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Electrophysiology
Korean Journal of Audiology 2001;5(1):19-26.
Hearing Assessment with Auditory Brainstem Response
See-Ok Shin
Department of Otorhinolaryngology, College of Medicine, Chungbuk National University, Cheongju, Korea
뇌간유발반응을 이용한 청력 검사
신시옥
충북대학교 의과대학 이비인후과학교실

교신저자:신시옥, 360-711 충북 청주시 개신동 62
            전화) (043) 269-6367, 전송) (043) 265-6157, E-mail) soshin@med.chungbuk.ac.kr

서     론


뇌간유발반응은 여러 Auditory evoked potential(AEP) 중에서도 가장 안정적으로 발현하고 검사과정이 비관혈적일 뿐아니라 마취나 신경안정제 등에 영향을 덜 받는 등 여러 장점 때문에 AEP 중 가장 널리 사용되고 있다.
뇌간유발반응의 주요한 응용분야는 청력역치 평가와 청신경종양 등이 의심될 때의 이신경학적 검사이다. 특히 역치평가는 순음청력검사 같은 standard behavioral audiometry가 어려운 대상, 즉 영유아, 소아, 정신박약 또는 장애자, 위난청자, 사고후 보상대상자 등에서 유용하다. 최근 영유아 및 소아의 경우 경도 난청이라 하더라도 상당한 학습 및 언어발달장애를 가져온다는 증거가 늘어나고 있어 난청아의 조기발견이 강조되고 있으며, 뇌간유발반응은 이음향방사(OAE)와 함께 영유아 청각선별검사의 주된 도구로 사용되고 있다. 

뇌간유발반응 파형

뇌간유발반응은 청각신호가 와우신경과 뇌간에서 전달되는 과정에서 나타나는 활동전위로서1)2) 대개 6~7개의 파형들을 보이게 되는데 차례대로 wave I에서 wave VII까지 명명되며 뇌간유발반응의 분석은 이들 파형의 존재 유무, 잠복시간, 진폭 등으로 행하여지는데 특히 wave I, III, V가 비교적 안정된 파형을 보이므로 주로 분석의 대상이 되며 이들 중에서도 wave V는 청력역치에 이르기까지 안정적으로 발현하므로 특히 중요하다(Fig. 1). 

자극음 및 음강도

AEP는 아주 미약한 microvolt 단위의 전기신호이며 환자의 움직임이나 주변 잡음 등 훨씬 큰 잡음신호에 의하여 감추어 진다. 하지만 음자극에 대한 반응이 매번 규칙적으로 같은 위치에서 발생될 때 이를 평균가산함으로서 불규칙적으로 나타나는 잡음을 제거할 수 있다. 뇌간유발반응에서는 평균가산회수는 짧게는 500회에서 4000회 정도를 시행하게 된다
청력역치를 논하기 위해서는 사용되는 자극음 및 음강도를 규정하여야 한다. 뇌간유발반응 같은 짧은 잠복시간 AEP는 짧은 시간에 가능한 많은 신경 뉴우론을 동시에 흥분시켜 얻는 일종의 on-off 반응이며 또한 고음역, 즉 와우 기저회전 자극시 가장 명확한 반응을 얻을수 있다. 따라서 rapid onset의 일과성(transient) 자극음이어야 하며 고음역의 주파수대를 가지고 있어야 한다. 이런 조건을 갖춘 전형적 자극음으로 100 μs의 짧은 지속시간과 거의 10 kHz에 이르는 광역 주파수를 가진 broad band click을 많이 사용하고 있는데 이 경우 측정된 역치는 주로 2~4 kHz 대의 역치를 반영하고 있어 주파수별 역치를 구할 수 없고, 특히 어음음역에서의 역치를 측정할 수 없는 단점이 있다. 실제 지속시간이 짧은 자극음(stimulus in time domain)을 사용하는 경우 주파수 산란을 가져오고, 주파수 특성을 가진 자극음(stimulus in frequency domain)일수록 지속시간이 길어짐을 피할 수 없다. 이를 최대한 해결하기 위하여 사용하는 주파수 특성을 가진 짧은 자극음으로 filtered click, tone pip, tone burst 등이 있다(Fig. 2).
자극음의 강도 단위는 순음과 같은 긴 자극음(>100 ms)에서와 뇌간유발반응에서 사용하는 짧은 자극음에서 달리 표현된다.

                           Long lasting                Short acoustic

                        acoustic stimuli                   signals

Physical unit:           dB SPL                  dB p.e.SPL (peak

                                                       equivalent SPL)
Psychoacoustic unit:  dB HL                  dB nHL (normal or

                                                       normalized HL)

dB HL과는 달리 dB nHL은 아직 국제적 기준이 없으며 자극음종류, 검사환경, 장비 등에 따라 달라질 수 있어 검사기관마다 다를 수 있으나, temporal integration으로 인하여 click 음의 경우 0 dB nHL은 약 25~35 dB p.e.SPL에 해당한다.

뇌간유발반응 측정에 영향을 미치는 요소

Wave I을 제외하고는 양측청각경로에 의한 전위가 모두 뇌간유발반응에 기록되므로 차폐가 필요하다. 다행히 click의 경우 양이감쇄(interaural attenuation)가 50~65 dB 정도로 크나 확실치 않으면 일단 차폐를 하는 것이 안전하다. 유소아의 경우 파형의 지연시간(잠복시간)이 길어 24개월에 성인과 같아진다. 여성의 경우 남성보다 지연시간이 약 0.2 msec 이내에서 다소 짧고, 정상체온에서 1도 올라갈수록 0.2 msec 정도 짧아지고 1도 내려갈수록 0.2 msec 이내에서 길어지고 진폭은 작아진다.3)

청력역치평가

Broad band click을 이용한 역치검사는 주파수 특성은 없으나 파형이 잘 나타나고 2~4 kHz에서의 순음청력역치와 비교적 일치함이 증명되고 있어 이 주파수대에서 30 dB 이상의 청력손실이 있는 경우 이를 잘 발견할 수 있다. 따라서 기초적 역치측정이나 선별청력검사의 목적으로 broad band click을 자극음으로하는 뇌간유발반응을 시행한다. 
역치결정의 기준은 주로 정성적 분석에 의존하는데 역치 레벨까지 가장 안정적으로 발현되는 wave V를 pick-up할 수 있는 최소 음강도를 찾아 이를 청력역치로 정하게 되고(peak presence), 강자극에서 역치자극까지 wave V가 지속적으로 잠복시간은 늘어나면서 진폭은 줄어드는가(waveform morphology), 또한 재시도에서도 같은 wave를 얻을 수 있는가(response stability)에 촛점을 맞추어 검사의 신뢰성을 확인하게 된다(Fig. 3). Wave V의 전후 골짜기 중 뒤 골짜기가 앞 골짜기 보다 거의 항상 깊게 파이는 것을 관찰할 수 있다. 쉽게 청력역치를 판단할 수 있는 방법은 Wave V의 descending limb을 따라가면 아래쪽으로 convex한 곡선을 그릴 수 있는데 이 곡선의 아래 정점에 해당하는 자극 강도를 청력역치로 판단할 수 있다. 또한 정량적 분석으로는 wave V의 잠복시간이나 파간 잠복시간을 이용하여 전음성난청과 감음성난청의 감별에 도움을 받을 수 있다.

Latency-Intensity Function

생후 18개월 내지 2년까지 wave V의 잠복시간은 점점 짧아지는 성장과정을 밟으므로 잠복시간 분석을 위해서 각 검사기관은 생후 24개월까지 약 2개월 간격으로 정상치를 가지고 있는 것이 좋다.4)5) 자극음의 강도에 따른 잠복시간의 변화를 나타내는 latency-intensity function을 분석함으로서 역치측정이나 난청형태의 감별에 도움을 받을 수 있다.
피검자의 움직임 등으로 background noise가 커서 역치에 이르기까지 낮은 진폭의 wave V를 측정할 수 없을 때, 즉 Fig. 4에서와 같이 40 dB nHL 이하에서 wave V를 측정할 수 없었지만 측정된 모든 wave V가 정상 잠복시간 범위에 든 경우 정상청력으로 추정할 수 있다. 이에 반하여 Fig. 5에서는 40 dB nHL의 잠복시간이 정상인의 10 dB nHL의 잠복시간과 같은 값을 보여 약 30 dB의 청력손실을 추정할 수 있다. 단 60 dB nHL이상의 자극음에서는 잠복시간과 청력손실의 정도와는 미약한 관계를 가지므로 이런 분석이 불가능하다. 
전음성난청의 경우 모든 자극강도에서 잠복시간이 균일하게 늘어나 latency-intensity function curve가 정상 curve와 평행하게 그려진다. 반면에 감음성난청에서는 역치부근의 낮은 강도 자극음에서는 wave V가 현저히 연장되나 높은 강도 자극음에서는 정상범위 잠복시간에 접근한다. 즉 경사가 더 가파른 curve를 보이며 이는 고음역의 감음성난청에서 잘 나타난다(Fig. 6).
파간(Interpeak) 잠복시간을 분석함으로서도 난청형태감별에 도움이 되는데 wave I과 V가 나타나는 강 자극에서 전음성난청의 경우 두 wave의 잠복시간이 균일하게 연장되어 파간 잠복시간이 정상이나, 감음성난청의 경우 wave I에 비하여 V의 잠복시간 연장이 미약하여 파간 잠복시간이 단축되는 경향이 있다(Fig. 7).

골도 뇌간유발반응

Earphone 대신에 bone conduction oscillator를 사용, 골도청력역치를 구하여 기도청력역치와 비교함으로서 순음청력검사에서와 같이 난청형태를 구분할 수 있다. 정상인에게서 click음으로 자극한 골도 뇌간유발반응은 같은 강도의 기도 뇌간유발반응과 기본적으로 같은 파형을 나타내지만, 골도 click의 경우 중심주파수대역이 기도 click에 비해 낮은 1.5 kHz 부근의 골도청력을 반영하고 있다. 따라서 기도-골도 역치상이가 있을 경우 전음성난청을 의미하지만 하강형 감각신경성난청의 가능성도 생각해야한다.
뇌간유발반응 골도 청력검사는 oscillator에서 기인하는 큰 진폭의 자극 artifact로 인하여 파형 기록 및 판독에 어려움이 있을 수 있고, 기도 뇌간유발반응의 경우 양이감쇄(interaural attenuation)가 커서 차폐의 어려움이 적으나 골도 뇌간유발반응의 경우 복잡한 차폐문제가 발생하므로 뇌간유발반응 골도검사는 아직 더 연구가 필요한 실정이다.

주파수별 역치 측정

주파수별 역치를 구하기 위하여 많이 사용하는 자극음이 tone pip, tone burst, filtered click 등이다. 이들 음도 생성(rise) 및 소멸(fall)시간을 가지므로 주파수 산란(spectral splatter)을 피할 수 없으나 cos2 같은 non-linear gating으로 주파수 산란을 줄일 수 있다. 특히 1 kHz 이하의 저 주파수 자극음의 경우 주파수 특성을 나타내기 위해서는 자극음의 지속시간(duration)이 길어질 수 밖에 없고 따라서 명확한 파형을 얻는데 어려움이 있다. Fig. 8은 이런 tone pip을 사용하여 주파수별로 검사된 뇌간유발반응인데 저주파수일수록 wave V의 잠복시간이 증가되고 파형이 불명확해짐을 알 수 있다.6-8)
또한 이런 주파수특성을 가진 자극음의 경우에도 큰 강도의 자극음은 와우에서 target area 보다 기저부의 basilar membrane도 진동시키므로(recruitment) 원하는 주파수보다 고주파수영역도 흥분시켜 주파수특성이 떨어지며 결과적으로 특히 저주파수대의 난청이 있을 경우 역치가 underestimate 될 수 있다.
이런 자극음 자체의 spectral splatter와 큰 강도의 자극음시 나타나는 recruitment를 피하고 보다 정확하게 특정 주파수 부위의 반응을 얻기위하여 다른 주파수 영역을 동측 차폐하는 방법이 개발되어 왔는데, tone pip으로 자극 중인 target area를 제외하고 나머지 부위를 차폐하는 tone pips in notched noise와 target area보다 기저부를 차폐하는 tone pips in high-pass noise의 방법이 있다.6) 예를 들어 40 dB nHL 정도의 저자극음에서는 차폐가 필요없으나 80 dB nHL 정도의 고자극음에서는 반드시 차폐가 필요하다고 하며, 중간 또는 고주파수의 자극음인 경우 notched noise가, 저주파수 자극음의 경우 high-pass noise가 유리하다고 한다. 그외 각각 다른 조건의 masking을 통해 얻은 뇌간유발반응들간의 subtraction process를 통하여 특정 주파수의 역치를 구하는 derived response method의 방법이 있다. 이러한 방법들로 측정한 뇌간유발반응 역치는 500, 1 k, 2 k, 4 k Hz에서 90% 이상 순음청력역치와 20 dB 이내로 일치하는 결과를 보인다고 한다.

역치 판단의 객관화

뇌간유발반응의 큰 장점은 피검자의 주관적 반응에 의존하지 않는 객관적 검사법이라는 점이다. 그러나 파형의 분석 및 해석은 검사자의 능력과 경험에 의존 할 수 밖에 없고, 따라서 그 결과는 진정한 의미로 객관적이라고 규정하기 어려우며, 주로 파형의 정성적 분석에 의존할 수 밖에 없는 역치 측정의 경우 특히 그러하다. 
이러한 정성적 분석을 객관화하는 방법들이 모색되어 왔는데 대표적인 방법이 자극음이 반복될 때 나타나는 noise의 평균크기와 나타난 반응 peak의 평균 크기의 비, 즉 일종의 신호대잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio)를 실제 wave 유무의 기준으로 삼는 것이다. 현재 컴퓨터가 소형 대용량화됨으로서 Hotelling T2 test나 phase coherence 등의 통계학적인 방법으로 파형을 분석하여 보다 정확히 역치를 구할 수 있는 방법들이 개발되고 있다.

뇌간유발반응을 이용한 청력 측정의 문제점

Background noise and averaging sweeps

Fig. 9에서와 같이 backgound noise의 정도는 뇌간유발반응 역치측정에 큰 영향을 미쳐 정상청력(S)이나 전음성 난청의 경우 청력역치는 실제역치에 비해 성인에서 5~10 dB, 소아에서 10~20 dB 높게 나타난다(overestimate). 평균가산을 위한 자극횟수를 증가함에 따라(N→2N) background noise가 감쇄되면서 역치가 낮아짐을 알 수 있다(A→A′). 이는 특히 정상인이라도 낮은 EP를 발현하는 사람(L)에게서 현저하다(C→C′). 즉 낮은 EP와 높은 background noise가 역치측정에 부정적 영향을 미치며, 각 청각 Lab에서는 최적으로 결정된 고정된 protocol 하에서 검사를 시행하여야 한다. 반면에 감각신경성 난청(H)의 경우 누가현상으로 background noise의 영향을 덜 받는 것을 알 수 있다.9)10) 

Temporal integration

뇌간유발반응은 짧은 자극음을 사용하므로 긴 tone을 사용하는 순음청력검사에 비하여 역치가 상승한다. Fig. 10에서와 같이 지속시간이 1 sec인 자극음에 비해 지속시간이 1 msec인 경우 역치가 정상인에서 약 25 dB 상승한다(Fig. 10, lower curve). 이러한 음의 지속시간이 길고 짧은 tone pulse 사이의 역치상이를 temporal integration이라 한다. 이미 우리는 뇌간유발반응 자극음의 경우 25~35 dB p.e.SPL을 0 dB nHL로 정함으로서 이를 보정해 준 바 있다. 그러나 감음성난청의 경우 정상에 비해 temporal integration이 현저하게 감소하며(Fig. 10, upper curve:90 dB의 난청이 1 msec의 자극음으로는 70 dB의 난청으로 측정되고 있다.), 누가현상으로 background noise의 영향도 덜 받으므로 오히려 실제청력역치에 비해 5~10 dB 낮게 뇌간유발반응 역치가 측정될 수 있다(underestimate).9)10) 
뇌간유발반응을 이용한 골도 청력역치 검사와 주파수별 청력역치 검사의 어려움은 이미 기술한 바 있다.

신생아 선별청력검사(Hearing Screening of Infants)

JCIH(Joint Committee on Infant Hearing)에서는 1994년 Position Statement에서 선별청력검사가 필요한 고위험군을 출생에서 생후 28일, 29일에서 2살의 군으로 나누어 발표한 바 있다. 전체신생아의 0.1% 이하에서 고도난청이 나타나는데 비해 이런 위험군의 신생아는 4%에 달한다고 한다. 따라서 이들이 신생아실 또는 신생아중환자실에 입원 중 검사를 하거나 이것이 불가능할 경우 퇴원시에 검사를 할 것을 권하고 있으며 이를 시행하지 못했을 경우라도 생후 3개월 이내에 반드시 검사를 시행하는 것이 원칙이다. 한편 JCIH의 2000년 Position Statement에서는 신생아 난청의 50% 정도는 이 고위험군에도 속해있지 않다고 하여 모든 신생아에서의 선별청력검사를 요구하고 있다.
40 dB nHL 이하의 click 자극음에 반응을 보이는 경우를 ‘pass’의 기준으로 삼을 때(JCIH, 1991)에 비하여, 선별역치를 30 dB nHL로 낮출 경우 민감도는 올라가나 특이도는 떨어지게 된다. 선별역치에서 뇌간유발반응이 나타나지 않으면 난청의 정도를 알기 위해 더 큰 강도의 자극음(60~70 dB nHL)에서 다시 검사를 시행해본다. 선별검사에서 ‘fail’(‘refer’ outcome)한 신생아는 반드시 3~6개월에 철저한 이과학적, 청각학적 검사를 시행하여 조기진단 및 intervention이 가능하게 하여야 한다.

뇌간유발반응 검사법의 과제

소리자극을 인지하고 이해하는, 즉 실제로 ‘hear’하는 능력을 검사하는 면에서는 결코 순음청력검사나 어음청력검사같은 standard behavioral audiometry를 대체할 수 있는 검사방법은 없다. 그러나 이러한 검사들이 불가능한 경우, 특히 영유아의 선별청력검사 및 청력역치평가법으로서 뇌간유발반응은 이미 확고한 위치를 차지하고 있다.
아울러 주파수특정 역치를 구하기 위한 자극음 및 차폐법의 개발 그리고 정성적 결과분석을 객관화할 수 있는 방법의 개발 등, 뇌간유발반응은 현재도 그 발전과정에 있으며 임상적으로도 더욱 유용한 검사가 되고 있다.


REFERENCES

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