A Clinical Study of Promontory Stimulation EABR

Kim, Lee-Suk; Kang, Myung-Koo; Ahn, Young-Min; Heo, Seong-Duk; Lee, Hyeon; Kim, Sang-Ryeol

Original Article

Electrophysiology

Korean Journal of Audiology 2000;4(1):32-43.

A Clinical Study of Promontory Stimulation EABR

Lee-Suk Kim, Myung-Koo Kang, Young-Min Ahn, Seong-Duk Heo, Hyeon Lee, Sang-Ryeol Kim

Department of Otolaryngology-Head & Neck Surgery, College of Medicine Dong-A University, Pusan, Korea

와우갑각 전기자극 뇌간유발반응에 관한 연구

김리석^, 강명구^, 안영민^, 허승덕^, 이현^, 김상렬

동아대학교 의과대학 이비인후과학교실

Abstract

In selecting patients for cochlear implants and predicting outcomes from such implants, determining nerve survival is important. Several authors have suggested using the electrically evoked auditory brainstem response (EABR) to evaluate the preoperative status of the auditory nerve. The purposes of this study were to evaluate feasibility of EABR recordings by electrical stimulation to the promontory and to find optimum stimulation condition. 46 subjects who have below 15 dB HL bone conduction threshold and dried, perforated tympanic membrane were studied. Subjects were divided into two groups according to the different electrical stimulation parameters. Electrical stimuli were 100 μsec monophasic current in group I and 200 μsec balanced biphasic current pulses in group II. Electro-stimulation were performed with a tip of the transtympanic electrode placed on the promontory near the round window niche. The PS-EABRs were analyzed for waveforms, thresholds, wave V latencies and amplitudes. The results were as follow；1) EABR could be elicited by electrical promontory stimulation. And better waveforms were obtained with biphasic electrical stimuli (group II). Typical waveform consists of a series of two to three peaks. The largest peak of them was wave V and wave I was not identifiable due to stimulus artifact. 2) Mean wave V latencies at threshold were 4.69±0.02 msec in group I and 4.65±0.45 msec in group II and were not significantly changed as the stimulus intensity increased. 3) Mean wave V amplitudes in both groups increased as the stimulus intensity increased. 4) There was no significant correlation between EABR thresholds and subjective sensation thresholds. In conclusion EABR could be recorded by electrical promontory stimulation and better waveforms were obtained with electrical stimuli of 200 μs biphasic current pulse with train mode. And PS-EABR may be useful in prediciton of neural survival, preoperative selection process for cochlear implant and decision of which ear to implant.

Keywords: EABR;Promontory stimulation;Cochlear implant;Neural survival.

교신저자：김리석, 602-715 부산광역시 서구 동대신동 3가 1번지
전화) (051) 240-5428, 전송) (051) 253-0712

서 론

인공와우이식은 양측 고도이상의 감각신경성 난청 환자의 언어습득 및 청각재활에 매우 유용한 방법이며,¹⁾ 인공와우이식 대상자의 선정, 대상귀의 선택 그리고 술후 예후 예측 등을 위하여 청신경 생존에 대한 평가가 중요하다.^2-4) 술전 청신경 평가에 널리 이용되는 와우갑각 전기자극검사(promontory stimulation test, PST)는 피검자의 주관적인 표현에 의존하기 때문에 유소아나 언어습득전 난청자와 같은 협조가 잘 되지 않는 환자에서는 검사에 어려움이 있으며, 이를 해결하기 위해서 객관적인 검사방법이 필요하게 되었다.³⁾⁵⁾ 전기자극 뇌간유발반응(electrical auditory brainstem response, EABR)은 음자극 대신 전기자극을 주고 기록하는 뇌간유발반응으로 객관적인 청신경 생존의 평가 방법으로 연구되어지고 있다.³⁾⁶⁾⁷⁾ 술전 EABR 검사에서 전기 자극하는 부위로는 외이도, 정원창 그리고 와우갑각이 있다. 그 가운데 와우갑각 전기자극 뇌간유발반응(promontory stimulation EABR, PS-EABR)은 정원창 전기자극 뇌간유발반응(round window stimulation EABR, RW-EABR)에 비하여 검사가 보다 간편하고 통계적으로도 유의한 차이가 없어 술전 청신경 평가방법으로 일부에서 이용되고 있으나,⁵⁾⁸⁾⁹⁾ 전기적인 특성이나 자극 조건에 따라 영향을 받을 수 있기 때문에 기록이 쉽지 않다.
이에 저자들은 적절한 검사조건을 설정하여 와우갑각 전기자극 뇌간유발반응의 기록 가능성을 알아보고, 전극과 자극조건을 개선하여 보다 나은 와우갑각 전기자극 뇌간유발반응의 파형을 얻기 위하여 본 연구를 시행하였다.

대상 및 방법

대 상

본 연구는 동아대학교병원 이비인후과를 방문한 환자가운데 고막 천공이 있으나 이루가 없고 순음청력검사상 골도청력이 전 주파수에서 15 dB HL 이내인 환자를 대상으로 하였다. 대상자들은 자극전기를 monophasic 전류를 사용한 군(I군)과 biphasic 전류를 사용한 한 군(II군)으로 나누어 검사를 시행하였다. 전체 대상자의 수는 46명이며, I군은 1995년 8월부터 10월까지 3개월 동안 이비인후과 외래를 방문한 20명의 환자(남자：9명, 여자：11명)로 구성되었으며, 대상자의 연령은 19~52세(평균 35세) 였다. II군은 1996년 1월부터 4월까지 4개월 동안 이비인후과 외래를 방문한 26명의 환자(남자：9명, 여자：17명)로 구성되었으며, 대상자의 연령은 16~54세(평균 38세) 였다.

방 법

IAC 1202A 방음실에 피검자를 반듯이 눕히고 긴장을 풀게 한 다음 각성 상태에서 검사를 시행하였다.
기록 전극으로 표면전극(silver-coated EEG cup electrode)을 사용하여, 전두정중부(Frontal Pole Zero, Fpz)에 활성전극을, 검사측 이개에 접지전극을 그리고 검사 반대측 이개에 기준전극을 부착하였다.
자극 전극으로 I군에서는 PST에 사용하는 침전극을, II군에서는 1 mm 두께의 백동선을 사용하여 끝 부분을 편평하게 연마한 전극을 사용하였다. 전극을 정원창 근처 와우갑각에 대고 전극이 움직이지 않도록 전극선 주위의 외이도를 솜으로 막아 고정하였다. 접지 전극은 표면전극을 사용하여 검사측 하악각에 부착하였다.
기록전극의 저항은 5 kΩ이하, 자극전극의 저항은 10 kΩ 이하로 하였으며, 전기 자극은 I군에서는 100 μs의 monophasic pulse를 초당 11회로 주었고, II군에서는 200 μs biphasic pulse를 train mode로 초당 11회로 자극하였다.
유발전위의 기록을 위하여 Nicolet CA-2000 Evoked Response Audiometer를 사용하였다. 필터는 I군에서는 100~3000 Hz, II군에서는 10~3000 Hz로 하였고, 증폭기의 sensitivity는 50 μV로 하였다. 전기자극 후 10 msec까지 256회 평균가산하여 기록하였으며, 전기자극의 영향을 줄이기 위하여 검사 반대측 기록(contralateral recording)을 하였다.
전기 자극을 100 μA부터 시작하여 50 또는 100 μA 단위로 증가시키면서 PS-EABR을 기록하였으며, 참을 수 없는 통증을 호소하거나 인공물의 수가 10%를 초과하는 경우, V파가 명확하지 않은 경우, 잠복시간 5~7 msec 정도에 강한 전위가 나타나 정상적인 파형을 관찰할 수 없었던 경우 기록을 중단하고 다시 검사하였다. 1예에서 만성 중이염 수술 전에 전신 마취하에 근이완제를 투여한후 PS-EABR을 검사하여 기록된 파가 청각적 전위에 의한 것인지 인공물 혹은 근원성 반응인지를 확인하였다.
검사 중 피검자의 주관적 감각을 확인하기 위하여 청각적 느낌이나 통증 등 어떤 느낌이라도 말하도록 하였으며, 각 자극 강도마다 느낌을 확인하고 기록하였다. 피검자가 어떤 느낌을 느끼기 시작하는 최소 자극 강도를 주관적 감각 역치로 정하였으며, 이를 EABR의 역치와 비교하였다.
검사 종료 후에는 모든 전극의 저항을 다시 확인하여 지속적으로 부착된 상태에서 검사가 이루어졌는지를 확인하여 검사 신뢰도를 평가하였고, 3예에서 전기 자극에 의한 청력변동 여부를 확인하기 위하여 순음청력검사를 추가로 시행하였다.
기록된 각 군의 PS-EABR의 파형을 비교하였으며, 각 파형을 분석하여 PS-EABR의 역치, Ⅴ파의 잠복기 그리고 역치상 자극 증가에 따른 Ⅴ파의 진폭변화를 비교하였다.

결     과

PS-EABR 파형

I군에서 보인 PS-EABR의 파형에서는 4.6 msec 근처의 일정한 잠복시간대에 V파로 보이는 작은 양성파가 기록되었다. 전신 마취하에 근이완제를 투여한 후 기록한 PS-EABR의 파형에서 5 msec 이후에 보이던 파들의 진폭은 감소한 반면 V파로 보였던 파는 잠복시간의 변화없이 계속해서 관찰되어 V파임을 확인할 수 있었다(Fig. 1).
I군에서의 전형적인 PS-EABR의 파형에서는 V파만 관찰되었는데, 초기 잠복시간대에 전기자극에 의한 인공물 등에 의해 작은 양성파로 나타났다. I, II, III 그리고 IV파는 전기자극의 영향으로 구분이 어려웠다(Fig. 2). 강한 자극을 주었을 때 잠복시간 5~7 msec 정도에 안면신경의 자극에 의한 근원성 반응을 보인 경우도 있었다(Fig. 3).
II군에서의 전형적인 PS-EABR 파형은 2~3개의 파로 구성되었다. 자극 조건의 개선으로 I군에서 보인 자극 인공물에 의한 기록 간섭 현상이 현저히 감소되어 대부분의 경우에서 III파(22예/26예)와 V파(23예/26예)를 관찰할 수 있었으며, 9례에서는 II파도 관찰되었다(Fig. 4). V파가 나타나지 않은 3예는 결과분석에서 제외하였다. 강한 자극을 주었을 경우 I군과 같이 근원성 반응에 의한 전위가 나타난 경우도 있었다(Fig. 5).

PS-EABR의 역치

PS-EABR의 역치는 I군에서 100~400 μA(평균 262.5±103.71 μA), II군에서 200~2000 μA(평균 986.96± 547.98 μA)로 다양한 범위를 보였으며, 개체간에도 많은 차이를 보였다.

Ⅴ파의 잠복시간과 진폭

역치에서 전기 자극 후 V파가 나타나기까지의 평균 잠복시간은 I군에서는 4.69±0.02 msec였고(Table 1), II군에서의 평균 잠복시간은 4.65±0.45 msec였다(Table 2). 두 군 모두에서 역치상 자극강도를 증가시켜도 V파의 잠복시간은 거의 일정하였다(Figs. 6 and 7). 역치에서 V파의 평균 진폭은 I군에서는 1.40±0.82 μV였으며(Table 3), II군에서는 0.67±0.44 μV였다(Table 4). 두 군 모두에서 역치상 자극강도를 증가시킬수록 V파의 평균 진폭은 증가하는 경향을 보였다(Figs. 8 and 9). 각 표에서 역치상 자극강도가 증가함에 따라 n수가 작아지는 것은 피검자들의 유발반응이 나타나는 동적범위가 서로 다르기 때문이다.

피검자 감각과 역치와의 관계

전기자극에 대한 느낌의 표현은 피검자에 따라 다양하게 나타났으며, 이를 유형별로 살펴보면 귀속으로 밀려들어오는 듯한 느낌이 23예로 가장 많았고, 찌르는 느낌과 아픈 듯한 느낌이 각각 11예, “똑딱똑딱”, “찌리 찌리”, “딩딩딩”, 용접하는 듯한 “쉭쉭”과 같은 소리로 느낀 경우가 9예 그리고 진동, 부풀어지는 느낌, 어지럽다, 아무 것도 느끼지 못했다가 1예씩으로 나타났다.
주관적 감각역치와 PS-EABR의 역치와의 차이는 100부터 1900 μA까지로 일정하지 않았으며 두 역치 사이에 통계적으로 유의한 상관관계는 없었다.

고     찰

인공와우이식의 활성화와 더불어 술전 청신경 평가에 대한 중요성이 대두되기 시작하였으며, 청신경 평가를 위한 여러 방법들이 연구되었다. 1974년 House와 Brackmann¹⁰⁾은 전기자극 와우갑각검사(electrical promontory testing, EPT)를 개발하여 청신경 생존상태를 예측하고 인공와우이식대상자의 선정에 이용하고자 하였으며, 근래에는 Nucleus사의 전기자극기를 이용한 와우갑각 전기자극검사(promontory stimulation test, PST)가 인공와우이식대상자의 술전평가에 널리 이용되고 있다. 그러나 PST는 협조가 되지 않는 유소아나 언어습득에 농이 된 환자들에서 검사하는 데는 어려움이 많으므로 객관적인 청신경 평가방법이 필요하게 되었다. Dobie와 Kimm¹¹⁾은 유인원을 대상으로 EABR을 기록하여 유발전위의 청각적 기원을 보고하였으며, Smith와 Simmons²⁾는 고양이를 대상으로 시행한 연구에서 EABR의 진폭과 input-output function의 기울기가 나선신경절 세포의 생존 정도와 관계 있다고 하였다. 반면에 Stypulkowski 등¹²⁾은 EABR의 magnitude가 와우 병리소견과 직접적인 연관이 있는 것은 아니라고 보고하고있다. Hall¹³⁾은 쥐를 대상으로 EABR을 기록하여 EABR의 최대 진폭과 P1 및 P1-N1 성장기능이 나선신경절세포의 생존수와 높은 상관관계를 보이며 EABR의 I파는 청신경의 상태에 관한 정량적인 정보를 제공하여 준다고 하였고, Fifer 등⁴⁾도 EABR이 청신경 생존을 예측하는데 도움을 줄 수 있다고 하였다. Kileny 등⁵⁾과 NIH 보고서¹⁴⁾에서도 EABR이 소아 인공와우이식 대상자의 선정에 매우 중요한 요소라고 보고하고 있다. 위에서와 같이 EABR은 인공와우이식 대상자의 선정이나 대상귀의 결정 등에 이용할 수 있는 유용한 술전 객관적 청신경 평가방법으로 생각된다.
EABR을 기록하는 방법에는 외이도, 정원창 또는 와우갑각 등의 와우 외부를 자극하는 방법과 인공와우이식 수술 중이나 수술 후 와우내 삽입된 전극을 통하여 기록하는 방법이 있으며, 술전 검사법으로는 정원창과 와우갑각을 자극하는 방법이 주로 이용된다. Chouard 등¹⁵⁾은 처음으로 정원창을 전기자극하여 뇌간유발반응을 기록하였는데 비록 파형이 좋지 않고 기록의 재현성은 낮으나 와우 외부를 전기 자극하여 뇌간유발반응을 기록할 수 있다고 하였다. Simmon 등¹⁶⁾은 고실계, 정원창 그리고 와우갑각 전기자극 뇌간유발반응을 비교하여 나선신경절 세포가 많이 생존해 있을 경우에는 고실계자극이 정원창 자극보다 그리고 정원창자극이 와우갑각자극보다 더 효과적이나 나선신경절 세포가 없거나 거의 없는 경우에는 세 자극부위 사이에 차이가 없었다고 보고하였다. 그러나 Kileny 등⁸⁾은 인공와우이식 환자를 대상으로 술전 와우갑각 전기자극과 정원창 전기자극 뇌간유발반응을 기록하여 두 검사방법 사이에 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않으며 정원창 자극에 비해 와우갑각 자극이 보다 간편하기 때문에 소아 인공와우대상자의 선정과정에 도움이 된다고 보고하였으며, Mason 등⁹⁾도 인공와우이식 수술전 와우갑각 전기자극 EABR을 기록하여 대상귀를 선택하는데 이용하고자 하였다. 와우갑각 자극 방법은 정원창 자극 방법에 비해 피판을 들지 않고 고막을 통하여 침전극 등을 삽입하므로 검사가 간편하고 치유에 필요한 시간이 짧은 장점이 있다.
EABR은 음자극에 의한 뇌간유발반응과 그 파형이나 진폭 등에 있어 많은 유사한 특징들을 보이며,⁶⁾¹⁷⁾ 이는 전기자극이 음자극과 같은 청각 전달로를 자극하기 때문인 것으로 보고된다.¹⁸⁾ 그러나 EABR은 전기자극을 사용하기 때문에 음자극에 의한 뇌간유발반응과 비교해 볼 때 잠복시간이 짧고 자극강도에 따른 변화가 아주 작으며 전기자극에 의한 인공물로 I파를 포함한 기록 초기의 파들을 잘 관찰할 수 없는 특징을 보인다.^6)18)19) 본 연구에서 얻어진 PS-EABR의 파형에서도 V파의 평균 잠복시간이 4.6 msec 근처로 짧았으며 자극강도의 증가에 따른 V파의 평균 잠복시간은 거의 일정하였다. 파형을 분석하여보면 V파가 가장 안정되게 관찰되었으나 I파는 관찰되지 않았으며 다른 파들은 불규칙하게 관찰되었다. EABR에서 각 파의 잠복시간이 단축되는 것은 외이와 중이의 전음과정과 내이에서의 진행파를 거치지 않고 청신경 말단을 직접 흥분시키므로 자극전달에 소요되는 시간이 짧기 때문으로 해석된다.¹⁸⁾²⁰⁾ Van den Hornet 등¹⁸⁾은 EABR에서 I파를 관찰할 수 없는 이유를 자극에 의한 인공물로 인해 잠복시간이 1 msec 이내인 I파가 상쇄되는 것으로 설명하고 있으며, Mason 등²⁰⁾도 Ⅰ파가 기록되지 않는 이유를 자극에 의한 인공물이 약 0.75 msec의 잠복시간을 가지는 I파에 영향을 미치기 때문이라고 하였다.
EABR의 기록은 근원성 반응이나 전정신경자극 등의 비청각적 전위에 의해 오염되기 쉬우며, EABR의 기록과 파형의 분석에는 청신경의 자극에 의한 신경원성 반응과 근원성 반응을 구분하는 것이 중요하다. 근원성 반응은 안면신경의 자극, 중이근육의 수축 또는 경부근육의 긴장 등에 의해서 발생한다.^2)5)18)21) 근원성 반응도 일정한 잠복시간대에 나타나며 자극강도가 변함에 따라 진폭의 크기가 변하는 특성을 가지고 있기 때문에 정상적인 파와 구분하기가 어려울 수 있다. 근원성 반응은 파형, 잠복시간 그리고 진폭의 입출력 기능 등에 의해 청각적 전위와 구분된다. 안면신경의 자극에 의한 근원성 반응은 V파에 비해 잠복시간이 길어 대개 7 msec 근처에 나타나며, 자극강도의 증가에 따른 진폭의 증가정도가 매우 크다. 또한 말초 전정기관이나 전정신경의 자극으로 인한 비청각적 전위는 2 msec 근처에서 음성파로 나타나는 경우가 있으나 전기자극에 의한 인공물과 구분이 어려운 경우가 많다.^6)9)12)
근원성 반응을 줄이기 위해서는 환자에게 검사에 대해 충분히 설명하여 검사에 대한 두려움을 없애고, 환자에게 긴장을 풀고 편안한 자세로 있도록 하여야 하며, 유소아에서는 대개 전신 마취하에서 검사하는 것이 좋다. EABR 기록 중에는 파형을 계속 관찰하면서 인공물의 혼입 여부를 확인하고 인공물의 수가 10%를 초과할 경우 EABR 기록을 중단하고 다시 검사할 수 있다. 그 외 전신마취하에 검사를 시행할 경우 근이완제를 사용할 수 있으며, 검사 반대측 귀 또는 자극 부위와 떨어진 경부에서 기록함으로써 그 영향을 줄일 수 있다.²¹⁾
EABR의 역치가 인공와우이식 후의 수행력을 예측하는데 좋은 지표가 된다는 보고도 있으나²²⁾ EABR의 역치는 개인간에 많은 차이를 보인다.²³⁾ 본 연구에서도 PS-EABR 역치와 동적범위(dynamic range)가 개인이나 각 군간에 다양하게 관찰되었다. 그 이유는 모든 검사를 각성 상태에서 시행했기 때문에 피검자의 전기자극으로 발생하는 피검자의 통증에 대한 감수성 정도에 따라 영향을 받았으리라 생각되며, 와우갑각의 자극위치가 항상 일정한 것은 아니며 또한 대상자가 만성 중이염 환자들로 중이점막의 두께와 상태가 서로 다르기 때문으로 생각된다.
EABR의 기록은 자극전기의 특성에 따라 영향을 받는다. 본 연구의 I군에서는 100 μs monophasic pulse의 전류를 이용하였는데 초기 잠복시간대에 나타난 매우 강한 양성 전위들로 인하여 V파를 관찰할 수는 있었으나 II군에서와 같은 EABR의 전형적인 파형은 보이지 않았다. II군에서는 I군에서 사용하였던 침전극을 개선하고 자극 전기로 200 μs biphasic pulse의 전류를 이용하여 좀 더 안정적인 EABR의 기록과 개선된 파형을 얻을 수 있었다.
임상적으로 술전 EABR 검사는 청신경 생존의 평가, 인공와우이식 대상자의 선정 및 대상귀의 선택 등에 이용할 수 있다.^3-5)9)24) 향후 난청환자를 대상으로 한 추가적인 연구와 전극을 포함한 기기와 전기자극방법 등의 개선에 대한 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다.

결     론

저자들은 고막천공이 있으면서 정상 골도 청력을 가진 환자를 대상으로 와우갑각 전기자극 뇌간유발반응 검사를 시행하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
1) I군과 II군 모두에서 와우갑각을 전기자극하여 EABR을 잘 기록할 수 있었으며, 자극조건을 개선한 II군에서는 I군에서 보였던 자극 인공물의 감소로 보다나은 파형을 기록할 수 있었다. PS-EABR의 전형적인 파형은 2~3개의 정점이 나타나며, 이중 V파가 가장 안정되고 뚜렷하게 관찰되었다.
2) V파의 평균 잠복시간은 I군에서는 4.69±0.02 msec, II군에서는 4.65±0.45 msec였으며, 역치상 자극강도를 증가시켜도 잠복시간은 거의 일정하였다.
3) 두 군 모두에서 V파의 평균 진폭은 역치상 자극강도를 높일수록 증가하는 경향을 보였다.
4) 피검자의 감각역치와 유발반응의 역치 사이에 통계적으로 유의한 상관관계는 없었다.
결론적으로 저자들은 PS-EABR을 잘 기록할 수 있었으며, 자극 조건을 개선하여 전기자극으로 200 μs biphasic, train mode의 전류를 사용하였을 때 보다 안정적인 EABR을 기록할 수 있었다. PS-EABR은 임상적으로 특히 유소아와 검사가 어려운 환자들의 청신경 평가 등에 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

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