도 높게 측정되었다.
1 kHz에서의 행동반응청력검사와 청성지속반응검사를 시행한 귀는 총 13귀로 상관계수는 0.910였으며(p<.001), 검사간의 회귀방정식은 ASSR=11.806+1.009× BA로 청성지속반응검사의 역치가 행동반응청력검사의 역치보다 약 12 dB HL 정도 높게 측정되었다.
2 kHz에서의 행동반응청력검사와 청성지속반응검사를 시행한 귀는 총 7귀로 상관계수는 0.962였으며(p<.001), 회귀방정식은 ASSR=-12.056+1.224×BA였다.
3 kHz에서의 행동반응청력검사와 청성지속반응검사를 시행한 귀는 총 13귀로 상관계수는 0.886였으며(p<.001), 검사간의 회귀방정식은 ASSR=13.340+0.913 ×BA로 청성지속반응검사가 행동반응청력검사의 역치보다 약 13 dB HL 정도 높게 측정되었다(Fig. 2, Table 1).

청성지속반응검사와 다른 검사간의 역치차(Threshold differences)

1 kHz와 3 kHz에서 청성지속반응검사와 청성뇌간반응검사와의 평균 역치차는 각각 14.8±10.7 dB HL (mean±standard deviation), 14.0±9.8 dB HL이었다.
청성지속반응검사와 행동반응청력검사간의 주파수별 역치차는 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz와 3 kHz에서 각각 17.5±11.3 dB HL, 15.5±10.5 dB HL, 10.0±4.7 dB HL과 11.2±6.5 dB HL로 측정되어 높은 주파수로 갈수록 역치차가 작아지는 양상을 나타내었다(Fig. 3).

청성뇌간반응검사에서 역치 측정이 되지 않은 대상의 청성지속반응검사 결과

청성뇌간반응검사에서 최고 강도의 음자극(100 dB nHL)에서 역치가 측정되지 않는 경우는 1 kHz에서 17귀 중 10귀(60%), 3 kHz에서 52귀 중 12귀(23%)였다. 청성뇌간반응검사의 1 kHz에서 역치가 측정되지 않은 10귀 중 8귀(80%)에서 청성지속반응검사를 이용하여 역치가 측정되었고 평균 역치는 103 dB HL, 표준편차는 8.0 dB HL이었다. 3 kHz에서는 12귀 중 7귀(58%)가 청성지속반응검사에서 역치를 측정할 수 있었으며 평균 역치는 106 dB HL이었고 표준편차는 8.9 dB HL이었다.

난청 유무에 따른 청성뇌간반응검사와 청성지속반응검사의 청력역치 비교

3 kHz에서 클릭음을 포함한 청성뇌간반응검사 역치가 25 dB nHL 이하인 경우를 정상 청력, 역치가 26 dB nHL 이상인 경우를 난청으로 구분하고 청성지속반응검사의 역치와 비교하였다.
청성뇌간반응검사에서 청력이 정상인 귀는 총 19귀로 청성뇌간반응검사 자체의 특성상 정상에서 25 dB nHL 이하의 값을 갖기가 어려워 통계적인 비교는 할 수 없었다. 정상 청성뇌간반응검사 역치에 대응되는 청성지속반응검사의 평균 역치는 21 dB HL로 최소 역치가 5 dB HL, 최대 역치가 50 dB HL였으며 평균 표준편차가 11 dB HL로 측정되어 정상 청성뇌간반응검사 역치에 해당하는 청성지속반응검사의 역치의 범위가 넓게 분포하고 있음을 알 수 있었다. 난청인 귀는 총 30귀로 상관계수는 0.655였으며(p<0.001), 검사간의 회귀방정식은 ASSR=18.358+0.867×ABR로 청성지속반응검사가 행동반응청력검사의 역치보다 약 18 dB HL 정도 높게 측정되었다.

고     찰

영유아의 청력검사로 가장 많이 이용되는 클릭음을 이용한 청성뇌간반응검사는 자극음에 각 단일 청신경이 흥분될 때 고주파수를 담당하는 기저층의 전위가 저주파수를 담당하는 첨부의 전위보다 먼저 나타나게 되고 이로 인해 2~4 kHz의 고주파수 영역이 전체 활동 전위 형성에 기여도가 높아지는 검사이다. 이러한 청성뇌간반응검사는 주파수특이성이 부족하다고 알려져 있으나 Gorga 등은 클릭음을 이용한 청성뇌간반응검사의 역치를 순음청력검사의 2 kHz와 4 kHz의 평균 역치값과 비교한 연구에서 0.92의 상관계수를 보고하였으며⁹⁾ 본 연구의 청성뇌간반응검사의 클릭음 역치와 청성지속반응검사의 3 kHz와의 역치 비교에서도 높은 상관성을 보여주었다.
청성지속반응검사는 90 dB HL 이하의 청력에서는 청성뇌간반응검사와 비슷한 정도의 민감도를 가진다고 알려져 있다.¹⁰⁾¹¹⁾ 그러나 청력이 90 dB HL 이상의 난청을 가진 유소아에서는 청성지속반응검사가 127 dB HL 까지 청력역치를 측정할 수 있어 청성뇌간반응검사보다 장점이 있으며 Roberson 등의 영유아를 대상으로 청성뇌간반응검사와 청성지속반응검사의 역치를 비교한 연구에서 청성뇌간반응검사의 90 dB HL 최고 강도에서 측정되지 않은 20귀에 대해서 13귀(65%)가 청성지속반응검사의 250 Hz와 8,000 Hz의 주파수에서 평균 98.9 dB HL로 측정되었다.¹¹⁾ 본 연구에서도 청성뇌간반응검사에서 역치가 측정되지 않은 귀의 58~80%에서 청성지속반응검사의 역치가 평균 103 dB HL에서 106 dB HL로 측정되었고 이는 인공와우이식을 고려하는 고도 난청을 가진 영유아에서 고음역의 잔청을 알아보기 위해 청성지속반응검사가 유용한 검사라고 제시한 여러 문헌들의 결과와도 일치한다.¹²⁾¹³⁾
성인에서는 순음청력검사를 기준으로 하였을 때 청성지속반응검사와 청성뇌간반응검사 모두 순음청력검사의 역치를 잘 반영하는 경향을 보였으며 일반적으로 순음청력검사와의 역치차는 청성지속반응검사보다 청성뇌간반응검사에서 더 작았다. 고음역의 청력 저하가 있는 청력도에서는 청성지속반응검사가 순음청력검사의 청력도를 더욱 잘 반영하나 정상 청력인 경우 청성지속반응검사의 역치가 높게 측정되는 경향이 있다고 하였다.¹²⁾¹⁴⁾ 성인과 소아의 청성지속반응검사의 역치를 연구한 Scherf 등에 의하면 40 dB HL 이상의 난청에서는 청성지속반응검사가 순음청력검사의 역치와 잘 일치하는 양상을 보여주었으나 정상 또는 경도 난청에 해당하는 청력에서는 역치차가 크고 상관성이 부족하다고 하였다.¹⁵⁾ 정상 청력을 가진 성인의 주파수특성 역치를 검사별로 비교하였을 때 청성지속반응검사에서 500 Hz에서 4 kHz까지 30~34 dB HL로 측정되었고, 클릭음을 이용한 청성뇌간반응검사에서는 평균 16 dB nHL, 500 Hz의 tone burst음에서는 30 dB nHL로 측정되어 청성지속반응검사의 역치가 보다 높게 측정된다는 보고도 있었다. 청력저하에 따른 청성지속반응검사의 민감도를 연구한 Dimitrijevic 등은 감각신경성 난청의 경우 정상 청력 보다 순음청력검사와의 역치차가 작으나 전도성 난청의 경우는 오히려 역치차가 증가한다고 하였는데 이렇게 청력장애 정도 및 유형에 따라 청성지속반응검사의 민감도가 달라지는 것은 감각신경성 난청의 누가현상(recruitment), 절대 자극음의 강도 및 보다 넓은 동조곡선(tuning curve) 등이 원인이라고 하였다.⁷⁾¹⁶⁾ 또한 저주파수에서 역치차가 큰 원인으로 잠복 파형의 흐트러짐이 다른 고주파수 보다 심하고 자극음에 대한 반응이 느리며 보다 넓은 영역의 기저막이 반응하는 신경 동조성(neural synchrony)과 관련이 있다고 하였으며¹⁶⁾ 본 연구의 청성지속반응검사와 행동반응청력검사의 역치 비교에서도 500 Hz에서 3 kHz로 주파수가 높아짐에 따라 역치차가 줄어드는 경향을 볼 수 있었다. Swanepoel 등은 10에서 15세의 고도 난청의 소아를 대상으로 주파수별 청성지속반응검사의 상관성을 조사한 연구에서 순음청력검사와의 역치차가 500 Hz에서는 6 dB HL, 1~4 kHz에서는 4 dB HL이었으며 표준편차는 8~12 dB HL이었고, 상관계수는 0.58에서 0.74까지 측정되었으며 주파수가 1 kHz에서 가장 상관성이 높았고 500 Hz에서 상관성이 가장 부족하였다.¹⁷⁾ 이러한 500 Hz의 민감도는 변조주파수를 40 Hz 하여 대뇌에서 파를 생성하는 청성지속반응검사를 시행할 경우 증가하는데 이는 말초에서 감소하는 신경 동조성을 보상하기 위한 대뇌의 기전이라 여겨지고 있다.¹⁶⁾

결     론

본 연구에서 영유아의 객관적인 주파수별 청력역치를 측정에 있어 청성지속반응검사의 역치는 클릭음 또는 tone burst음을 이용한 청성뇌간반응검사 및 행동반응청력검사의 역치와 높은 상관성을 보여 청력도를 잘 반영하였다. 정상 청력에서는 청력지속반응검사의 민감도가 감소하여 역치차의 편차가 컸으며 높은 주파수일수록 행동반응청력검사의 역치와 일치하는 경향을 보였다. 또한 청성뇌간반응검사에서 측정되지 않는 주파수에서 잔존 청력의 정도를 파악하는데 있어서도 유용하여 영유아의 난청 진단에 있어 많은 도움이 될 것이라 사료된다.

REFERENCES

Sininger YS, Abdala C. Hearing threshold as measured by auditory brain stem response in human neonates. Ear Hear 1996;17:395-401.
Sininger YS. Auditory brain stem response for objective measures of hearing. Ear Hear 1993;14:23-30.
Cone-Wesson B, Dowell RC, Tomlin D, Rance G, Ming WJ. The auditory steady-state response: comparisons with the aud-tory brainstem response. J Am Acad Audiol 2002;13:173-87;quiz 225-6.
Aoyagi M, Kiren T, Kim Y, Suzuki Y, Fuse T, Koike Y. Optimal modulation frequency for amplitude-modulation following response in young children during sleep. Hear Res 1993;65:253-61.
Aoyagi M, Yamazaki Y, Yokota M, Fuse T, Suzuki Y, Itoh S, et al. Frequency specificity of 80-Hz amplitude-modulation following response. Acta Otolaryngol Suppl 1996;522:6-10.
Rance G, Rickards F. Prediction of hearing threshold in infants using auditory steady-state evoked potentials. J Am Acad Audiol 2002;13:236-45.
Rance G, Rickards FW, Cohen LT, De Vidi S, Clark GM. The automated prediction of hearing thresholds in sleeping subjects using auditory steady-state evoked potentials. Ear Hear 1995;16:499-507.
Kim LS JS, Heo SD, Hwang CH. Comparison of Auditory Brainstem Response and Auditory Steady-State Response Thresholds in Infants and Young Children. Korean J Otolaryngol 2004;47:304-10.
Gorga MP, Johnson TA, Kaminski JR, Beauchaine KL, Garner CA, Neely ST. Using a combination of click- and tone burst-evoked auditory brain stem response measurements to estimate pure-tone thresholds. Ear Hear 2006;27:60-74.
Luts H, Desloovere C, Kumar A, Vandermeersch E, Wouters J. Objective assessment of frequency-specific hearing thresholds in babies. Int J Pediatr Otorhinolaryngol 2004;68:915-26.
Roberson JB Jr, O'Rourke C, Stidham KR. Auditory steady-state response testing in children: evaluation of a new technology. Otolaryngol Head Neck Surg 2003;129:107-13.
Firszt JB, Gaggl W, Runge-Samuelson CL, Burg LS, Wackym PA. Auditory sensitivity in children using the auditory steady-state response. Arch Otolaryngol Head Neck Surg 2004;130:536-40.
Stueve MP, O'Rourke C. Estimation of hearing loss in children: comparison of auditory steady-state response, auditory brainstem response, and behavioral test methods. Am J Audiol 2003;12:125-36.
Johnson TA, Brown CJ. Threshold prediction using the auditory steady-state response and the tone burst auditory brain stem response: a within-subject comparison. Ear Hear 2005;26:559-76.
Scherf F, Brokx J, Wuyts FL, Van de Heyning PH. The ASSR: clinical application in normal-hearing and hearing-impaired infants and adults, comparison with the click-evoked ABR and pure-tone audiometry. Int J Audiol 2006;45:281-6.
Dimitrijevic A, John MS, Van Roon P, Purcell DW, Adamonis J, Ostroff J, et al. Estimating the audiogram using multiple auditory steady-state responses. J Am Acad Audiol 2002;13:205-24.
Swanepoel D, Hugo R, Roode R. Auditory steady-state responses for children with severe to profound hearing loss. Arch Otolaryngol Head Neck Surg 2004;130:531-5.