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Review
Electrophysiology
Korean Journal of Audiology 2000;4(2):89-95.
Electrical Auditory Brainstem Response
Lee-Suk Kim, Young-Min Ahn
Department of Otolaryngology-Head & Neck Surgery, College of Medicine, Dong-A University, Pusan, Korea
전기자극 뇌간유발반응
김리석, 안영민
동아대학교 의과대학 이비인후과학교실

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

서     론


 성공적인 인공와우이식과 술후 수행력의 발달을 위해서는 술전 청신경 생존에 대한 평가와 인공와우기기의 프로그래밍을 포함한 술후 재활과정이 매우 중요하다. 그러나 이러한 과정에서 유소아나 언어습득전 농환자 등에서는 주관적인 검사가 매우 어렵기 때문에 객관적인 전기생리적 검사가 필요하게 되었다. 객관적인 전기생리적 검사에는 전기자극 뇌간유발반응(electrical auditory brainstem response, EABR), 전기자극 청성중간반응(electrical auditory middle latency response, EMLR), 전기자극 등골근반사(electrical stapedial reflex, ESR), 그리고 neural response telemetry(NRT) 등이 있다. 이 가운데 EABR은 음자극 대신 전기자극을 주고 기록하는 뇌간유발반응으로1-3) 객관적인 청신경생존에 대한 평가방법으로 이용하고자 하는 많은 연구들이 이루어지고 있다. Dobie와 Kimm4)은 유인원을 대상으로 EABR을 기록하여 유발전위의 청각적 기원을 보고하였으며, Smith와 Simmons5)는 고양이를 대상으로 시행한 연구에서 EABR 진폭의 성장기능(growth function)이 나선신경절 세포의 생존 정도와 관계 있다고 하였다. Hall6)은 쥐를 대상으로 EABR을 기록하여 EABR의 최대 진폭과 P1 및 P1-N1 성장기능이 나선신경절세포의 생존과 높은 상관관계를 보인다고 하였으며, Fifer 등7)도 EABR이 청신경 생존을 예측하는데 도움을 줄 수 있다고 하였다. 여러 보고들에서처럼 EABR은 객관적인 청신경 평가방법의 하나로 이용될 수 있으며, 인공와우기기의 프로그래밍과 술후 수행력 등과의 연관성에 대한 연구도 이루어지고 있다.
EABR 검사에는 외이도, 와우갑각이나 정원창 등의 와우 외부를 자극하는 방법과 와우 내에 전극을 삽입하여 기록하는 방법이 있다. 술전 청신경 평가에는 와우갑각 전기자극 뇌간유발반응(promontory stimulation EABR, PS-EABR)8-10)과 정원창 전기자극 뇌간유발반응(round window EABR, RW-EABR)5)11)12)이 주로 이용된다. 그리고 인공와우이식 수술중이나 수술후에는 이식된 전극을 통한 인공와우 전기자극 뇌간유발반응(implant-EABR)을 기록할 수 있다.2)3)13)
EABR의 파형은 음자극에 의한 뇌간유발반응과 유사하나 각 파의 잠복시간이 짧으며, 자극강도를 증가시킴에 따라 진폭이 커지는 특징을 가진다.2)13)
전형적인 EABR의 파형은 2~4개의 정점으로 구성된다. 그 가운데 V파가 가장 크고 안정되게 기록되며, I파는 전기자극에 의한 인공물(stimulus artifact)로 인하여 잘 관찰되지 않는다.14)15) EABR의 파형이 음자극에 의한 뇌간유발반응과 유사한 것은 전기자극이 음자극과 동일한 청각전달로를 자극하기 때문인 것으로 해석된다.14)16)
EABR 각파의 잠복시간은 음자극에 비하여 짧으며, 자극 강도의 변화에 따른 잠복시간의 변화는 적거나 거의 없는데,2)17) 이는 전기자극이 외이와 중이의 전음과정과 내이에서의 진행파(traveling wave)를 거치지 않고 직접 청신경 말단을 흥분시키므로 자극 전달에 소요되는 시간이 짧아지기 때문이다.18)19)
EABR의 진폭은 전기자극의 강도를 증가시킬수록 커지며, EABR 진폭의 성장기능이 청신경 생존 정도와 상관관계가 있을 것으로 보고되고 있다.5)20)
EABR의 파형은 전기자극의 종류, 기록 전극의 위치, 그리고 비청각적 전위 등 여러 가지 요소들에 의해 영향을 받을 수 있다. EABR의 파형은 전기자극 부위의 반대측 귀에서 기록한 것(contralateral recording)이 자극한 귀 쪽에서 기록한 것(ipsilateral recording)에 비해 더 안정되고 뚜렷하게 기록된다.3)21)
EABR의 파형에 영향을 미칠 수 있는 비청각적 전위에는 자극인공물(stimulus artifact), 청신경 이외의 다른 신경의 자극, 그리고 근원성 반응 등이 있다. 전기자극에 의한 인공물은 잠복시간이 짧은 초기파들에 영향을 미치기 때문에 EABR에서는 I파가 잘 기록되지 않는다.8)17) 청신경 이외의 다른 신경에 의한 인공물에는 말초전정기관의 자극과 전정신경의 자극으로 인한 외안근의 활동전위 등이 있다.10)17) 근원성 반응은 주로 안면신경의 자극에 의한 근육의 수축에 의해 발생하며, 등골근이나 고막장근의 수축, 경부근육의 긴장 등에 의해서도 나타날 수 있다.15)22) 근원성 반응을 줄이기 위해서는 환자에게 검사에 관해 충분히 설명하여 검사에 대한 두려움을 없애고, 환자에게 긴장을 풀고 편안한 자세로 있도록 하여야 한다. 유소아에서는 전신 마취하에서 검사를 시행하는 경우가 많으며, 전신마취하에 검사를 시행할 경우 근이완제를 사용할 수도 있다. 또한 자극 귀의 반대측 귀에서 기록함으로써 전기자극에 의한 인공물의 영향을 줄일 수 있다.8)20)
최근 소아 특히 2세 이하의 어린 소아에서 인공와우이식이 증가함에 따라 객관적인 전기생리적 검사들이 인공와우이식 전과 후에 매우 중요한 역할을 하게되었으며, 특히 EABR은 임상적으로 술전 청신경 생존에 대한 평가, 대상자나 대상귀의 선택, 술중이나 술후 기기작동에 대한 검증과 술 후 인공와우기기의 프로그래밍 등에 이용될 수 있다.1)23)
와우갑각 및 정원창 전기자극 뇌간유발반응
인공와우이식 대상자의 술전 청신경 생존에 대한 평가방법으로 널리 이용되는 와우갑각 전기자극검사(promontory stimulation test, PST)는 피검자의 주관적인 표현에 의존하기 때문에 유소아나 언어습득전 난청자와 같은 협조가 잘 되지 않는 환자에서는 검사가 불가능하거나 매우 어렵다.1)24) 이러한 PST의 단점을 보완한 객관적인 청신경 평가방법으로 EABR에 관한 연구들이 보고되고 있다. Chouard 등12)은 사람에서 처음으로 정원창을 전기자극하여 뇌간유발반응을 기록하여 비록 파형이나 재현성은 좋지 않았으나 와우 외부를 전기자극하여 뇌간유발반응을 기록할 수 있다고 하였으며, Smith 등5)은 EABR의 최대진폭과 기울기가 청신경 생존과 상관관계가 있다고 하였다. 또한 NIH의 인공와우이식에 관한 보고서에서도 술전 EABR 검사가 인공와우이식 대상자의 선택에 기본적인 요소라고 하여 EABR의 중요성을 강조하고 있다.25)
술전 청신경 평가를 위한 EABR 검사의 전기자극 부위로는 외이도, 정원창, 그리고 와우갑각이 있다. 외이도는 와우와의 거리가 멀어 자극 전달이 충분히 되지 않기 때문에 잘 사용되지 않으며, 주로 정원창이나 와우갑각을 자극하는 방법이 이용된다. Simmons 등26)은 고실계, 정원창 그리고 와우갑각 전기자극 뇌간유발반응을 비교하여 나선신경절 세포가 많이 생존해 있을 경우에는 고실계 자극이 정원창 자극보다, 그리고 정원창 자극이 와우갑각 자극보다 더 효과적이나 나선신경절 세포가 없거나 거의 없는 경우에는 세 자극부위 사이에 차이가 없었다고 하였다. Kileny 등27)은 인공와우이식 환자를 대상으로 술전 와우갑각과 정원창 전기자극 뇌간유발반응을 기록하여 EABR의 역치와 동적범위(dynamic range) 등에 있어 두 검사방법 사이에 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않으며 정원창 자극에 비해 와우갑각 자극이 보다 간편하기 때문에 소아 인공와우이식 대상자의 선정과정에 도움이 된다고 하였다. 또한 Mason 등10)도 인공와우이식 수술전 와우갑각 전기자극 뇌간유발반응을 기록하여 대상귀를 선정하는데 이용하고자 하였다. 와우갑각을 자극하는 방법은 정원창 자극방법에 비해 외이도-고막 피판을 들지 않고 고막을 통하여 침전극 등을 삽입하므로 검사가 간편하고 치유에 필요한 시간이 짧은 장점이 있어 PS-EABR이 술전 청신경 평가에 유용한 검사로 생각된다.
Fig. 1은 본 교실에서 사용하고 있는 PS-EABR 검사에 필요한 장비와 방법을 모식적으로 나타낸 것으로, 전기자극기와 신호 평균가산기(signal averager)가 서로 연결되어 있으며 전기자극이 주어짐과 동시에 부착된 기록전극을 통하여 EABR이 기록된다. EABR 검사를 위한 기록전극은 활성전극을 전두정중부(frontal pole zero, Fpz)에, 접지전극을 동측 이개나 유양돌기 또는 경부 근육에, 그리고 기준 전극을 반대측 이개나 유양돌기에 부착한다. 자극전극으로 경고실 침전극(transtympanic needle electrode)을 주로 사용하나 공전극(ball electrode)을 사용하기도 하며, 본 교실에서는 백동선을 이용하여 끝 부분을 코일처럼 감아서 와우갑각에 닿는 부위가 넓어지도록 한 전극을 사용하고 있다. 전기자극을 위한 접지전극은 자극귀의 동측 하악각에 부착한다. 자극전기는 주로 단극성의 이위상 전류(monopolar biphasic current)를 주로 사용하며, 일부에서 monophasic 전류를 사용하는 경우도 있었으나 그 경우 전기자극에 의한 인공물이 많이 생겨 파형의 관찰이 어려운 경우가 많다. 각 전극의 저항은 낮을수록 좋으며 대개 10 kΩ을 넘지 않도록 하여야 한다. 유발전위의 기록을 위한 필터설정은 대부분 10~200 Hz에서 1000~3000 Hz 사이로 하며, pulse rate는 10~30/sec, pulse duration은 100~200 μsec/phasic으로 하며, pulse width는 0.25 msec로 한다.8-10)
본 교실에서는 고막천공은 있으나 이루가 없으면서 골도청력이 정상인 만성중이염 환자와 중등도의 감각신경성난청 환자, 그리고 농환자들을 대상으로 PS-EABR 검사를 시행하여 안정적인 PS-EABR 파형을 얻을 수 있었다. 전형적인 PS-EABR의 파형은 2~3개의 정점으로 구성되었으며, V파가 가장 크고 안정되게 기록되었나 I파는 전기자극의 영향으로 기록되지 않았다(Fig. 2 and 3).8)28) 그리고 일부에서는 근원성 반응이 잠복시간 7 msec 근처에서 나타났다(Fig. 3). 역치에서 V파의 잠복시간은 정상 골도 청력 군에서는 4.65±0.45 msec, 중등도 난청환자 군에서는 4.63±0.07 msec, 농 환자군에서는 4.58±0.35 msec로 모두 4.6 msec 근처였으며, 음자극에 의한 V파의 잠복시간보다 짧았다. Kileny 등9)도 역치에서 V파의 잠복시간은 4.69±0.57 msec로 보고하였다. 또한 자극강도의 변화에 따른 잠복시간의 변화는 거의 없었으며, V파의 진폭은 자극강도를 증가시킬수록 커지는 경향을 보였다.
PS-EABR의 역치와 동적범위는 대상자에 따라 많은 차이를 보였는데, 이는 마취의 종류, 중이점막의 상태, 전극의 위치, 그리고 청신경 생존 정도 등과 관련이 있을 것으로 보인다.8) EABR의 역치가 인공와우이식후 수행력과 관계 있다는 보고도 있으나 대상자간에 많은 차이를 보인다고 한다.22)29) 또한 Kileny 등은 와우의 골화가 있는 환자에서 기록한 EABR의 역치가 와우의 골화가 없는 환자보다 높았다고 보고하고 있다.
임상적으로 술전 EABR 검사는 청신경 생존에 대한 예측, 대상자와 대상귀의 선택, 그리고 가장 적합한 인공와우기기를 선정하는 데에도 이용할 수 있으며, 나아가 청각 전달로의 상태에 대한 평가 등에도 이용할 수 있으리라 생각된다.9)10)

 인공와우 전기자극 뇌간유발반응
인공와우 전기자극 뇌간유발반응(implant-EABR)은 인공와우이식 수술 중이나 수술후 와우내 삽입된 전극을 통하여 전기자극을 주고 기록하는 뇌간유발반응을 말한다. Starr 등2)은 단채널 인공와우를 이식 받은 사람에서 처음으로 implant-EABR을 기록하여 그 파형이 음자극에 의한 뇌간유발반응과 많은 유사성을 보인다고 하였으며, Shallop 등18)은 EABR의 역치와 주관적인 반응역치(behavioral threshold, 이하 T-level)과의 상관관계를 구하여 인공와우의 
프로그래밍에 이용하고자 하였다. Brown 등13)은 EABR이 매우 어린 소아에서 유용한 검사라고 하였으며, Kileny 등23)은 EABR이 인공와우기기의 작동상태와 전기자극의 전달이 효과적으로 되고있는지에 대한 평가에도 이용될 수 있다고 하였다.
Fig. 4는 본 교실에서 사용하고 있는 Nucleus 인공와우기기 사용자의 implant-EABR 검사를 위해 필요한 장치와 설정을 모식적으로 나타낸 것이다. 컴퓨터에 장착된 interface 5(IF5) card를 통하여 processor control interface(PCI)와 말소리합성기가 연결되고 이를 통하여 전기자극이 주어지게 된다. 전기자극의 강도는 windows diagnostic & programming software(Win-DPS)에 의해 조절된다. 그리고 신호 평균가산기는 trigger 선으로 IF5와 연결되어 있어 자극이 주어짐과 동시에 EABR이 기록된다. EABR 검사를 위한 기록전극은 표면전극으로 두정부에 활성전극을, 전두부에 접지전극을 그리고 자극 반대측 이개에 기준전극을 부착한다. Filter는 10~3000 Hz, sensitivity는 50 μV로 하며, 10 msec동안 2000회 평균가산하여 EABR을 기록한다.3)23)
전형적인 implant-EABR의 파형은 2~4개의 정점으로 구성되며, V파가 가장 크고 안정되게 기록되며, I파는 잘 관찰되지 않는다(Fig. 5).3) V파의 잠복시간은 4 msec 정도로 음자극을 했을 때 보다 1.5~2.0 msec 정도 단축되며3)14) 자극 강도의 변화에 따른 잠복시간의 변화가 적거나 거의 없으며, 진폭은 자극강도를 증가시킴에 따라 커진다.17)30)
EABR의 파형은 여러 가지 비청각적 전위에 의해 영향을 받을 수 있다. 안면신경의 자극에 의한 근원성 반응이 가장 흔하게 나타나는데, 잠복시간이 7 msec 근처에서 나타나며 청각적 전위에 비하여 자극 강도의 증가에 따른 진폭의 증가정도가 매우 크다.15)22) 전정신경의 자극으로 인한 반사적 외안근의 활동전위는 잠복시간 7~8 msec 근처에서 나타날 수 있으며,17) 전정신경의 직접적인 자극에 의한 비청각적 전위는 2 msec 근처에서 음성파로 나타나는 경우가 있다.10)17) 와우내 자극되는 전극의 위치에 따른 EABR 기록의 차이를 보면 와우의 기저부에 가까운 전극보다 첨부 쪽의 전극을 전기자극하여 기록한 EABR의 파형이 보다 더 안정되게 기록되며, V파의 진폭이 더 크고 잠복시간도 짧게 나타나는 경우가 많은데, Shallop 등18)은 그 이유를 청신경 생존 정도의 차이 때문이라고 주장하였다.
임상적으로 implant-EABR은 술중이나 술후 기기작동에 대한 검증이나 술 후 인공와우기기의 프로그래밍 등에 객관적인 검사로 이용된다. 특히 유소아와 의사소통에 장애가 있는 언어습득 이전에 농이 된 환자들의 mapping과정에 있어서는 각 전극에 대한 T-level과 쾌적치(the most comfortable level, 이하 C-level)를 찾는데 많은 어려움이 따르는데, 이와 같이 검사가 어려운 환자들의 mapping 시에는 implant-EABR의 역치를 참고하여 각 전극의 역치를 설정할 수 있다.
EABR의 역치와 T-/C-level에 대한 연구에서 각 역치간에 높은 상관관계가 있음을 보고하고 있다. Hodges 등31)은 EABR의 역치가 T-level 보다 20 unit 정도 높다고 하였으며, Shallop 등18)은 C-level 근처라고 하였다. Brown 등13)은 EABR의 역치가 T-level과 C-level 사이이며 성인에서 EABR의 역치가 T-level보다 33.1±19.2 unit 높다고 하였다. 본 교실에서는 인공와우이식 환자를 대상으로 수술 후 3주 경에 EABR 검사를 시행하여 EABR의 역치를 구하였으며, 술 후 1개월, 6개월, 12개월, 그리고 24개월에 시행한 mapping시의 T-/C-level과의 상관관계를 알아보았다. 그 결과 EABR의 역치는 C-level 근처였으며, T-level과의 평균 차이는 35~60 unit 사이로 EABR의 역치가 높았다(p<0.05).32)
Implant-EABR은 유소아의 mapping 시 각 전극의 역치를 찾는데 시작점으로 이용될 수 있으며, 인공와우 사용중 기기작동에 이상이 있거나 갑작스런 역치의 변화 등이 있을 경우 인공와우의 integrity에 대한 검사방법으로 이용되기도 한다.10)23) 향후 implant-EABR과 인공와우이식 후 수행력이나 고위청각중추 기능과의 연관성에 대한 연구가 이루어져야 할 것으로 생각된다.


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