| Brainstem Evoked Potentials to Tone Burst in Normally Hearing Adults |
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Jin Sook Kim1, Mi Sook Lee1, Jung Hak Lee2, Moon Suh Park2 |
1Department of Audiology, Graduate School, Hallym University, Seoul
2Department of Otolaryngology, College of Medicine, Hallym University, Seoul, Korea |
| 뇌간유발반응에서의 자극음 Tone Burst 정상치에 관한 연구 |
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김진숙1, 이미숙1, 이정학2, 박문서2 |
1한림대학교 대학원 청각학교실
2한림대학교 의과대학 이비인후과학교실 |
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| Abstract |
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Auditory Brainstem Response (ABR) is a useful diagnostic procedure in the field of audiology and neurology. For the evaluation, the most common stimulus is click, but the click stimulus primarily reflects the function of the auditory system in 1000-4000 Hz region. Thus, it is necessary to use brief tone stimulation, such as a tone burst, for generating an ABR reflecting hearing sensitivity at a specific frequency. The purpose of this study is to obtain normative data of ABR thresholds with tone burst stimuli. ABRs were recorded from 10 normally hearing adults using both tone burst and click stimuli. For the tone burst stimuli, the frequencies of 500, 1000, 2000 and 4000 Hz were included and compared with pure tone test results and click stimuli results. The results were as follows：① ABR thresholds using tone burst stimuli were higher than pure tone thresholds. Mean differences were 21.5±2.61 dB at 500 Hz, 15±1.43 dB at 1000 Hz, 14.5±1.34 dB at 2000 Hz and 13±1.05 dB at 4000 Hz.
② Wave V latencies of tone burst stimuli were shorter than click stimuli. Mean differences were 2.06±0.29 ms at 500 Hz, 1.25±0.13 ms at 1000 Hz, 0.58±0.04 ms at 2000 Hz and 0.31±0.01 ms at 4000 Hz.
③ The wave V was observed in all subjects at all frequencies using tone burst stimuli and the latency decreased as the level of tone burst frequency increased at all frequencies.
④ Interwave latencies of the click stimuli were longer than the tone burst stimuli,however the systematic difference of the stimulus frequency of the tone burst could not be defined.
⑤ Amplitudes of the click stimuli were bigger than the tone burst stimuli, and the amplitude was increased as the stimulus frequency of the tone burst increased.
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| Keywords:
Auditory brainstem response;Tone burst;Frequency-specific. |
서론
유발전위란 어떤 특수한 외부자극에 의해 유발되는 뇌의 전기적 반응으로, 이중 청성유발전위 (Auditory Brainstem Evoked Response 이하 ABR)는 음자극에 의하여 달팽이관으로부터 청중추에 이르는 청신경 및 뇌간내 청각전달로, 이와 관련이 있는 부위에서 유발되는 신경 전기적 반응을 뜻한다. 이중 임상적으로 가장 널리 사용되는 검사는 1971년 Jewette1)가 두피전극으로부터 청신경의 반응을 보고한 이후 Sohmer와 Feinmesser2)에 의해 처음으로 기술된 뇌간유발반응(Auditory Brainstorm Response)이다.
ABR 검사는 정신적, 신체적 상태나 약물, 의식정도, 진정제 마취제 등의 영향을 받지 않는다. 또한 피검자의 능동적 반응이 불필요한 객관적 검사로 신뢰도가 높아 출생직후의 유아나 소아, 주관적 청각검사가 불가능한 정신지체아, 비협조적인 환자 및 난청을 사칭하는 자의 청력역치의 평가를 위한 검사로 큰 호응을 얻고 있다.3) 실제 임상에서 청력역치의 평가를 위해 주로 사용되는 자극음은 cick이다. click은 주파수 특성은 없지만 생성시간과 지속시간이 짧아 청신경 뉴런들을 동시에 효과적으로 흥분시키므로 1000∼4000 Hz의 고음역 주파수대의 정보를 반영한다. 때문에 고주파수의 청력역치를 구할 수 있을 뿐 아니라 진단신경학의 기구로 사용되어 오고 있다.3)4) 그러나 저주파음역의 평가에는 제한을 받고 있어 주파수별 역치를 찾을 수 없다는 단점이 있다. 그러므로 청각학적 연구에는 주파수 특이성이 있는 경과음인 tone burst, tone pip, logon 등이 자극음으로 모색되고 있다. 이에 외국의 경우, tone burst의 유용성에 대한 체계적이고 다양한 연구가 이루어져 왔으나,3-6)12)14)15) 우리 나라의 경우 아직 체계적인 연구가 부족한 실정이다.
본 연구는 tone burst의 유용성을 도출하여 임상적으로 이용할 수 있는 근거를 마련하고자 한다. 첫번째, 순음 청력 검사상 정상인(대조군)의 pure tone 역치를 구하고, click과 tone burst의 500, 1000, 2000 및 4000 Hz에서의 역치를 비교하여 그 차이점과 표준치를 구하고, 두번째 95 dB의 일정 강도에서 click과 tone burst 500, 1000, 2000 및 4000 Hz의 절대 잠복시간과 파간 잠복시간 및 진폭을 비교하였다.
연구재료 및 방법
대상
순음기도검사 결과 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz 및 4000 Hz에서의 역치가 20 dBHL이내의 정상청력을 가진 사람으로, 이경으로 확인시 귀에 외과적 상처가 보이지 않으며 중이검사(Tympanometry) 결과 고막의 유형이 정상 형태인 A형인 사람으로, 연령 및 성별에서 오는 ABR 반응의 차이점을 최소화하기 위해 20∼30대 여성 10명(평균 연령 26세)을 대상으로 하였다. 이들은 한림난청언어연구센터를 방문하여 하루동안 모든 검사과정을 진행하였다.
검사장비
ABR 반응은 전기잡음에 민감하므로 전기적으로 보호가 된 방음실에서 Nicolet사의 1994년형의 4.10 Version인 Nicolet Viking Systems Evoked Potential Program IV를 사용하여, 양귀중 순음 청력상 더 좋은 귀를 선택하여 검사에 임하였다. 순음 청력역치 검사는 GSI 61 Clinical Audiometer를, Tympanometry는 Welch Allyn사의 GSI 33 Middle·Ear Analyzer를 사용하였다.
검사과정
먼저 피검자의 피부를 Omniprep으로 닦고 전기전도성이 높은 금으로 도포 되어 있는 돔형태인 disc형 전극에 전기전도크림(electrode cream)을 발라 활성전극을 피검자의 두정부(vertex)에 부착하고 전두정중부를 ground 전극에 설치하였다. 기준전극은 음자극 받는 쪽의 좌우 유양돌기에 부착하고 피검자를 양와로 침대에 눕게 한 후, insert phone을 귀속에 삽입하여 소리자극을 전달하였다. 저항은 충분히 낮고 검사가 일정하게 유지하기 위해 5 kl 이내로 하며 전극간의 저항차이는 1 kl 이내가 되도록 조정하였다. 검사의 조건은 Table 1과 같이 조정하였다.
피검자가 눈을 감고 편안한 자세로 수면을 취하도록 하여 피검자의 경부 근육이 최대한 이완되어 근육전기 효과에 의한 반응을 배제하였다. 검사 전이나 검사도중 지속적으로 저항 및 움직임을 감시하면서 다음 사항을 검사하였다.
첫째, click음에서의 역치를 구하였다. 65 dB에서 시작하여 반복이 가능한 최소 강도를 역치로 결정하였다.
둘째, tone burst에서 사이클의 생성시간(rise time)과 소멸시간(decay time)은 2 ms로 정체는 1 ms로 고정한 뒤 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz 및 4000 Hz의 순서로 click음의 과정과 동일한 방법으로 역치를 기록하였다.
셋째, 자극음의 강도를 95 dBHL로 조정하고 자극음 외에 모든 검사조건은 동일하게 조정한 후 click음과 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz 및 4000 Hz의 tone burst 자극음을 제시하여 ABR을 기록하였다. 순음검사상 역치는 검사대상자 선정시 기록된 주파수별의 역치를 사용하였다.
결과
순음과 각 자극음에서의 역치비교
순음검사 역치는 주파수별 변화가 거의 없었지만 tone burst 자극 후 기록한 ABR 역치는 주파수가 높아질수록 감소하였다. 이들 역치를 click 자극 후 기록한 ABR 역치와 비교하였을 때, 순음 역치는 항상 더 낮았으며, tone burst 자극 결과 ABR 역치는 항상 더 높았다. 순음 역치와 각 자극음에 따른 역치 비교결과 click과의 차이는 2000 Hz에서 12.5±0.67 dB, 4000 Hz에서 12±0.44 dB click이 높게 나타났으며, tone burst와는 500 Hz에서 21.5±2.61 dB, 1000 Hz에서 15±1.43 dB, 2000 Hz에서 14.5±2.34 dB 그리고 4000 Hz에서 13±1.05 dB로 tone burst의 역치가 높게 나타났다. tone burst와 click의 역치 비교시 2000 Hz에서 2.5±1.67 dB, 4000 Hz에서 1±0.61 dB로 tone burst의 역치가 click보다 높게 나타났으며, click 자극 후 기록한 ABR 역치는 여러 역치 중 tone burst 자극 후 4000 Hz기록과 1 dB의 차이로 가장 유사한 값을 나타내었다(Table 2). 또한 tone burst와 click의 차이가 tone burst와 순음 역치보다 모든 주파수에서 더 적었다. 그 차이의 변화 형태는 tone burst와 순음, 그리고 tone burst와 click 자극음을 비교했을 때 주파수가 커질수록 차이가 체계적으로 줄어드는 형태도 동일하게 나타났다(Fig. 1).
동일강도(95 dB)에서의 click과 tone burst의 파형 및 잠복기 비교
동일강도에서 자극음이 다를 때 나타난 ABR 파형은 서로 다르게 보였지만, 500 Hz의 tone burst 자극음을 제외하고는 wave 5개가 모두 정확히 기록되었다. 그러나 500 Hz tone burst 자극 후에 III번과 V번 파는 매우 정확히 관찰할 수 있었다. 주파수가 커질수록 파형이 더욱 뚜렷해 졌으며, tone burst 4000 Hz 자극후의 파형은 click 자극후의 파형과 매우 유사하였다(Fig. 2).
Tone burst 자극 후 각 wave의 절대 잠복기는 주파수가 증가할수록 감소하였으며(Fig. 3), 모든 주파수에서 click 자극 후 절대 잠복기보다 통계적으로 의의있게 연장되었다(p<0.05). click 자극 후 절대 잠복기와 가장 유사한 잠복기는 4000 Hz tone burst 자극 후 관찰되었으며 500 Hz tone burst 자극후의 절대 잠복기와 가장 큰 폭의 차이를 나타냈다(Table 3). 파간 잠복기는 click이 다소 증가하였으나 통계학적인 유의성은 보이지 않았으며(p>0.05), tone burst 자극 후 주파수별로 변화가 관찰되지 않았다(Fig. 4). 진폭은 wave V를 비교하였을 때 click에서 가장 크고(p<0.001) tone burst에서 주파수가 높아질수록 다소 크게 나타났으나 통계학적인 의의는 없었다(Table 4).
고찰
뇌간유발반응(ABR) 이란 청자극에 의해 나타나는 7개의 미세한 전위파로 음자극 후 10 msec 이내에 나타나는 연속적인 유발반응의 파형이 짧은 잠복시간을 지나 나타나는 활성전위를 뜻한다.9) 이런 반응은 와우와 청신경, 그리고 뇌간내 청각전도로의 활성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 이를 근거로 난청에 대한 평가를 실시할 뿐만 아니라, 신경이과적 진단 및 신경과 질환의 병소진단을 가능하게 해 임상적 유용성이 확인되었다.3)4)
그 이유는 첫째, 검사과정이 비관혈적(non-invasive)이며, 둘째는 미로성이나 후미로성 병변에 예민한 반응을 보여 청신경 종양의 유무를 간접적으로 확인할 수 있기 때문이다. 뇌간종양의 경우는 청신경 경로에 압박을 가해 제 V파가 연장되거나 나타나지 않거나, 파형의 잠복기가 증가하거나 각 파형 간의 잠복기가 연장된다. 특히, 뇌간장애시 양측 파형 제 V 파의 잠복기를 최대 0.2 msec를 허용 한계로 보고 있다.8) 셋째, 피검자의 주관적 반응에 의존하지 않고 약물이나 진정제 마취 및 의식정도에 영향을 받지 않는 객관적 검사 법이기 때문이다. 이로 인해 순음청각 역치가 불가능한 신생아 및 유소아의 청력 역치를 측정할 수 있다.3)
이렇듯이 ABR이 청력역치의 평가법으로 이미 확고한 위치를 차지하고 있으나, 대부분의 경우 자극음으로 click을 사용하고 있다. Click은 생성과 지속 시간이 짧고 주로 고음역 주파수대의 정보를 평가하며, 청신경 뉴우런들을 동시에 흥분시킬 수 있어 신경학적 연구에 이용되나 저주파수 청각의 평가가 어렵다는 단점이 있다. 이런 이유로 와우에서 특정주파수 기능의 평가를 꾀하기 위해 다양한 접근방법이 사용되어 왔다.
그 대표적인 방법이 주파수 특이성이 있으며, earphone의 주파수 반응 의존성이 높지 않은 tone burst 자극을 사용하는 것이다. 김기환 등은11) 순음청력 역치가 20 dB 이내의 성인을 대상으로 logon, click sound 및 tone pips sound에 의한 잠복기의 차이를 측정하였다. 그 결과 click 음의 평균 잠복기는 제 I 파가 2.41 msec, 제 III 파가 3.87 msec, 제 V 파가 5.76 msec로 정상범위에서 나타났고, logon과 tone pip 자극음 결과는 자극 주파수의 증가에 따라 잠복기가 짧아졌다. 자극종류에 따른 제 V 파의 잠복기의 차이는 tone pip이 가장 길고 click 음에서 가장 짧은 잠복기를 보인다. Picton 등은12) click음으로 자극했을 때 tone pip으로 자극했을 때보다 절대 잠복기가 짧았으며, 진폭이 컸다고 보고하였고, Rapin과 Schimmel 등은13) click 음으로 자극할 때에 tone burst를 사용할 때보다 잠복시간이 짧으며, 제 V 파의 잠복기는 자극음의 주파수와 역비례 관계에 있다는 사실을 밝혔다. 즉 자극음의 주파수가 낮을수록 제 V 파의 잠복기는 증가한다는 것이다. 본 연구에서도 click의 절대 잠복기가 5.35±0.15 ms인데 반해 tone burst의 500 Hz 에서는 7.41 ms로 그 차이는 2.06 ms로 click이 더 짧았으며, click에서 잠복기가 짧아지는 이러한 현상은 모든 주파수에서 동일하게 관찰되었다. tone burst 자극 1000 Hz, 2000 Hz 및 4000 Hz와 click 자극 후 잠복기 차이는 1.26 ms, 0.58 ms 및 0.31 ms로 주파수가 커질수록 잠복기의 차이는 줄어들었다.
서로 다른 자극 후 역치를 비교하였을 때, 순음 역치는 click음 자극 후 역치와 주파수와 상관없이 약 10 dB 정도 낮았으며, tone burst 자극 후 역치와는 주파수별로 차이가 다르게 나타났다. 500 dB에서는 21.5 dB, 1000 Hz에서는 19 dB, 2000 Hz에서는 14.5 dB, 4000 Hz에서는 13 dB씩 낮은 역치가 나타났으며 이는 click음 자극 후 역치 결과보다 더 큰 폭의 차이이고, 차이는 주파수가 커질수록 좁아졌다. Beattie 등은)6) 순음 역치와 tone burst의 역치의 표준치를 각 주파수별로 제시했다. 500 Hz와 1000 Hz에서는 25 dB, 2000 Hz에서는 15 dB, 4000 Hz에서는 10 dB 등으로 본 연구와 다소 차이가 있으나, 이는 ABR의 검사 조건이 동일치 않은 이유로 분석된다. 그렇다 하더라도 그들이 제시한 표준치와 본 연구의 역치 차이는 매우 유사한 특징이 있다. 또한 Hayes와 Jerger 14)에 의하면 tone burst 2000 Hz 자극 후의 ABR 결과는 순음 결과와 비교적 유사하였고, 500 Hz tone burst 자극 후는 이러한 유사성이 감소된다고 보고하고 있다.
Gorga15) 등은 tone burst 자극 후 ABR의 역치와 순음 역치를 비교하였는데, 250 Hz에서는 33 dB, 1000 Hz에서는 21 dB, 2000 Hz부터는 10 dB정도의 차이가 난다고 보고했다. 이들은 또한 1500 Hz와 2000 Hz tone burst의 자극은 1000 Hz로 자극했을 때보다 역치가 6 dB 더 낮게 나타난다고 했는데, 이는 본 연구에서 나타난 4.5 dB보다 큰 수치이다. 그러나 tone burst 자극 후 ABR은 주파수별로 다르게 나타난다는 결론은 동일하다. 이와 같은 주파수에 따른 잠복기의 차이는 ABR이 말초와 중추신경부의 복합반응이기 때문인 것으로 사료된다. 왜냐하면 중추신경부는 자극음의 주파수 등에 영향을 받지 않지만 말초부위의 요소, 예를 들자면 와우내 부위별 주파수정보 분석능력 등이 작용하기 때문인 것으로 추정된다.
주파수 특이성을 찾기 위한 또 다른 방법으로는 특정 주파수 부위의 반응을 얻기 위해 다른 주파수 영역을 동측 차폐하는 방법이다. Tone burst 자극중인 반응을 얻고자 하는 부분의 주파수를 제외하고 나머지 부분을 차폐하는 notched noise를 이용하는 방법과 반응을 얻고자 하는 부분의 주파수 보다 기저부를 차폐하는 high pass noise를 이용하는 방법이다. ntched noise와 함께 자극음으로 broad band noise나 narrow band를 제시하는 방법도 있다. Beattie와 Kennedy 5)는 1000 Hz, 2000 Hz에서 high pass noise, notch noise, broad band noise 를 이용하여 40 dBnHL과 80 dBnHL에서 제 V 파의 반응을 관찰하였으며, 저주파로 갈수록 잠복기가 길어지고 진폭은 broad band noise에서는 다른 조건보다 낮으나, 특별한 차이점은 없는 것으로 보고하고 있다. 또한 high pass noise는 notched noise보다 높은 진폭을 제공해주고, 덜 복잡한 방법이 요구되며 tone burst 자극이 저주파수의 에너지 때문에 반응이 크게 나타나 확인이 쉽다는 장점을 설명하고 있다.
Tone burst 4000 Hz 자극 후의 결과는 click 자극 후의 결과와 잠복기, 파형, 진폭, 역치비교 모든 면에서 가장 유사하게 관찰되었다. 이러한 유사성은 click 자극 후 나타나는 반응이 주로 와우의 기저부위 즉, 고주파 부위의 반응을 반영한다는 주장을 다시 한번 뒷받침하고 있다. Hall16)도 click 자극이 와우의 첨단부위, 즉 저주파부를 자극하지만 그러한 자극이 ABR 반응으로 연결되지는 못한다고 주장하고 있다. 이유로는 첫째, traveling wave 현상은 기저부에서 시작하여 첨단부로 전도되므로 시간상 기저부가 먼저 자극을 받기 때문이고, 둘째는 traveling wave가 첨단부에 도달하면 와우를 자극하는 효과가 약화되어 와우 첨단부의 신경을 동시 다발적으로 자극하지 못하기 때문인 것으로 설명하고 있다. 결과적으로 click 자극 후 ABR은 주로 고주파, 즉 4000 Hz 부위의 반응이 주축이 되어 나타나므로 ABR 검사로 평가하는 신생아나 유소아 등의 청력역치 추정은 그 한계를 내포하고 있다.
결론
Tone burst 자극 후 ABR 검사는 저주파수의 반응뿐 아니라 고주파수의 반응도 click 자극 등과 비교할 때 매우 신뢰성이 높은 것으로 관찰되었다. 물론 저주파수에서 역치나 잠복기의 차이가 관찰되었지만 이들을 표준화 한다면 tone burst 자극은 저, 고주파수의 반응을 모두 관찰할 수 있으므로 click보다 오히려 임상적으로 더 유용할 것으로 사료된다. 특히 500 Hz나 1000 Hz의 반응에 대한 표준화 작업을 위해서 더 많은 인원을 대상으로, 유소아 및 난청자 등을 대상으로 tone burst 자극을 이용한 ABR 반응의 다각적 연구가 이루어지길 바란다.
REFERENCES
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