| The Effect of Ambient Noise on Click Evoked Otoacoustic Emission Measurement |
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Sang Hyun Lee1, Seung Yeob Woo1, Jin Suk Kim2, Jung Hak Lee1, Moon Suh Park1 |
1Department of Otolaryngology,
2Rehabilitation Medicine, College of Medicine, Hallym University, Seoul, Korea |
| 소음이 Click Evoked Otoacoustic Emission(CEOAE)에미치는 영향 |
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이상현1, 우승엽1, 김진숙2, 이정학1, 박문서1 |
1한림대학교 의과대학 이비인후과학교실
2재활의학교실 |
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| Abstract |
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Otoacoustic emission (OAE) is one of the most technologically advanced method to evaluate cochlear function in Otoneurology. The CEOAE is an evoked OAE after click stimulation. It has been studied as an objective screening test for early detection of hearing disturbance. But the systemic relations between ambient noise and CEOAE have not been fully established yet. This study was performed to analyze the effect of ambient noise on CEOAE measurement, and was a preliminary pilot study for newborns. Five normal adults without other otologic symptoms were tested for CEOAE at the soundproof room. The noise conditions established at three levels of 30 dBA, 45 dBA, and 65 dBA respectively. The rejection level of artifact noise were set at 4.6 mPa, 10 mPa and numbers of sweep were 260, 500, and 1000. All of the data were statistically analyzed with ANOVA. The reproducibility of CEOAE was increased as the environmental noise decreased and the number of sweeps increased. The best reproducibility was obtained at the 1000 sweeps in the sound controlled area. In noisy environment, the reproducibility was significantly improved as sweep increased from 260 to 1000. Results suggest that the high reproducibility of CEOAE is related to the decrease of false positive rates by increasing the sweep number and the noise rejection level.
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| Keywords:
Click evoked otoacoustic emission;Screening test;Noise. |
서론
청각장애는 언어소통에 지장을 초래하는 장애중의 하나로 나이가 어릴 때 발생할수록 언어발달에도 큰 영향을 준다. 따라서 이러한 청각장애를 조기에 진단하기 위한 여러 가지 선별 검사들이 사용되고 있다.
먼 저 성인에서 사용되는 선별 검사로는 주관적인 검사로 순음청력검사, 언어청각검사 등이 있고, 객관적인 검사로는 이음향방사(Otoacoustic emission；OAE로 약함), 뇌간유발반응청력검사(Auditory Brainstem Responses；ABR로 약함)등이 있다. 유아에서 시행하는 청력검사법에는 소리에 대한 반응을 관찰하는 행동관찰청력검사법(behavior test), ABR, OAE등이 있는데, 유아에 대한 청력검사가 성인과 다른 점은 협조가 불가능하여 주관적인 청력검사가 어렵고 객관적인 검사를 시행하여야 한다는 것이다.
최근에 신경이과학적으로 가장 기술적 진보를 보인 것 중 하나가 OAE이다. 그중에서 Click evoked otoacoustic emission(이하 CEOAE로 약함)은 click으로 자극하였을 때 외유모세포에서 발생하는 OAE의 한 종류로서 정상청력을 가진 사람은 거의 대부분에서 발견된다.1)2)3) 이러한 반응은 유아에서 진폭이 크다는 점을 제외하고는 성인과 거의 비슷하다.4) 이 검사는 비침습적이고 객관적이며 신속하게 검사할 수 있고 반복검사에서도 높은 재현율을 보이는 것 등의 이유로 유력한 유아 선별 검사로 많은 주목을 받고 있으나,5)6) ABR과 비교할 때 주변 소음에 영향을 많이 받아 소음이 큰 조건에서는 CEOAE에서 위양성이 더 많은 것으로 알려져있다.7) 보통 고위험군을 대상으로 하는 집단 선별 검사가 실시되는 환경이 방음 환경이기보다는 주변 소음의 영향을 받는 곳이 대부분이므로 소음환경에서의 CEOAE 측정에 영향을 주는 인자에 대한 고려가 필요하다. 본 연구에서는 여러 인자들의 소음환경에서의 변동이 검사의 재현성(즉 위양성의 감소)을 높일 수 있는지를 알아보아 CEOAE측정에 미치는 주변 소음의 영향을 밝히고자 한다.
재료 및 방법
대상 및 장비
정상 청력을 가진 다섯 명의 성인을 대상으로 하였다. 평균 나이는 27세(22∼40세)로 실험 대상군 5명 모두 이학적 검사상 정상이었고 표준 순음청력검사로 선별하여 주파수 250 Hz에서 8000 Hz까지의 범위에서 모두 20 dB 이내였다.
CEOAE를 측정하는데 사용된 장비는 이음향방사분석기(ILO88, Otodynamics)로서, 80 dB peak equivalent Sound Pressure Level(이하 SPL peak)의 자극을 환자의 외이도에 삽입한 probe에 내장된 transducer를 통해 전하였고 외이도에서 측정되는 소음의 정도는 동일한 probe에 내장된 극소형 micro-phone을 통해 측정하였다.
검사실에서의 주변소음은 소음측정기(2231, B & K)를 이용하여 측정하였으며 검사대상자들이 정상청력임을 확증하기 위하여 실험전 방음실에서 순음청력기(GSI-33 audiometer, Gradson-Stadler)를 사용하여 선별검사를 시행하였다.
방법
CEOAE 검사의 측정은 피검사를 편안한 상태로 유지시키고 방음실에서 시행하였으며 실험의 독립변수로 주변소음수준(ambient noise level), 외이도 소음허용치(artificial noise rejection level), 자극음횟수(sweep number)를 설정하였다(Table 1).
주변소음은 방음실내에서 순음청력기의 speech noise를 사용하여 스피커를 통해서 전달하였고 소음정도는 3단계(30 dBA, 45 dBA, 65 dBA)로 구분하였다. 30 dBA의 소음은 speech noise를 추가로 주지 않은 상태에서의 방음실 소음정도이며, 45 dBA와 65 dBA는 각각 조용한 방과 소란한 방을 대표하였다.
외이도내의 소음 허용치는 2단계(4.6 mPa, 10.4 mPa)로 구분하였는데, 4.6 mPa는 검사 장비의 기본값(default)이고 10.4 mPa은 검사 장비의 최대소음허용치(maximum)이다. 또한 총자극음 횟수는 3단계(260, 500, 1000)로 설정하여 측정하였고, 주변소음을 변화시킬 때 외이도내에서의 소음정도를 측정하여 평균값을 구하였다. 외이도에 위치시켰던 probe tip의 안정도는 검사시마다 자동으로 측정되는데 평균 93.73%(77∼100%)였다.
CEOAE의 반응유무를 분석할 때 재현율이 중요한 판단기준이 되기 때문에 실험의 종속변수로 재현율을 사용하였다. 통계처리는 Microsoft사의 Exell program의 통계분석과 ANOVA test를 시행하여 F값과 P값을 구하였다.
결과
주변소음을 3단계(30 dBA, 45 dBA, 65 dBA), 외이도 소음허용치를 2단계(4.6 mPa, 10.4 mPa)로 구분하고 자극음을 3단계(260, 500, 1000)로 설정하여 분산분석을 시행한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.
1) 방음실에서 인위적으로 설정한 소음환경하 외이도에서 측정되는 소음정도를 측정해 평균값을 구하였는데 주변소음이 증가할수록 외이도소음 정도도 증가하였다(Table 2). CEOAE 선별검사에 영향을 주는 소음은 주변 환경에서의 소음 자체보다는 이러한 소음의 영향을 받게되는 외이도에서의 소음 정도가 결정적인 역할을 하는데, 주변 소음 정도가 달라지면 외이도의 소음 정도도 달라지게 된다.
2) 주변소음의 측면에서 볼 때 방음실(30 dBA noise)과 45 dBA noise에서는 소음허용치(4.6 mPa, 10.4 mPa)에 통계적으로 유의한 차이없이 재현율 50% 이상을 보였다(Fig. 1, 2). 그러나 65 dBA noise에서는 동일 피검자에서도 sweep number 260, 500에서는 재현율 50%를 넘지 못하였으나 sweep number 1000에서는 50% 이상이었으며(Fig. 3), 소음허용치의 기본값(4.6 mPa)에서 보다는 최대값(10.4 mPa)에서 통계적으로 높은 재현율을 보였다(F=9.08, p=0.009).
3) 전반적으로 소음이 증가할수록 와우에서의 반응강도가 높아졌으며(Fig. 4) 주변소음이 증가할수록 재현율이 감소하였다(Fig. 3, 5, 6).
4) 30 dBA 및 45 dBA noise에서는 sweep number를 증가시킬수록 재현율은 증가하였지만 통계적으로 유의하게 큰 차이는 없었다. 그러나 65 dBA의 상황에서는 sweep number 1000에서 재현율이 유의하게 증가하였으며 최대(10.4 mPa) 소음허용치에서는 더 의미있는 재현율을 보였다(Fig. 5, 6). 상기 결과는 방음실에서보다 소음환경에서 소음 허용 정도와 sweep number의 변동이 중요한 역할을 하였다.
5) 자극 횟수의 변동에 따른 검사시간의 차이를 측정해 보았는데 sweep number 260에서의 평균 검사시간보다 sweep number 1000에서의 검사시간이 약 3분정도 더 소용되었다(Table 3).
고찰
양측성 청각장애는 나이가 어릴 때 발생할수록 언어발달에 영향이 크기 때문에 이를 최소화하기 위하여 여러 가지 선별검사가 사용되고 있다. 그러나 유아에서의 청각장애를 정확하게 진단하는 것이 어렵고 많은 시간이 소모되며 경험이 많은 숙련된 전문가를 필요로하기 때문에 모든 영아를 대상으로 하는 것은 불가능하다.
선천성 청각장애에 대한 위험인자를 보면 난청의 가족력이 있거나 외이 기형, 유전자의 이상, 모성풍진과 같은 선천성 감염, 출생시 체중이 1500 gram 미만의 저체중아, 33주 이전의 미숙아, 출생시 Apgar score가 3∼5 이하, 4시간 이상 인공호흡기를 사용한 환아, 수혈이 필요할 정도의 고빌리루빈혈증환아, 출생후 박테리아성 뇌막염을 앓았던 환아 등은 고위험군으로 분류하여 선별검사를 시행하고 있다.8)9)
유아에 있어 청각장애에 대한 선별검사의 종류에는 행동관찰 청력검사법이나 객관적인 청력검사법이 있는데, 먼저 행동관찰 청력검사법은 신생아나 유아에게 소리의 자극을 주고 반응을 관찰하는 검사법으로 소리가 개방식으로 전달되기 때문에 양측 귀를 독립적으로 검사할 수 없어 일측성 난청환아는 진단하기가 어렵다. 또한 신생아에서는 자발적인 움직임과 청각자극에 대한 반응으로 움직이는 것을 구분하는 것은 대단히 어려워 신뢰성이 떨어지는데, 행동청력 관찰검사법의 위양성율은 2∼19% 정도이고 위음성율은 9%로 알려져 있다.
청력선별검사에 있어 객관적인 검사로는 ABR와 OAE등이 있는데 이러한 검사는 정확하게 환자의 청력역치를 검사하는 것이 아니고 청력과 관계된 신경생리학적인 현상을 측정하여 측정하는 방법이다. ABR는 1 kHz 이상의 고주파수에서 검사를 하는데 검사시간이 최소한 15분 이상이 소요되며 검사를 받는 동안 피검자가 움직이지 않아야 하는 등의 문제가 있다. 반면에 OAE는 와우의 외유모세포에서의 소리에 대한 반응을 기록하는 쉽고 비침습적인 검사방법이다. 외이도에 삽입하는 probe를 통해 자극 및 신호가 감지되어 분석되는데 피검자의 각성상태에 큰 영향을 받지않고, 환아의 참여가 필요없으며 양측 귀를 검사하는데 3분정도의 짧은 시간에 검사를 끝낼 수 있는 등 많은 장점이 있다.
CEOAE는 정상 청력을 가진 사람은 거의 대부분에서 파형이 발견된다. 이 검사의 원리는 와우로 전달된 자극음의 주파수별로 와우가 대뇌로 소리를 전달하는 정상적인 과정중에 와우에서 방사되는 에너지가 중이와 외이도로 나오는 것을 포착하여 분석하는 검사이다.10) 이러한 검사의 특성으로는 비침습성, 객관성, 신속성, 편재성 뿐만아니라 유아에서 사용하기 편리하다는 장점이 있어 유력한 유아 선별검사로 주목을 받고 있다. 이런 반응은 성인과 유아를 비교할 때 유아에서 진폭이 크고 연령이 증가할수록 진폭이 감소하는 것으로 알려져있다.4) 유아들의 경우 방음실에서 선별검사를 시행하여 위양성율을 감소시키고 있지만, 검사실로 옮기기 곤란한 환아나 고위험군의 신생아는 신생아실의 주변소음 및 비공을 통한 내부소음으로 인한 제약을 받고 있다.11-14)
소음이 선별검사의 결과에 영향을 주고있기 때문에 여기에 대한 많은 연구가 이루어졌다. Stevens등(1990)은 723명의 신생아 중환자실의 환아를 방음실에서 최대 28 dB 정도의 소음속에서 난청을 효과적으로 선별하였고,15) Jacobson and Jacobson(1991)은 119명의 건강한 신생아에서 낮은 난청발견율과 높은 위양성율을 보고하였는데 이 경우 특별히 63.4 dB와 47.8 dB의 신생아실에서 측정한 결과로 소음이 선별검사에 영향을 주는 것을 보여주었다.12)
저자들은 이상적인 검사조건에 미치지 못하는 실제임상조건에서도 위양성율과 위음성율이 낮은 비교적 정확한 선별검사를 할 수 있는 지표를 마련하기 위하여 본 연구를 시행하였다. 먼저 소음의 효과는 자극을 주는 횟수를 늘림으로서 줄일 수 있는데 이 결과 소음이 감소하면 상대적으로 OAE의 반응신호가 증가한다.16) 자극의 횟수인 Sweep number는 “260”
의 통상적인 값을 사용하고 있는데 이 개념은 기준 자극음(예, 80 us, positive, 80 dBSPL)에서 3회의 검사를 하고 polarity를 바꾸어 음강도를 3회 증폭시킨 후(예, 80us, negative, 약 90 dBSPL) 1회 검사하여 두검사의 차이를 구한다. 이 과정은 자극음 때문에 울리는 반응을 제거하고 OAE를 대표하는 값을 구하는 과정이다. 이 과정을 다시 반복시행후 두 결과의 평균을 구하는 것이 한 번의 sweep number이다. 저자들이 sweep number을 증가시켜서 연구한 근거는 signal to noise ratio(S/N)를 최적화시키기 위한 것이다. 소음이 정규분포(normal distribution)를 이루고 있을 때 sweep number를 두배로 하면 이론적으로 3 dB S/N ratio의 향상을 기대할 수 있다. 정확히 두배의 값을 주지는 못하였으나 저자들은 sweep 값을 260에서 500과 1000으로 증가시키면서 S/N을 향상시키려고 하였다.
자극음횟수를 증가시켰을 때 소요되는 시간을 측정하고 평균을 산출하였다. 소음허용역치(4.6 mPa, 10.4 mPa)에 따라 검사시간의 차이가 있지만 sweep number 260에서는 소음허용역치에 의해 소음으로 판정되어 누락된 횟수만큼을 자동으로 260회가 될 때까지 시행하여 평균 1.06분이 소요되었고 sweep number 500에서는 2.02분, sweep number 100에서는 4.32분이 소요되었다. 본 연구에서 보듯이 동일 피검자에서도 sweep number에 따라 선별검사에 음성, 양성으로 나오는 것을 고려하면 약 3분정도의 시간이 더 소모되지만 sweep number를 1000으로 늘리는 것이 소음환경하에서는 위양성으로 판정받을 정상청력을 가진 사람을 선별할 수 있었다.
소음허용역치는 외이도에서 감지되는 소리가 어느 기준 이상인 경우에는 그 신호를 기각하여 검사의 정확성을 높이는 기능을 한다. 각각의 장비마다 기본값으로 정해놓은 값이 있고 변동이 가능하게 되어있는데 저자들이 사용한 ILO88에서는 기본값으로 4.6 mPa을 사용하였다. 소음허용역치가 낮은 경우에는 외이도를 통해 들어오는 신호를 소음과 함께 인식하여 결과(S/N)에 영향을 줄 수 있기 때문에 방음실의 소음정도에 따라 각 검사실에서는 소음역치의 기준이 있다. 본 연구에서도 소음이 적은 환경에서의 검사에서는 특별히 검사결과에 영향을 주지 않았지만 65 dBA noise의 소음환경에서는 낮은 재현율을 보였고 소음허용치를 검사계의 최대값(10.4 mPa)로 올려서 시행한 검사에서는 통계적으로 유의하게 재현율을 높일 수 있었다.
검사의 신뢰지표인 외이도에 위치시킨 probe의 안정도는 이음향방사를 측정할 때마다 자동으로 측정된다. 이것의 의미는 검사의 자극과 신호의 감지를 하는 probe가 얼마나 잘 고정되어 있었는가를 보여주는 것이다. 이것은 특히 저자들이 실험을 계획한 영아 및 유아의 검사시에 자발적인 움직임이 있기 때문에 잘 고정되었는지를 확인하는 지표로 사용되었다. 본 연구에서는 검사전체의 probe의 안정도가 평균 93.73%(77~100%)로 높은 결과를 보여 검사의 신뢰성을 주었다.
결론
정상청력을 가진 성인 5명을 대상으로 소음이 CEOAE에 미치는 영향을 알아보기 위해 주변소음을 3단계(30 dBA, 45 dBA, 65 dBA)로 구분하여 방음실에서 인위적으로 조성하여 시행하였고, 검사중 외이도내의 소음허용치를 2단계(4.6 mPa, 10.4 mPa)로 구분하고, 총자극음의 횟수를 3단계(260, 500, 1000)으로 설정하여 CEOAE를 시행하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
1) 주변소음은 CEOAE 반응에 영향을 미쳤다.
2) CEOAE 검사의 재현율은 자극음의 횟수를 증가시킴으로서 높일 수 있었다.
3) 소음이 많은 상황에서는 소음허용치를 높이는 것으로 TEOAE 검사의 재현율을 높일 수 있었다.
이상의 결과들로 보아 실제적으로 소음 환경에서는 자극음의 횟수를 증가(1000)시키고 소음허용치를 검사기계의 최대값(10.4 mPa)으로 하였을 때 기본값(260, 4.6 mPa)에서는 위양성으로 나올 정상청력의 영아들을 선별할 수 있을 것으로 사료된다.
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