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Electrophysiology
Korean Journal of Audiology 2006;10(1):46-53.
The Effects of Frequency and Intensity on Vestibular Evoked Myogenic Potentials
Ji Hye Park1, Hyun Sook Jang2, Yong Bae Lee1, Sang Ouk Park1, Tae Hyung Kim1
1Hana ORL Clinic & Institute, Seoul
2Division of Speech Pathology Audiology, College of Natural Sciences, Hallym University, Chuncheon, Korea
주파수와 강도 변화에 따른 전정유발근전위(VEMP)의 특성
박지혜1, 장현숙2, 이용배1, 박상욱1, 김태형1
1하나이비인후과 하나비과학연구소
2한림대학교 자연과학대학 언어청각학부
Abstract

The aim of this study was to examine the effects of frequency and intensity on vestibular evoked myogenic potentials (VEMP) which have been used to evaluate the saccule and inferior vestibular nerve of the vestibular apparatus. The response rates, latencies, and amplitude of VEMPs were measured by using click and tone burst stimuli at 500, 1000, 2000, and 4000 Hz with a presentation level of 90 dBnHL and tone-burst stimuli of 500 Hz with varying intensities. VEMPs were recorded in ten healthy young subjects (20 ears) with normal hearing and no history of vestibular-related disease. The results can be summarized as follows:First, with a presentation level of 90 dBnHL, VEMPs were present in all subjects with click and tone-burst stimuli at 500, 1000, and 2000 Hz. Moreover, there were no significant latency and amplitude differences between ears. Second, the latency and amplitude of the VEMP decreased as the stimulus frequency increased. Tone-burst stimuli of 500 Hz showed the most robust and reliable VEMP results. Third, there were no significant latency and amplitude differences when the levels of 500 Hz tone burst decreased from 90 dBnHL to 80 dBnHL. However, high-level stimuli intensity (at least over 85 dBnHL) should be presented for test reliability.

Keywords: VEMP (vestibular evoked myogenic potential);Click;Tone burst;Latency;Amplitude.

교신저자:장현숙, 200-702 강원도 춘천시 한림대학길 39
교신저자:전화) (033) 248-2218, 전송) (033) 256-3420, E-mail:hsjang@hallym.ac.kr

서     론


강한 소리자극에 의해 긴장된 경부근육(sternocleido-mastoid muscle, SCM)에서 유발된 근전위의 변화를 측정하는 전정유발근전위(vestibular evoked myogenic potential, 이하 VEMP) 검사는 이석 기관의 기능을 민감하게 반영하며, 일측성 장애시 병변 쪽을 판별할 수 있으므로 기존의 전정기능 검사를 보완하는 검사로서 그 임상적 유용성에 대한 관심이 증대되고 있다.1)2)
VEMP의 일반적인 검사지표는 파형의 존재 유무, 반응기간(latency), 파간 반응기간(interpeak latency, 이하 IPL) 및 진폭(amplitude)으로 VEMP 검사의 신뢰성을 높이기 위해서 여러 가지 다양한 검사조건 변화에 따른 연구가 시도되어 왔다. 기존의 연구에서는 자극음으로 주로 큰 강도의 click을 사용하였는데 75
~100 dBHL에서 VEMP가 측정될 수 있으며1)3) click의 강도가 진폭에는 영향을 주지만 반응기간에는 영향을 미치지 않는다고 보고 되고 있다.3)4)
짧은 단속 순음(short tone burst)에서도 click과 VEMP 반응이 비슷하게 나타나는 것으로 알려졌으나4)5)6) Tone burst를 사용하는 경우 주파수에 따라 VEMP의 특성이 다양하게 나타난다. 즉, 주파수가 증가함에 따라 역치는 증가하지만 반응기간, 파간 반응기간과 진폭은 감소하는 경향이 있다.5)7)8) 250 Hz에서부터 4000 Hz까지의 주파수 중에는 500 Hz가 동조성과 진폭이 커서 낮은 강도에서도 관찰되어 질 수 있으므로 가장 임상에 적용하기에 적합한 것으로 보고 되고 있다.5)9) 500 Hz의 tone-burst를 이용하였을 때 강도에 따른 효과를 살펴본 연구에 따르면, 90
~100 dB 이상의 강한 음에서 VEMP가 나타나고, 자극 강도가 줄어들수록 진폭도 감소한다고 보고하고 있다.1)
이러한 선행연구 결과들을 기반으로 하여, 본 연구에서는 실제 임상에서 적용할 수 있는 tone burst 자극음에 따른 VEMP 검사조건의 지표를 마련하고자 click과 tone burst 자극음과의 관계와 tone burst의 자극 주파수 및 강도 변화에 따른 VEMP의 결과를 비교 분석하고자 하였다.

연구방법

본 연구는 이과적으로 특별한 증상이나 과거력이 없고 청력 및 전정기능에 이상이 없는 성인 10명(20귀, 남 5명, 여 5명)을 대상으로 하였고, 평균연령은 28.1세(25~33세)였다. 모든 피검자들은 양측 귀 고막운동성계측 결과 type A를 보였고, 순음청력검사에서 20 dBHL 이하인 정상청력인을 대상으로 하였으며(ANSI 1996), 피검자들의 평균 청력은 7.3 dBHL이었다. 모든 피검자들은 오른손잡이였다.
VEMP 검사는 Bio-logic사의 Navigator Pro(version 4.2.0)에 ER-3A 삽입이어폰을 사용하여 측정하였다. 피검자를 침대에 반듯이 눕힌 후 동측(ipsilateral) 흉쇄유돌근의 중앙 부위에 활성전극(active electrode)을, 쇄골(sternum)의 상부에 참고 전극(reference electrode)을, 이마 정중앙에 접지 전극(ground electrode)을 부착하였다. VEMP 검사시 피검자의 자세는 흉쇄유돌근이 일정하게 수축되게 하기 위해 누운 상태에서 머리를 10 cm 들고, 고개를 검사측 반대(contralateral)로 돌리고 시선은 반대쪽 어깨를 바라보게 한 후, 이 자세를 검사가 끝날 때까지 유지하도록 하였다.
자극은 click과 500 Hz에서 4000 Hz의 tone burst로 90 dBHL 또는 그 이하수준에서 제시하였다. 자극조건으로 Filter setting은 30 Hz에서 3000 Hz, 극성은 alternating, 자극 속도는 1초당 2.1회, 평균반응은 200회로 하였다. 분석시간은 후기파들의 도출을 유도하기 위하여 106.62 ms로 하였다. 저항은 모두 5 kΩ 이하로 하였으며, 전극 간 저항의 차이는 2 kΩ 이하가 되도록 하였다.
Click과 tone burst(이하 TB) 자극 주파수 변화에 따른 차이를 알아보기 위해 검사 측 귀에 1) click 2) TB 500 Hz 3) TB 1000 Hz 4) TB 2000 Hz 5) TB 4000 Hz를 사용하여 자극 강도 90 dBHL로 측정하였으며, 이 조건들의 검사 순서는 무작위로 하였다. 자극 강도에 따른 변화를 알아보기 위해 TB 500 Hz를 90 dB에서 시작하여 자극 강도를 5 dB씩 감소시키면서 역치를 측정하였다.
각 조건에서 1회 검사에 소요되는 시간은 2분 정도였고, 검사 후 경부근육의 긴장을 풀기 위해 3분 동안 편안한 자세에서 휴식을 취한 후 다음 검사를 실시하였으며, 모든 검사에 소요되는 시간은 총 2시간 정도였다. 모든 검사는 동일한 조건에서 2회 이상 반복 실시하고 재현성이 없으면 3회 실시해서 재현성이 있는 2개의 결과 값을 선택해 이 반응들의 평균값을 구해서 최종반응 값으로 하였다.
   분석을 위한 검사지표로 P13과 N23의 반응기간, 파간 반응기간(IPL), P13-N23의 진폭을 측정하였으며, Fig. 1에 VEMP 분석을 위한 파형과 검사지표들을 도식화하였다. 결과 분석은 SPSS 11.0 Software를 사용하여 유의도 수준 0.05에서 검증하였다. 좌우측 귀의 VEMP를 비교하기 위해서 반응기간과 진폭의 변화를 paired-t test로 검증하였다. 자극 주파수 및 강도 변화에 따른 VEMP의 결과 분석을 위해 일원분산분석(one-way ANOVA)을 유의도 수준 0.05에서 검증하고, 사후검증으로 Duncan법을 사용하였다. Click과 tone burst 주파수간 상관관계를 분석하기 위하여 Pearson 상관계수를 구하였다.

결     과

좌우측 귀의 VEMP 비교

Click과 tone burst 주파수에 따라 90 dB의 자극 강도로 오른쪽 귀(10귀)와 왼쪽 귀(10귀)에서 VEMP 검사를 실시한 결과, TB 4000 Hz를 제외한 모든 조건에서 양측 귀 모두 100% VEMP가 측정되었다. TB 4000 Hz에서는 양쪽 귀 모두 90% VEMP가 측정 되었다. 좌우측 귀의 P13, N23 반응기간의 평균과 표준편차를 살펴본 결과, P13의 경우 모든 주파수 평균은 왼쪽 귀는 12.43 ms, 오른쪽 귀는 12.05 ms로 나타났고, N23은 왼쪽 귀는 20.18 ms, 오른쪽 귀는 19.72 ms로 나타났다(Table 1). 좌우측 차이는 P13(0.28 ms)과 N23(0.46 ms) 모두 1000 Hz에서 가장 작은 차이를 보였고, P13은 click(1.27 ms)에서, N23은 2000 Hz(1.76 ms)에서 가장 큰 차이를 보였다. 각 검사조건에서 좌우측 귀의 반응기간을 비교하기 위하여 paired-t test를 실시한 결과 모든 검사 조건에서 좌우측 반응기간 간에는 통계학적으로 유의미한 차이가 없었다.
좌우측 귀의 P13과 N23 진폭의 평균과 표준편차를 살펴본 결과, tone burst 500 Hz에서 가장 큰 진폭이 측정 되었다(Table 2). 측정한 주파수 모두에서 진폭의 평균은 왼쪽 귀는 92.30 μV, 오른쪽 귀는 99.97 μV로 나타났다. 좌우측 차이는 500 Hz에서 4.91 μV로 가장 작은 차이를 보였고, 200 Hz에서 29.79 μV로 가장 큰 차이를 보였으며 편차도 크게 나타났다. 각 검사조건에서 좌우측 귀의 진폭을 비교하게 위하여 paired-t test를 실시한 결과, 모든 검사조건에서 좌우측의 진폭 간에는 통계적으로 유의미한 차이가 없었다(Table 1).

자극 주파수 변화에 따른 VEMP의 결과 분석

각 검사조건에서 양측 귀간 반응기간과 진폭에 유의미한 차이가 없으므로, 총 20귀에서 P13과 N23 반응기간 및 IPL, 진폭의 평균과 표준편차를 살펴본 결과, tone burst를 사용할 경우 주파수가 증가할수록 모든 파형의 평균 반응기간과 진폭이 감소하였다(Table 3, Fig. 2).
Click과 tone burst 주파수에 따른 각각의 검사지표들의 차이가 있는지 비교하기 위해 일원분산분석(one-way ANOVA)을 실시한 결과 주파수에 따라서 P13과 N23 반응기간과 진폭은 통계적으로 유의미한 차이가 나타났으나, IPL은 주파수에 따라 유의미한 차이가 없었다. 주파수에 따른 반응기간과 진폭의 차이를 비교하기 위하여 Duncan 사후분석을 실시한 결과 반응기간과 진폭 모두에서 인접한 주파수 간은 유의한 차이가 없었다. 또한 모든 주파수의 특성을 가진 click의 경우 반응기간과 진폭이 TB 1000 Hz, TB 2000 Hz, TB 4000 Hz와는 동일하지만 TB 500 Hz와는 유의미한 차이를 보였다.
Click과 tone burst 주파수 사이의 상관관계를 알아보기 위하여 click과 TB 500 Hz, TB 1000 Hz, TB 2000 Hz, TB 4000 Hz에서 상관분석을 실시한 결과 N23에서 click과 TB 2000 Hz와의 상관관계가 유의미하게 나타났다. 이를 제외한 다른 tone burst 주파수에서는 click과의 상관관계가 유의미하지 않게 나타났다. Fig. 3은 본 연구에 참여한 피검자 1인의 주파수 변화에 따른 우측의 반응기간과 진폭의 변화를 보여주는 VEMP 결과의 예이다. 저주파수 영역인 500 Hz와 1000 Hz에서 반응의 재현성이 좋게 나타남을 알 수 있다.

자극 강도에 따른 VEMP의 결과 분석

자극 강도 변화에 따른 차이를 보기 위해서 500-Hz tone burst를 90 dB에서 5 dB씩 강도를 줄이면서 반응기간이 나타나는 VEMP의 역치를 측정하였다. 90 dB에서 시작하여 80 dB까지 강도를 감소시켜도 VEMP가 100% 측정되었다. 그러나 75 dB에서는 90%, 70 dB에서는 70% 측정되었고 65 dB에서는 20%로 거의 측정되지 않았다. 각 강도에서 측정되어진 VEMP의 반응기간과 진폭의 평균과 표준편차를 살펴본 결과, 90 dB에서 반응기간이 가장 길고, 진폭도 가장 컸으며, 자극 강도가 줄어들수록 반응기간과 진폭이 감소하였다(Table 4). 자극 강도 변화에 따른 반응기간 및 진폭의 차이를 비교하기 위하여 모든 귀에서 VEMP 반응이 나온 90 dB, 85 dB, 80 dB에서 일원분산분석(one-way ANOVA)을 각각 실시한 결과 반응기간 및 진폭은 통계적으로 유의미한 차이가 없었다.

고     찰

본 연구는 전정기관의 평가에 있어서 최근 새롭게 소개되고 있는 VEMP를 임상에 적용할 때 다양한 검사 조건 변화에 따라 나타난 결과를 토대로 안정된 반응을 얻을 수 있는 조건을 찾고자 하였다. Click과 500-, 1000-, 2000-과 4000-Hz tone burst 자극 조건에서 측정 귀에 따른 P13과 N23의 반응기간과 진폭은 통계적으로는 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났는데 이러한 결과는 기존의 다른 선행연구와도 같은 결과를 나타낸다. Basta 등10)은 64명의 정상인에서 500-Hz tone burst를 이용하여 기도와 골도 자극으로 동측에서 측정했을 때 측정 귀간 반응기간의 차이는 의미가 없다고 보고하였고, Ochi 등11)은 60명의 정상인에서 click 자극을 주고 성별과 나이에 의한 영향을 보기 위해서 좌우측 각각에서 측정하였을 때 측정 귀에 따른 반응기간의 차이가 없으므로 일측성 병변 평가시에는 다른 대조군과 비교하기 보다는 건측과 비교하는 것이 안전하다고 하였다.
자극 주파수 변화에 따른 결과분석에서 tone burst의 주파수가 증가할수록 P13과 N23의 반응기간과 진폭은 줄어들고 통계적으로도 유의미한 차이가 나타났으나, 파간 반응기간에서는 유의미한 차이가 나타나지 않았다. 즉 tone burst 주파수 변화에 따라서 P13과 N23의 반응기간과 진폭은 달라질 수 있으나, 파간반응기간은 달라지지 않는다는 것을 알 수 있다. 이것은 VEMP가 구형낭에서 나타나는 반응이지만 강한 소리자극에 의해 반응이 유발되는 특성상 소리가 와우를 자극했을 때 와우내 부위별 주파수 분석능력에 의해서 반응기간의 변화가 나타났음을 추정할 수 있다. 반응기간과 진폭의 사후분석 결과는 인접한 주파수간은 서로 유의미한 차이가 없이 동일하나, 저주파수와 고주파수간은 서로 차이가 있었다. 또한 모든 주파수의 특성을 가진 click의 경우 TB 500 Hz와는 의미 있는 차이가 나타났다. 이것은 click이 주파수 특이성은 없으나 주로 고주파수의 정보를 나타내므로 저주파수인 TB 500 Hz와 반응기간의 차이가 난 것으로 추측된다. 본 연구에서 click과 tone burst 주파수 사이의 상관관계 분석결과 N23 반응기간의 경우 click과 TB 2000 Hz와의 상관성이 높았다. 이것으로 click과 고주파수와의 상관성을 확인할 수 있다. 
VEMP 파형에서 반응기간이 일정한 위치에서 나타나는 재현성은 TB 500 Hz와 TB 1000 Hz의 저주파수에서 반응의 재현성이 가장 좋았다. 그 결과를 토대로 TB 500 Hz 보다 더 낮은 주파수인 TB 250 Hz에서도 VEMP 측정을 시도했다. 그러나 TB 250 Hz는 연구에 사용된 Navigator 장비에서 나올 수 있는 자극의 최대 강도인 80 dB는 VEMP 반응이 원활하게 도출될 만큼 큰 소리가 아니어서 VEMP 반응이 나타나지 않거나 일정하지 않아 본 연구에서 제외 하였다.
   TB 500 Hz의 반응기간은 표준편차가 가장 작고, 파형이 나타나는 재현성이 좋았는데 P13은 14.92±0.65 ms, N23은 23.04±1.11 ms이였다. TB 500 Hz를 이용한 다른 선행 연구의 결과로 Koo 등13)은 P13은 14.5±1.2 ms, N23은 23.3±2.1 ms, Cheng 등14)은 P13은 13.7± 0.75 ms, N23은 23.0±1.5 ms로 서로 유사한 크기를 보였다. 진폭은 136.96±54.58 μV로 Basta 등10)은 139.8± 64.0 μV의 결과와는 비슷하게 나타났다. 그러나 Koo 등13)의 연구에서는 76.9±29.3 μV로 나타나 진폭의 경우 연구 간에 차이가 많았다는 것을 알 수 있다. 또한 Akin 등12)은 TB 500 Hz가 가장 낮은 자극 강도에서도 VEMP의 결과를 도출할 수 있으므로 임상에서 적용하기가 좋다고 하였다. Rauch 등의 연구에서도 정상인 집단은 TB 500 Hz에서 가장 큰 진폭을 보이고 주파수가 증가할수록 반응기간과 진폭은 감소한다고 하였다.7) ABR 측정시에도 tone burst 주파수가 증가할수록 반응기간은 줄어드는 결과가 나타난다. 이것은 자극음의 특성상 tone burst는 click과 비교시 주파수별 정보를 주는 장점은 있으나 cochlea의 한 부분만을 자극해 자극시간이 다소 길기 때문이다. 또한 자극 주파수가 낮아질수록 cochlea의 첨단부를 자극하므로 자극에 필요한 시간이 길고, click보다 신경을 동시다발적으로 자극하는 효과가 저조하므로 반응기간이 긴 것으로 추정된다.
또한 Akin 등은 500-Hz tone burst가 가장 낮은 자극 강도에서도 VEMP의 결과를 도출할 수 있으므로 임상에서 적용하기가 좋다고 하였다.12) 본 연구에서 500-Hz tone burst의 자극 강도를 90 dB부터 시작하여 5 dB씩 감소시키면서 VEMP 반응이 나타나는 역치를 측정했을 때 80 dB 이상의 강도에서 VEMP가 측정되었으며 반응기간과 진폭이 감소하는 결과가 나타났으나 통계적으로는 유의미한 차이가 나타나지 않았다. 이러한 결과는 기존의 다른 선행연구와도 같은 결과를 나타낸다. Wang 등15)은 26명의 정상인에서 500-Hz tone burst를 이용하여 105 dB에서 10 dB씩 자극 강도를 감소시키면서 VEMP 역치를 측정하였는데, 동일한 자극 강도를 양쪽귀에 제시하고, 자극이 주어지는 동측 귀에서 측정을 하였다. 연구 결과로 양쪽귀 측정과 한쪽귀 측정시 모두 자극 강도변화에 따른 반응기간은 유의미한 차이가 없었다고 보고했다. Young 등16)은 정상인 피검자에게 동일 주파수의 서로 다른 자극 강도를 양쪽 귀에 함께 자극하였을 때 좌우측의 반응기간 차이는 없었다고 한다. 그러나 큰 자극 강도가 제시된 귀의 진폭은 크게 나타났다고 하였다. Wang 등15)은 500-Hz tone burst가 95 dB에서 P13은 13.24±1.09 ms, N23은 20.11±1.48 ms, 85 dB의 P13은 13.95±1.87 ms, N23은 20.34±2.16 ms, 75 dB의 P13은 13.18±0.70 ms, N23은 19.34±1.15 ms로 나타나, 본 연구에서의 반응기간이 조금 길게 나왔다. 진폭은 Wang 등15) 연구에서 95 dB에서 137.6 μV, 85 dB에서 129.1 μV, 75 dB에서 119.0 μV로 앞서 언급 했듯이 진폭은 개인차가 크지만, 높은 강도에서는 다소 비슷하게 나타났다. 본 연구에서 모든 피험자에게서 80 dB 이상에서 VEMP를 관찰하였지만 안정되고 뚜렷한 VEMP 반응을 관찰하기 위하여 이보다 더 높은 강도수준이 요구되어진다고 할 수 있다.
이상으로 VEMP 검사에서 재현성이 확보되기에 적절한 검사조건을 제시하였다. 그러나 여러 가지 다른 검사 조건에 따라서 결과가 다양해 질 수 있으므로 임상에 적용 시에는 본 연구의 원리를 이용하여 검사실 환경에 맞게 사용 가능한 기준을 마련하는 것이 적절하다고 본다.

요약 및 결론

본 연구는 이석기관 평가에 유용한 VEMP 검사시 자극음, 주파수, 강도 등의 변화에 따른 특성을 알아보고자 하였다. 이를 위하여 정상 청력 및 전정기능에 이상이 없는 성인을 대상으로 click, 500-, 1000-, 2000-, 4000-Hz tone burst에서 각각 90 dBHL의 강도로 검사를 실시하였다. 또한 자극 강도에 따른 변화를 알아보기 위해서 500-Hz tone burst를 90 dBHL 자극 강도부터 시작하여 5 dB씩 강도를 감소시키는 검사를 통해서 역치를 측정하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 측정한 귀의 좌우측 방향에 따른 반응기간 및 진폭은 유의미한 차이가 없었다. 둘째, 자극음으로 tone burst를 사용했을 때, 주파수가 증가할수록 반응기간과 진폭이 줄어들었다. 또한 저주파수에서 가장 안정적인 반응의 VEMP가 나타났다. 셋째, 500-Hz tone burst를 사용하였을 때 80 dBHL 이상에서 VEMP가 100% 측정되었으며 90 dBHL에서 80 dBHL로의 자극 강도 변화에 따른 반응기간과 진폭은 유의미한 차이를 보이지 않았다.
이상의 연구 결과를 종합해 볼 때, tone burst를 사용할 경우 저주파수의 사용이 권장되며, 자극 강도는 적어도 85 dB 이상을 제시하여야 안정적인 결과를 얻을 수 있다. 그러나 임상에 적용 시에는 검사실 환경에 맞게 사용 가능한 기준을 마련되어야 할 것이다.


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