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Electrophysiology
Korean Journal of Audiology 2001;5(2):129-134.
The Latency of Distortion Product Otoacoustic Emissions in Term-born Neonates
Hyoung Ah Mun1, Jung Hak Lee2, Young Myung Chun1, Jin Sook Kim3
1Department of Otolaryngology, School of Medicine, Ajou University, Suwon
2Department of Otolaryngology, School of Medicine, Hallym University, Seoul
3Department of Speech Pathlolgy Audiology, College of Natural Sciences, Hallym University, Chunc
정상신생아의 변조이음향방사 잠복기
문형아1, 이정학2, 전영명1, 김진숙3
1아주대학교 의과대학 이비인후과학교실
2한림대학교 의과대학 이비인후과학교실
3한림대학교 자연과학대학 언어청각학부
Abstract

Distortion product otoacoustic emissions (DPOAEs) provide a noninvasive and relatively direct method for evaluating cochlear travel time in humans. In comparison with the electrophysiological and psychophysical techniques, this method is purely cochlear-based. Most DPOAE studies deal with amplitude aspects, but DPOAE latency, taken with DPOAE amplitude, would afford further valuable information about cochlear processes such as the travelling wave propagation. The purpose of this study was to investigate the DPOAE latency in ears of term-born neonates and to see if it could be a useful clinical tool to investigate aging or pathological cochlears and to establish a common screening method for neonates. DPOAE latencies were measured as a function of frequency from 1 to 6 kHz in 50 normal ears for 50 term-born neonates, 30 males and 20 females with 36 to 42 weeks conceptional age(CA), and in 11 normal ears for 11 adults, 3 males and 8 females. DPOAEs were recorded with Otodynamic Analyzer ILO92. Results showed that the latency decreased as frequency increased up to 6 kHz for both in neonates and adults. However, the mean values of neonates were greater than the values of adults at all frequencies. The latencies of 1 vs 2 kHz and 4 vs 6 kHz in neonates demonstrated significant differences. Neither gender effect nor left-right differences for the within-subjects were significant at all test frequencies.

Keywords: DPOAE latency;Travelling wave.

교신저자:문형아, 442-721 경기도 수원시 팔달구 원천동 산 5번지
            전화) (031) 219-5747, 전송) (031) 219-5264

서     론


1979년 Kemp에 의해 처음 측정된 변조이음향방사(distortion product otoacoustic emissions, DPOAE)는 와우의 기능을 간단하고 비침습적인 방법으로 측정하여 임상적으로 적용되어왔다. 지금까지 와우의 기능을 평가하는데 DPOAE의 강도에 초점을 두고 있으나 최근에 잠복기가 와우 기저막에서 음파의 진행과정과 관계가 있기 때문에 잠복기도 와우의 기능을 반영할 수 있다는 관점에서 연구가 계속되고 있다.1-4)
변조이음향방사의 위상(phase)을 이용하여 측정하면 신경과 시냅스 반응을 포함하는 전기생리학(electrophysiological)이나 심리생리학(psychophysiology)적 방법과 달리 순수한 와우의 반응에만 기초를 두고 진행파를 측정할 수 있는 이점이 있다.1) 와우가 성숙되면서 와우의 위치에 따라 반응하는 음 특성(tuning properties)은 변화하게 된다. 즉 와우의 기저부분이 와우성숙 초기에 저주파수의 음을 담당하다가 점차적으로 성인에서 발견되는 것과 같이 고주파수범위로 반응주파수가 이동되는데 이러한 원리를 “shifting place”라고 하며 주로 기저막의 질량과 경직성 등 물리적 특성의 변화에 기인한다. 또 다른 하나의 변화는 와우증폭기능(cochlear amplifier)의 성숙이다. 이 성숙과정중 와우는 특정부위의 정해진 주파수(characteristic frequency, CF)에서 낮은 강도 역치에서도 민감하게 반응하게 되고, CF는 성숙하면서 반 옥타브에서 한 옥타브 정도 상승하게 된다. 이러한 CF의 상승은 약 재태연령(conceptional age, CA) 27주에 특정주파수에 반응하는 와우 내 최적부위로 자리잡게 되고 CA 30~35주에는 와우증폭기능의 성숙이 안정화되는 단계로 돌입하여 성인의 와우와 비슷한 특성을 갖게된다.5)6) 이론상 잠복기는 강도보다 중이의 압력변화에 영향을 덜 받는다고 하므로 대부분의 중이 내 삼출액(effusion)이나 낮은 정적 압력(low static pressure)으로 인하여 강도가 잘 측정되지 않는 신생아에게서 잠복기를 측정할 수 있다면 와우의 상태나 청력 역치의 선별검사로써 유용하리라 생각된다.
이 연구는 신생아의 와우 기능을 평가하고 성인과 비교 분석하여 와우의 성숙과정을 살펴보고자 한다. 따라서 신생아군과 성인군을 나누어 주파수별 잠복기의 변화정도를 측정, 비교하여 DPOAE의 잠복기에 대한 기초자료를 얻고 향후 임상적 응용이 가능한지를 알아보고자 한다.

연구방법

연구대상

정상신생아군은 2000년 1월부터 2월까지 아주대학교병원에서 출생한 신생아 50명의 50귀를 대상으로 아침 수유 후 자연수면상태를 이용하여 한쪽 귀만을 선택하였다. 성인과 달리 신생아의 경우 정상청력을 정확히 추정할 수 없기 때문에 변조이음향방사보다 더 민감한 일과성이음향방사(transient evoked otoacoustic emissions, TEOAE)를 선별검사로 택하여 기준에 통과한 신생아의 경우만 DPOAE를 실시하였다. 선별검사의 통과기준은 1) 재현율 70% 이상이면서 5개 주파수 중 3개 이상의 영역에서 3 dB이상의 신호대잡음비(signal-to-noise ratio, S/N)를 보이는 경우 2) 검사의 안정도가 70%이상인 경우로 1)과 2)를 모두 만족할 때 DPOAE를 실시했다.7-9) 평균 CA는 38.01주(범위:36.43~41.71주), 평균 몸무게는 3.10 kg(범위:2.30~4.11 kg)였고, 출생 후 평균 42.95시간(범위:12~100시간) 후 측정하였다.
대조군인 정상성인군은 이 질환의 병력이 없는 20세부터 30세까지의 건강한 성인 11명의 11귀를 대상으로 하였다. 정상청력의 기준은 250 Hz에서 8000 Hz까지의 전 음역에서 기도순음청력역치가 20 dBHL이내, 골도순음청력역치와의 차이가 10 dB이내, 고막계측성 운동에서 A유형으로 정상소견을 보인 경우였다.
주위소음이 35 dBA내외의 신생아실에 근접한 조용한 방에서 이음향방사측정기(Otodynamics, ILO92)를 사용하여 TEOAE와 DPOAE를 측정하였다. 정상성인군의 순음청각검사는 청력검사기(Madsen, Orbiter 922)로 측정하였고, 고막계측성 운동검사는 임미턴스검사기(Virtual, Model 310)을 이용하였다.
TEOAE를 측정하기 위한 자극음은 클릭음으로 0~6 kHz의 주파수 영역을 지니며 지속시간은 80 μs, 70~80 dBSPL 사이의 강도가 주어졌다. 탑침(probe)은 신생아용(Type R 4.8S)으로 실리콘을 이용하여 신생아의 체위를 변화시키지 않는 범위 내에서 잘 보이는 귀를 선택하여 적합하였다. 총 260회의 반응이 완결될 때까지 기다리지 않고 통과기준 재현율 70% 이상을 보이면 검사를 중단하였다. 선별검사에서 통과 된 신생아의 경우, 체위나 탐침의 위치 변화 없이 DPOAE 측정을 시행하였다.
DPOAE 잠복기는 2개로 분리된 트랜스듀서에 의해 각각 f1과 f2의 연속적인 순음이 발생되는 스피커와 와우의 이음향방사를 집음하는 마이크로폰으로 구성되어 있는 탐침이 사용되었다. 와우생리를 조사하는데 널리 쓰이며 전기생리학적 연구자료와 더 일치를 보이는 f2-sweep method(f1은 고정한 채 f2를 변화시켜 위상을 측정)를 이용하였다.10) f1을 고정하고 f2를 작은 주파수단위로 4회 증가시키면서 2f1-f2의 위상을 측정하였다. 이때 f2는 f1에 의존적이며 1 kHz의 저주파수 에서는 한 차례 증가폭을 12 Hz, 2~4 kHz에서는 24 Hz, 6 kHz의 고주파수에서는 48 kHz로 변화하였다. 잠복기는 두 자극음(f1, f2)을 동시에 준 후 와우의 외유모세포에서 되돌아오는 2f1-f2반응의 위상을 외이도에서 측정한 뒤, 다시 f2-sweep method에 따라 f1은 고정한 채 f2를 변화시켜(f2’) 위상을 재 측정하여 두 위상의 차이(phase gradient)를 이용하여 다음과 같이 구한다.
잠복기(ms)=(위상차/360°)/(f2’-f2)
두 자극음의 주파수 비율은(f2/f1)은 1.22로 설정하고 65 dBSPL이상의 높은 강도의 자극음을 줄 때 정상귀에서 DPOAE가 95%이상 나타난다는 연구자료를 토대로 f2는 65 dBSPL, f1은 f2보다 5~10 dB 더 높을 때 그 반응이 가장 크므로 f1은 75 dB로 정하였다.

결     과

일과성이음향방사의 상대진폭

신생아의 TEOAE 측정은 평균 3.02분 소요되었고 재현율은 평균 87.14%(SD 8.82)로 선별검사의 통과기준 70%이상으로 측정되었다. 전체 50명 신생아 중에서 2명의 재현율이 61, 65%로 통과기준에 미치지 못하였으나 S/N이 높았기 때문에 분석에 포함시켰다. 각 주파수별 S/N은 3 kHz에서 평균 17.90 dB(SD 5.10)로 가장 높았으며 일반적으로 고주파수에 비해 1, 1.5 kHz의 저주파수에서 상대적으로 낮았다(Fig. 1).

변조이음향방사의 잠복기 

DPOAE 잠복기 측정을 위해 사용된 주파수는 1, 2, 4, 6 kHz 였으며 신생아군과 성인군 모두 주파수가 증가함에 따라 평균잠복기가 감소하였다(Table 1). 또한 신생아군에서 주파수별 평균잠복기는 전체적으로 성인군 보다 지연되었으나 1 kHz에서만 통계상으로 유의하고 나머지 주파수에서는 유의하지 않았다. 각 주파수별 잠복기를 비교검정(within-subject contrasts)해 볼 때 성인군에서는 주파수가 증가함에 따라 잠복기가 유의한 차이를 보였다(p<0.01). 신생아군에서도 전반적으로 감소되는 경향을 보였으나 2 kHz와 4 kHz의 비교에서 유의한 차이가 나지 않았다(p>0.05).
남자신생아의 DPOAE 잠복기는 1, 2, 4, 6 kHz에서 각 평균 10.61 ms(SD 2.32), 6.58 ms(SD 1.49), 6.51 ms(SD 2.78) 4.12 ms(SD 1.27)을 보였고 여자신생아는 각 평균 9.91 ms(SD 1.84), 6.40 ms(SD 1.71), 5.81 ms(SD 1.41), 3.85 ms(SD 0.74)로 주파수별 잠복기는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다(p>0.05)(Fig. 2).
신생아의 우측 귀는 1, 2, 4, 6 kHz에서 각 평균 10.76 ms(SD 2.60), 6.62 ms(SD 1.79), 6.66 ms (SD 3.12), 4.17 ms(SD 1.45)을 보였고 좌측 귀는 평균 10.02 ms(SD 1.74), 6.43 ms(SD 1.42), 5.93 ms (SD 1.55), 3.90 ms(SD 0.73)로 주파수별 잠복기는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다(p>0.05)(Fig. 3).

고     찰

DPOAE의 위상을 이용한 잠복기의 측정은 신속하고 비침습적인 방법으로 와우 내 진행파의 반응속도를 측정하며 다른 검사와 달리 순수한 와우 상태를 반영한다. 그러나 DPOAE의 잠복기 측정도 배경소음이 저주파수의 반응에 영향을 주는 제한점을 가지고 있어 특별히 1 kHz 이하의 주파수의 경우 이음향방사는 소음에 많이 오염되어있고 안정적이지 않아 정확한 반응을 얻어내기가 어렵다.3)11) DPOAE의 잠복기에 포함되는 요소는 1) 자극음을 내는 마이크로폰에서 고막까지 2) 중이 3) 난원창부터 기저막의 DPOAE 발생지까지 외이와 중이를 통해 자극음에 전달되는 속도는 최대 34 cm/ms로 매우 빠르기 때문에 1), 2) 단계는 전체 잠복기에서 미미한 부분으로 무시해도 무리가 없다. 전체 잠복기에서 발생지부터 되돌아오는 시간에 포함되는 요소는 4) 발생지에서 와우 내 여과시간 5) 발생지에서 난원창까지 되돌아오는데 거리는 시간 등이다. 난원창에서 기저막의 DPOAE의 발생지까지 걸리는 시간과 다시 되돌아오는 시간은 자극음의 주파수에 영향을 많이 받으며 DPOAE 발생지에서 여과시간은 주로 자극음의 강도에 영향을 많이 받는다. 이러한 진행파를 이용하여 본 실험에서는 신생아를 대상으로 주파수별 잠복기를 측정하여 정상 성인군과 어떤 차이가 나타나는 지 비교하였다.
이 연구에서 신생아군의 잠복기는 전체적으로 성인군 보다 지연되었으며 주파수가 증가함에 따라 감소되는 경향이 나타났다. 하지만 2 kHz와 4 kHz 사이에서는 유의한 차이가 나타나지 않았다. 그 이유는 신생아의 와우가 아직 성인보다 미성숙하여 낮은 강도역치에서 민감하게 반응하지 못하고 CF의 반응정점이 반 옥타브에서 한 옥타브로 점차 이동되는 과정 중에 있기 때문에 와우의 반응 여과시간이 증가되어 신생아의 전체적인 DPOAE 잠복기가 성인보다 증가되었다고 추측한다.5) 또한 신생아에게만 발견되는 와우의 공명현상으로 2, 4 kHz에서 잠복기의 지연이 나타나지만 와우의 기계적인 반응이 4 kHz 부근에서 아직 성숙이 이루어지지 않아 이 지역의 잠복기가 증가되면서 더 낮은 주파수인 2 kHz 보다 유의미하게 감소되지 않은 것으로 추측된다.
Brown, Sheppard & Russell(1995)의 연구에 의하면 신생아 와우가 성인보다 더 강한 와우공명으로 인하여 2, 4 kHz에서 두드러진 신생아의 잠복기 지연이 나타나고 이러한 차이는 외이나 중이의 영향 때문이기보다는 와우의 영향으로 추정된다고 한다. 신생아 그룹의 평균값은 자극음이 들어가고 이음향방사가 나오는데 걸리는 시간이 어른보다 더 지연되는데 이는 신생아의 와우에 들어가는 소리 자극음이 낮고 2와 4 kHz에서 성인과 신생아의 반응이 달리 나타나는 것은 와우 내에서 반응하는 부위가 성인과 신생아에서 서로 다르다는 것을 나타낸다. 이러한 성인과 신생아의 반응의 차이는 신생아기에는 강하다가 와우가 성숙되면서 점점 사라지는 와우공명현상에 의한 것으로 추정하고 있다.
Kimberley, Brown & Eggermont(1993)의 연구12)에 의하면 잠복기가 0.78 kHz에서 남자가 유의미하게 더 길었고(8%), Wable et al.(1997)의 연구13)에서는 일반적으로 남자가 더 긴 잠복기를 보이고 특히 저주파수 지역에서 가장 큰 변화를 나타낸다고 보고하였다. Lee, Cho & Kim(2000)의 연구4)에서는 남자가 여자에 비해 평균잠복기가 2 kHz만 유의한 수준으로 길게 측정되었을 뿐 다른 주파수에서는 거의 비슷한 것으로 보고하였다. 일반적으로 저주파수 부근에서 남자가 여자보다 더 긴 잠복기를 나타내고 있는데 그 이유는 정상성인군의 와우는 이미 성숙되어있기 때문에 와우의 성숙도와 관련되어 차이가 생기기보다는 그 이외의 머리크기의 차이나 와우의 길이, 자극음의 근원지에서 와우까지 거리가 남자가 여자보다 더 길기 때문에 잠복기도 길게 측정되는 것으로 설명하고 있다.
신생아를 대상으로 한 본 연구에서는 성별에 따른 DPOAE의 주파수별 잠복기는 유의한 차이를 보이지 않았다. Brown, Sheppard & Russell(1995)의 연구12)에서는 성인은 남자에서 더 긴 것으로 측정되었으나 신생아에서는 성별에 따른 차이는 관찰되지 않았다고 보고하였다. 그 이유는 역시 성별에 따라 와우의 성숙에 의한 차이가 아닌 머리 크기나 와우의 길이 등이 성인과 달리 아직 남녀차이가 나지 않기 때문에 성별에 따른 잠복기의 차이는 관찰되지 않은 것으로 추정된다. 남녀의 성별에 관계없이 신생아 개체 내에서 우측 귀와 좌측 귀를 비교한 결과 주파수별 잠복기는 유의한 차이가 나타나지 않았다. 

요약 및 결론

본 연구는 진행파와 관련하여 신생아의 와우 기능을 평가하고 성인과 비교 분석하여 DPOAE의 잠복기에 대한 기초자료를 얻고 와우의 성숙과정을 살펴보아 향후 임상적 응용이 가능한지를 살펴보고자 하였다. 이를 위해 정상 성인 11명의 11귀와 신생아 선별검사에서 통과한 신생아 50명의 50귀를 대상으로 주파수별 잠복기의 변화, 남녀간의 차이, 좌 우측의 차이 등을 비교하였다.
신생아군의 잠복기는 전체적으로 성인군 보다 지연되었고 각 주파수별로 비교하면 성인군에서는 주파수가 증가함에 따라 잠복기는 통계적으로 유의하게 감소되는 경향이 나타났다. 신생아군에서는 1 vs 2 kHz, 4 vs 6 kHz의 잠복기는 유의하게 감소되는 경향을 보였으나 2 vs 4 kHz에서는 유의한 차이가 나타나고 있지 않아 이 지역의 주파수 특성이 미성숙한 와우의 기계적인 반응의 영향으로 정확히 분리되고 있지 않은 것으로 추정되었다. 또한 신생아에게만 발견되는 와우의 공명현상과 4 kHz 지역의 미성숙으로 잠복기가 증가되면서 더 낮은 주파수인 2 kHz 보다 유의미하게 감소되지 않은 것으로 추측된다. 성별에 따른 잠복기의 차이는 와우의 성숙상태보다는 물리적인 차이가 두드러지지 않기 때문에 관찰되지 않은 것으로 추정되고 우측 귀와 좌측 귀를 비교한 결과 역시 주파수별 잠복기는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다.
이러한 결과는 순수하게 와우반응에 기초한 DPOAE의 잠복기가 와우 기저막의 음파 진행과정과 관계가 있다는 가설을 뒷받침하고 있다. 특히 이론상 DPOAE의 잠복기는 강도보다 중이의 압력변화에 영향을 덜 받는다고 하므로 대부분의 중이 내 삼출액이나 낮은 정적 압력으로 인하여 강도가 잘 측정되지 않는 신생아에게서 잠복기의 측정은 와우의 상태나 청력 역치의 선별검사로써 유용하리라 생각된다. 


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