Correlation between Electrically Evoked Compound Action Potential and Comfortable and Threshold Levels as a Function of the Electrode Location and Duration after Cochlear Implantation

Lee, Bo-Bae; Kim, Hyung-Jong; Lee, Jung-Hak; Kim, Jin-Sook

Original Article

Electrophysiology

Korean Journal of Audiology 2008;12(1):16-21.

Correlation between Electrically Evoked Compound Action Potential and Comfortable and Threshold Levels as a Function of the Electrode Location and Duration after Cochlear Implantation

Bo-Bae Lee^1,2, Hyung-Jong Kim¹, Jung-Hak Lee⁴, Jin-Sook Kim³

¹Department of Otorhinolaryngology, College of Medicine
²Graduate School of Public Health
³Speech Pathology Audiology, Hallym University, Chuncheon
⁴Department of Audiology, Hallym Institute of Advanced International Studies, Chuncheon, Korea

인공와우 수술 후 전기 청신경 활동 전위와 행동 반응의 상관관계

이보배^{¹^,²}^, 김형종^¹^, 이정학^⁴^, 김진숙^³

^¹한림대학교 의과대학 이비인후과학교실
^²보건대학원
^³언어청각학부
^⁴한림국제대학원대학교 청각학과

Abstract

Background and Objectives: At initial post-implantation, a correlation between objective and psychoacoustic data has not yet been sufficiently investigated due to high inter-individual variability in cochlear implant users. The goal of this study was to estimate correlation between the objective (intra-operation) and psychoacoustic (post-operation) data as a function of the electrode location and duration after implantation.

Subjects and Methods
15 adults and children Nucleus Freedom^® cochlear implantees participated in this study. Intra-operative electrically evoked compound action potential (ECAP) of three -apical, medial, basal-electrode locations were compared with the 'threshold (T)' and 'comfort (C)' levels. Each electrode was measured at 4, 5, 7 and 11 weeks post-operatively.

Results
ECAP and C level get very similar after 7 weeks. The significant correlation was observed at medial location from 5 to 11 weeks with C level and at apical location from 4 to 11 weeks with C and T levels, respectively. Among three electrodes, basal electrode location did not show any correlation except only from 5 weeks with C, T levels. ECAP and C level get very similar after 7 weeks.

Conclusions
The intra-operative ECAP data may be used to predict C, T levels in cochlear implant users. This preliminary study suggests that ECAP may be utilized to predict C, T level at about 5 weeks of post-implantation. Further, speech performance ability should be added for the criteria for expecting C and T level as well as the behavioral measurements.

Keywords: Cochlear implant;Electrically evoked compound action potential;Neural response telemetry;Threshold level;Comfortable level.

Address for correspondence : Jin-Sook Kim, PhD, Department of Speech Pathology and Audiology, Hallym University, 39 Hallimdaehak-gil, Chuncheon 200-702, Korea
Tel : +82-33-248-2213, Fax : +82-33-256-3420, E-mail : jskim@hallym.ac.kr

서 론

인공 와우(cochlear implant: CI)는 외부의 소리 자극을 전기 신호로 변환한 후에 그 전기 신호를 미세 전극을 통해 청신경으로 직접 전달하여 소리를 듣게 하는 장치이다. 따라서, CI를 통해 편안한 소리를 듣기 위해서는 각 사용자마다 전기적 자극의 범위를 정해주는 조율의 단계를 거쳐야 한다. 조율이란 최소 가청 역치(threshold level: T level)와 최적 가청 수준(comfortable level: C level)을 측정하는 것으로, 소리 자극 후 환자의 행동 반응에 의한 전문가의 판단에 기인한다. 따라서 소리에 대한 경험이 부족한 선천성 난청이거나 언어 습득 이전에 난청이 발생한 환자, 혹은 의사 표현이 어려운 유소아의 경우 행동 반응에 근거한 주관적인 측정 방법으로는 정확한 조율이 어렵다. 이러한 경우 주관적 측정 방법의 어려움을 보완하기 위해 객관적 검사들에 근거한 조율 방법이 고려되고 있다.
CI 수술 중에 청신경 경로를 확인하고 CI의 기능을 평가 할 수 있는 객관적인 검사 방법들에는 임피던스 원격 측정법(impedance telemetry: ImpT), integrity test(IT), 전기 등골근반사(electrically evoked stapedius reflex: ESR), 전기 청성뇌간반응(electrically evoked auditory brainstem response: EABR), 전기 청신경활동전위(electrically evoked compound action potential: ECAP)가 있다.^1,²⁾ 이 중에서 ECAP는 전기 자극에 의해 유발된 말초 청신경 활동 전위를 와우 내 CI 전극 위치에서 측정하는 검사로서,³⁾ 자극 후 0.2~0.4 msec의 짧은 잠복기에서 나타나고,⁴⁾ 100~200회의 자극 반복 횟수로 검사 시간이 짧으며, 검사 환경에 의한 배경 소음의 허용 수준이 높고, 와우 내에 위치한 CI 전극으로부터 반응을 측정하기 때문에 근육 반응에 의한 잡파를 고려하지 않아도 된다는 장점이 있다.⁵⁾ 이러한 검사상의 유용성 및 수술 후 조율과의 상관성을 고려하였을 때 ECAP 검사가 다른 객관적 검사들에 비해 수술 후 환자의 청능 수준을 예측하는 데 가장 적합한 것으로 보고되고 있다.⁶⁾
이러한 ECAP의 유용성을 바탕으로, 기존의 많은 연구들에서 수술 전후의 ECAP와 행동반응에 의한 C, T level의 상관관계를 연구한 결과 통계적으로 유의미한 상관관계가 있는 것으로 보고되고 있다.^5,^7,^8,^9,^10,^11,^12,^13,¹⁴⁾ 그러나 연령 및 난청 시기나 전극 위치에 따라 상관관계에 차이가 있고,^9,^10,¹¹⁾ 이것을 바탕으로 ECAP를 C, T level에 적용할 수 있는 시기에도 차이가 있다.^5,¹²⁾ 또한 ECAP를 전체 전극에 적용하기 위해서는 CI 수술 후 12개월 정도의 적응기간이 지나야 하므로 초기 조율에 적용이 어려운 점도 있다.¹³⁾ 이러한 제한점들로 인해 현재 임상에서는 수술 중 ECAP 결과를 초기 조율에 직접적으로 적용하기보다는 보조적인 정보로만 사용하고 있다. 그러나 수술 중 ECAP 결과를 통해 임상에서 가장 필요로 하는 것은 행동 반응이 어려운 환자에서 초기 조율에 적용이므로, 새롭게 개발되는 장비에서의 ECAP와 C, T level의 상관성에 관한 지속적인 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 최근에 개발 출시된 CI 기기와 ECAP 측정 장비를 바탕으로 수술 중 측정한 ECAP 결과와 CI 수술 후 초기 3개월 이내의 행동반응에 의한 C, T level의 상관성을 통해 이후 초기 C, T level 측정이 어려운 CI 사용자에게 수술 중 ECAP 결과를 적용할 수 있는지 가능성을 알아보고자 하였다.

대상 및 방법

연구대상
   2006년 7월에서 2007년 6월 사이에 본원에서 Cochlea사(Lane Cove, Australia)의 Freedom^® system을 사용하는 Nucleus CI를 이식한 18명 중에서 수술 중 ECAP가 전체 또는 일부의 전극에서 측정되지 않은 환자 3명을 제외하고, 총 15명(이식 연령 2~52세, 평균 19세)을 대상으로 하였다. 이 중 아동은 7명(2~10세, 평균 4.1세), 성인 8명(15~52세, 평균 32세)이었다.

연구절차

신경반응 원격 측정법 검사
   Nucleus CI에서는 자동 신경반응 원격 측정법(neural response telemetry: NRT)을 사용하여 ECAP를 측정한다. NRT란 전기적 자극 후에 해당하는 전극 위치에서의 전위와 저항을 측정하는 것으로, 본 연구에서는 version 1.3의 자동 NRT software를 사용하였다 전체 전극에서 1~3번 전극을 기저부, 10~12번 전극을 중앙부, 20~22번 전극을 첨단부로 분류하여 인공 와우 이식 수술 중에 각 위치에 해당하는 전극에서 단극형 자극 방법으로 수술 중에 자동 NRT를 통해 ECAP 역치를 측정하였다. NRT 역치는 N1과 P1 파형을 관찰하여 진폭이 나타나는 가장 작은 자극 강도를 역치값으로 사용한다. 본 연구에서는 200 current level(CL)을 첫 자극 강도로 하여 자동 NRT를 통해 측정된 파형을 바탕으로 자동 NRT 역치가 아닌 검사자가 관찰한 역치를 적용하였다. 검사자가 관찰한 NRT 역치를 기준으로 한 것은, 첫째, 본 연구는 기존 자료를 분석한 연구로서 임상에서는 주로 검사자 관측에 의한 NRT 역치를 사용하였기 때문이다. 둘째, 수술 중 잡파에 의한 ECAP 파형의 오염 및 전극 삽입 초기의 높은 저항값으로 인하여 자동 역치 추정 알고리즘보다 파형을 관찰하여 역치를 추정하는 것이 수술 중의 상황에서는 더 신뢰를 줄 수 있을 것으로 사료되었기 때문이다.

행동 반응 수준의 측정
   수술 후 4주 뒤에 첫 C, T level을 측정하고, 이후 수술 시기를 기준으로 5주, 7주, 11주에 걸쳐 총 4회의 조율을 실시하였다. 행동반응이 어려운 유, 소아의 경우 NRT 역치를 C level로 설정한 뒤 부모 상담과 pediatric audiometer(PA) 5 기기에서 80 dB HL의 광대역소음을 주고 아동의 반응을 살펴 재조정하였다. 이렇게 측정한 C level을 기준으로 40 CL을 낮춘 자극을 T level로 하였다.

분석방법
   본 연구의 자료는 Windows용 SPSS software version 11.0(SPSS Inc, Chicago, IL, USA)를 사용하였다.
수술 중 NRT와 수술 후 4주, 5주, 7주, 11주에서 세 전극 위치에 따른 C, T level의 상관관계를 알아보기 위해 0.05 이내의 유의수준에서 Pearson 상관계수를 사용하여 검증하였다. 내원 기간과 전극 위치에 따른 술 중 NRT와 C, T level 사이의 차이값이 유의미한가를 알아보기 위해 paired t-test를 사용하여 검증하였고 유의수준은 0.05 이내로 하였다.

결     과

모든 전극 위치에서의 C, T level 값은 수술 후 4주에서 11주까지 점차 증가하였다(Fig. 1). C level은 수술 후 7주 이후부터 NRT 역치와의 차이가 줄어들어 통계적으로 유의미한 차이가 나타나지 않았으나, T level은 전체 기간 동안 NRT 역치와의 차이는 줄어들었으나 수술 후 11주에서도 통계적으로 유의미한 차이는 있는 것으로 나타났다(Fig. 1, Table 1).
전극의 위치에 따른 차이를 살펴보면, 세 전극 위치 중에서 첨부에서의 NRT 역치 및 C, T level의 평균값이 가장 낮게 나타났다(Table 1). 또한 첨부 및 중간부에서는 첫 내원일인 수술 후 4주 때부터 NRT 역치와 통계적 차이가 없는 것으로 나타났는데, 특히 첨부에서는 7주 이후에 NRT 역치보다 C level이 더 높아지기 시작하여 11주에는 더 높아진 C level과 NRT 역치와의 차이가 통계적으로 유의미한 것으로 나타났다.
NRT 역치와 C, T level의 상관관계도 세 전극 위치에서 각각 차이를 보인다(Fig. 2, 3, 4). 먼저, 첨부는 전체 기간 동안 C, T level에서, 중간부는 수술 후 5주 이후부터 C level에서 NRT역치와 통계적으로 유의미한 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 그러나 기저부는 수술 후 5주에서 C, T level 모두 유의미한 상관관계가 나타났으나, 그 외에는 유의미한 상관관계가 나타나지 않았다.

고     찰

본 연구에서는 Freedom^® system을 사용하는 Nucleus CI를 이식한 환자를 대상으로 수술 중에 실시한 NRT 역치와 수술 후 3개월 이내의 행동반응에 의한 C, T level과의 상관관계를 바탕으로 수술 중 NRT 역치를 행동반응이 어려운 CI 대상자의 초기 조율에 응용할 수 있는가에 관하여 알아보고자 하였다.
기존의 연구결과들에서 보고된 바와 같이 본 연구에서도 NRT는 T level보다 C level과의 차이가 더 작게 나타나고, 수술 후 시간이 지남에 따라 C, T level은 전체적으로 상승하여 NRT와 차이가 더욱 줄어드는 것으로 나타났다. 본 연구 결과를 바탕으로 NRT 역치를 C, T level에 적용할 경우, C level에는 수술 후 7주 이후에 NRT 역치 부근이나 그 이상으로 증가시켜 적용할 수 있겠으나 T level에는 수술 후 11주까지는 적어도 NRT 역치 이하로 적용해야 할 것으로 사료된다. 또한, 세 전극 위치 중에서 첨부에서 NRT 역치가 가장 낮은 값으로 측정되었는데, 이는 Hughes 등⁸⁾의 연구에서 ECAP 역치는 첨부보다 기 저부에서 더 높다고 보고한 것과 같은 결과이다. 이러한 결과가 나타난 원인으로 Morita 등⁹⁾은 첨부의 전극보다 기저부의 전극이 나선 신경절 세포와의 거리가 더 멀기 때문이며, Arnoldner 등¹⁵⁾은 전극이 와우축과 가까울수록 자극 영역에서의 전기적 간섭현상이 줄어들기 때문에 와우축에 가깝게 위치한 전극일수록 NRT 역치가 줄어든다고 보고하였다. 이와 유사하게 Shepherd 등¹⁶⁾의 동물실험 연구에서도 전극이 와우축과 가까울수록 EABR 역치가 유의미하게 줄어든다고 보고하였다.
Thai-Van 등¹³⁾은 5, 10, 15, 20번 전극에서 각 NRT역치와 C, T level을 3, 6, 9, 12개월마다 측정하여 그 상관성을 비교한 결과 전체적으로는 수술 후 12개월 정도가 되어야 통계적으로 유의미한 상관성을 보인다고 하였다. 그러나, 첨부에 속하는 15, 20번 전극에서는 전체 기간 동안 통계적으로 유의미한 상관관계가 있다고 보고하였다. 이렇게 전극 위치에 따라 상관관계에 차이가 나타나는 원인으로는 대부부의 수술 전 잔존 청력은 저주파수이므로 고주파수에 대한 소리 경험의 부족으로 인하여 수술 후 고주파수 영역의 전극 자극에 의한 C, T level 측정 시 신뢰도가 부족하기 때문으로 보고하고 있다. 본 연구에서도 첨부의 전극에서만 전체 기간 동안 NRT와 C, T level 간에 통계적으로 유의미한 상관성을 보이는 것으로 나타났으며, 중간부에서는 수술 후 5주부터 통계적으로 유의미한 상관성을 보이는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 기존의 다른 연구 결과들과 비교하여 상당히 빠른 시간 내에 통계적으로 유의미한 상관관계를 보인 것으로, 이것은 임상에서 행동반응에 의하여 C, T　level을 측정하기 어려운 대상의 초기 조율 시에 NRT 역치를 활용할 수 있는 근거가 될 것으로 사료된다. 그러나 본 연구는 자동 NRT 역치가 아닌 검사자 관찰에 근거한 NRT 역치를 근거로 상관관계를 분석한 것이므로, 같은 방식의 자동 NRT 역치와의 상관관계에 관한 연구가 추가적으로 이루어져야 하겠다. 또한 향후 Cochlea사의 Freedom^® system을 사용하는 Nucleus CI를 사용하는 대상자들에서 자동 NRT 역치와 검사자 관찰에 근거한 NRT 역치 사이의 차이에 관한 연구도 필요할 것으로 사료된다.

결     론

본 연구에서 수술 중에 측정하는 객관적 검사 결과인 NRT 역치는 수술 후 환자의 행동 반응에 의해 주관적으로 측정하는 C, T level과 수술 후 3개월 이내의 초기 단계에서도 유의미한 상관성을 보이는 것으로 나타났다. 본 연구는 예비 연구이지만, 본 연구 결과를 바탕으로 수술 후 약 5주부터 NRT 결과를 C, T level에 제한적으로 적용해 볼 수 있는 근거를 제시함으로써, 언어습득 이전에 난청이 발생한 유소아 그룹과 같이 CI 조율에 어려움이 있었던 대상에서 수술 중에 측정한 NRT 결과를 수술 후 초기 조율에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

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