교신저자：김리석, 602-715 부산광역시 서구 동대신동 3가 1  동아대학교 의과대학 이비인후과학교실
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서     론

   협조가 어려운 영유아의 청력을 알기 위한 객관적인 검사 방법으로 청각유발반응이 연구, 발전되어 왔다. 이 중 청성 중간반응과 후기반응은 각성 수준에 영향을 받고, 재현성이 떨어지는 단점으로 널리 이용되지 못한 반면, 청성뇌간반응(auditory brainstem response, ABR)은 각성 수준에 영향을 받지 않고 재현성이 높아 1970년대 이후로 영유아의 객관적인 청력검사로 널리 이용되어 왔다. 청성뇌간반응에서는 주로 click음이 자극음으로 이용되는데 이 경우 주파수 특이성이 없이 고주파수대의 청력만을 반영하는 단점이 있어, 그 동안 저주파수를 포함한 주파수별 청력역치를 알기 위한 객관적인 검사방법으로 toneburst음을 이용한 청성뇌간반응 등이 시행되어 왔다. Click음 및 toneburst음에 대한 청성뇌간반응역치와 순음청력역치는 높은 상관관계가 있음이 밝혀져 있다.¹⁾²⁾³⁾ Sininger²⁾는 소아에서 click ABR 역치와 평균 순음청력역치가 높은 상관관계(r=0.979)에 있다고 하였고, Stapells 등³⁾은 평균연령 31개월의 아동들을 대상으로 한 연구에서 tone ABR 역치와 순음청력역치가 높은 상관관계(r≥0.94)를 보여 청성뇌간반응역치로 순음청력역치를 예측할 수 있다고 하였다. 하지만 toneburst음에 의한 청성뇌간반응은 저주파수로 갈수록 파형이 명확치 않아 숙련된 전문가가 아닌 경우 역치 판독이 어려운 단점이 있다. 이와 같이 주파수 특이성이 없는 click음을 이용한 청성뇌간반응과 비숙련가에 의해 시행되는 toneburst음을 이용한 청성뇌간반응으로는 저주파수의 청력 역치 측정이 어려우므로, 저주파수에서도 신뢰할 수 있는 주파수 특이적인 청력 역치를 얻기 위해 청성지속반응(auditory steady-state response, ASSR)이 도입되었다.
   청성지속반응은 진폭 혹은 주파수가 주기적으로 변조된 순음을 자극음으로 이용하는 청각유발반응이다. 청성지속반응은 주파수 특이적인 청력 역치를 제공하고, 70 Hz 이상의 높은 변조주파수(modulation frequency)를 이용할 경우 수면에 영향을 받지 않으며,⁴⁾⁵⁾⁶⁾ 자동화된 역치 측정 방식으로 비숙련가도 검사하기가 용이한 장점이 있어 영유아의 객관적인 청력검사 도구로 각광받고 있다. 이에 본 교실에서는 청성지속반응이 영유아에서 신뢰할 수 있는 청력역치를 제공하는 지를 알아보기 위하여 본 연구를 시행하였다. 이를 위해서는 영유아의 청성지속반응역치와 순음청력역치의 상관관계를 분석하는 것이 가장 좋으나, 대상자의 나이가 어려서 순음청력검사를 수행할 수 없기 때문에 이미 순음청력역치를 잘 반영하는 것으로 알려진 청성뇌간반응역치를 청성지속반응역치와 비교하여 상관관계를 알아보고자 하였다. 또한 본 교실에서 시행되는 청성뇌간반응의 신뢰도를 검증하기 위하여 먼저 청성뇌간반응과 순음청력검사가 모두 시행된 난청 아동을 대상으로 두 검사 역치의 상관관계를 후향적으로 분석하였다.

대상 및 방법

청성뇌간반응역치와 순음청력역치의 비교

대  상
   1994년 3월부터 2002년 3월까지의 기간에 동아대학교병원 이비인후과 난청클리닉에 내원하여 청성뇌간반응검사를 시행한 아동 중, 2년 이내에 순음청력검사가 가능하였던 36명을 대상으로 후향적 연구를 시행하였다. 남자는 20명, 여자는 16명이었고, 청성뇌간반응 검사 시점의 연령 분포는 1세에서 7세 4개월(평균 3세 4개월)이었다.

방  법
   청성뇌간반응은 Viking IV(Nicolet Biomedical, USA)를 이용하여 기록하였다. 자극음으로 500 Hz와 1 kHz tone-pip음과 click음의 세 가지 음을 사용하였다. Click음은 pulse duration을 100 μs, pulse rate를 11.4/s로 하였고, tone-pip음은 상승 및 하강 시간(rise and fall time)을 각각 2회 주기, 평탄역(plateau)을 1회 주기로 하고, pulse rate는 11.4/s로 하였다. 역치상에서는 10 dB 그리고 역치 근처에서는 5 dB 간격으로 자극 강도를 조절하였다. 기록전극으로 표면전극(silver-coated EEG cup electrode)을 사용하여, 전두정중부(Frontal pole zero, Fpz)에 활성전극을, 검사측 이개에 접지전극을 그리고 반대측 이개에 기준전극을 부착하였다. 필터는 100~3000 Hz로 하였고 음자극 후 18 ms까지 1000회 이상 평균가산하여 기록하였다. 순음청력검사는 GSI 10 audiometer(Grason-Stadler, USA)를 이용하여 시행하였다.
   500 Hz와 1 kHz 자극음에 대한 청성뇌간반응역치와 순음청력역치, click음에 대한 청성뇌간반응역치와 2 kHz 자극음에 대한 순음청력역치, 그리고 click음에 대한 청성뇌간반응역치와 2/4 kHz에서의 순음청력역치 평균을 서로 비교하여 두 검사역치의 상관관계를 알아보았다. 최고 강도의 음자극에서도 역치가 측정되지 않은 경우는 분석대상에서 제외하였고, 통계처리는 SPSS 통계프로그램을 이용하여 단순회귀분석하였다.

청성뇌간반응과 청성지속반응의 역치 비교

대  상
   2003년 1월부터 2003년 4월까지 동아대학교병원 이비인후과 난청클리닉에 난청을 주소로 내원한 영유아 중 이경검사에서 정상 고막 소견을 보이고, 고막운동성 검사에서 A형인 23명(46귀)을 대상으로 전향적 연구를 시행하였다. 남자가 9명, 여자가 14명이었고, 연령 분포는 1개월에서 3세 1개월(평균 12개월)이었다.

방  법
   피검자에게 chloral hydrate(50 mg/kg)를 먹여 수면을 유도한 후 검사를 시행하였고, 검사동안 이비인후과 전공의가 아동의 호흡과 심박동을 감시하였다. 청성뇌간반응을 먼저 검사한 후 청성지속반응을 검사하였다.
   청성뇌간반응은 Viking IV(Nicolet Biomedical, USA)를 이용하여 기록하였다. 자극음으로 500 Hz와 1 kHz tone-pip음과 click음의 세 가지 음을 사용하였다. 자극과 기록 조건은 첫 번째 연구와 동일하게 하였다.
   청성지속반응은 Audera(Grason-Stadler, USA)를 이용하여 기록하였다. 자극음은 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz, 4 kHz의 네 가지 carrier frequency(CF)를 100% 진폭변조(amplitude modulation, AM), 10% 주파수변조(frequency modulation, FM)하였고 변조주파수(modulation frequency, MF)는 각각 74, 81, 88, 95 Hz로 하였다. 기록전극은 청성뇌간반응에서와 동일하게 하였다. 음자극에 의해 유발된 뇌파의 성분 중 자극음의 변조주파수와 동일한 주파수를 가진 성분의 phase를 분석하여, 16회에서 64회 자극 사이에 phase coherence의 p value가 0.03이하가 되면 반응이 있는 것(phase locked)으로 처리하고 64회까지 p value가 0.03에 이르지 못하면 반응이 없는 것(random)으로 처리하였다. 자극음을 10 dB 간격으로 상승시키다가 반응이 있으면 다시 5 dB 간격으로 낮추어 역치를 구하였다.
   500 Hz와 1 kHz 자극음에 대한 청성뇌간반응역치와 청성지속반응역치, click음에 대한 청성뇌간반응역치와 2 kHz 자극음에 대한 청성지속반응역치, 그리고 click음에 대한 청성뇌간반응역치와 2/4 kHz에서의 청성지속반응역치 평균을 서로 비교하여 두 검사역치의 상관관계를 알아보았다. 최고 강도의 음자극에서도 역치가 측정되지 않은 경우는 분석대상에서 제외하였고, 통계처리는 SPSS 통계프로그램을 이용하여 단순회귀분석하였다.

결     과

청성뇌간반응역치와 순음청력역치의 비교
   Tone-pip음에 대한 청성뇌간반응역치와 순음청력역치간의 상관계수는 500 Hz에서 0.98, 1 kHz에서 0.93 이었다. Click음에 대한 청성뇌간반응역치와 2 kHz 순음청력역치의 상관계수는 0.94 이었으며, click음에 대한 청성뇌간반응역치와 2/4 kHz 순음청력역치 평균과의 상관계수는 0.92 였다. 청성뇌간반응역치와 순음청력역치는 상관관계가 높은 것으로 나타나, 본원에서 시행되는 청성뇌간반응이 아동의 순음청력을 잘 반영하는 것으로 확인되었다(r≥0.92, p<0.0001)(Fig. 1).

청성뇌간반응과 청성지속반응의 역치 비교
   Tone-pip음에 대한 청성뇌간반응역치(Fig. 2)와 청성지속반응역치(Fig. 3)간의 상관계수는 500 Hz에서 0.93, 1 kHz에서 0.95 였다. 그리고 click음에 대한 청성뇌간반응역치와 2 kHz 청성지속반응역치간의 상관계수는 0.95 이었고, click음에 대한 청성뇌간반응역치와 2/4 kHz 청성지속반응역치 평균과의 상관계수는 0.96 이었다. 청성지속반응역치가 순음청력을 잘 반영하는 것으로 검증된 청성뇌간반응역치와 높은 상관관계를 보여, 청성지속반응이 영유아에서 신뢰할 수 있는 청력역치를 제공하는 것으로 나타났다(r≥0.93, p<0.0001)(Fig. 4).
   자극음의 주파수가 높을수록 두 역치의 상관계수가 높은 경향을 보였고, 자극음의 주파수가 높아질수록 두 검사역치의 차이가 작아지는 경향을 보였으나 통계적인 유의성은 없었다.

고     찰

   청성뇌간반응은 소리자극에 대해 청신경내에 포함되어 있는 각 신경섬유에서 방출되는 활동전위들의 정밀한 동시성(synchrony)이 있어야 기록되는 유발 전위이다. 청성뇌간반응에는 click음이 가장 널리 이용되는데, 이는 지속시간이 짧고 주파수 대역이 넓어 동시에 많은 수의 청신경세포를 자극할 수 있기 때문이다. 그러나 click음에 대한 청성뇌간반응은 주파수 특이성이 없이 2~4 kHz의 고주파수대의 청력만을 반영하므로 주파수별 청력역치를 알 수 없고, 특히 저주파수대의 청력을 알 수 없는 단점이 있다. 저주파수를 포함한 주파수별 청력역치를 알기 위해 짧은 지속시간의 toneburst음을 이용한 청성뇌간반응이 이용될 수 있다. Toneburst음이 주파수 특이성을 가지면서 유발반응을 일으키기 위해서는 nominal frequency가 적어도 1회 주기 이상 포함되고, 충분한 상승과 하강 시간을 가져야 하며, 동시에 자극의 지속시간이 짧아야 한다. 따라서 고주파수음에 비해 저주파수 toneburst음이 주파수 특이성을 나타내기 위해서는 자극음의 지속시간이 상대적으로 길어 질 수밖에 없고, 이 경우 기록되는 파형이 명확치 않아 숙련된 전문가가 아니면 역치 판독에 많은 어려움이 있다.³⁾⁷⁾ 최근 난청의 조기진단과 조기중재의 중요성이 강조되면서 영유아의 주파수별 청력역치를 알 필요가 있게 되어, 청성지속반응이 청성뇌간반응의 이러한 단점을 극복한 주파수 특이성을 가진 객관적인 청력검사로 주목받고 있다. 
   청성뇌간반응이 일시적인 음자극(transient acoustic stimulus)에 대한 청각전달로의 반응인데 비해, 청성지속반응은 지속적인 음자극(continuous acoustic stimulus)에 대한 청각전달로의 지속적인 반응으로, 초기에는 amplitude-modulation following response(AMFR), steady-state evoked potential(SSEP)등으로 명명되었다. 그러나 주파수를 변조하거나, 진폭과 주파수를 동시에 변조하는 경우에도 유발반응은 기록되며, somatosensory evoked potential (SSEP)과의 혼동을 피하기 위해 auditory steady-state response(ASSR)라는 용어로 통일되었다.
   지속적인 음자극에 대한 청각유발반응은 Galambos 등⁸⁾이 처음으로 보고하였다. 그들은 정상 청력을 가진 성인에게 40 Hz의 빈도로 음자극을 한 후 40 Hz의 sine wave를 기록하여 이를 40 Hz event-related potential(ERP)로 명명하였는데 이는 변조주파수 40 Hz의 청성지속반응에 해당한다. 40 Hz ERP는 순음청력역치 근처의 자극강도에서 파형이 나타나 객관적인 청력검사 도구로서의 가능성이 제기되었으나, 수면 혹은 마취 상태와 같은 각성 수준이 떨어지는 경우에는 파형이 잘 기록되지 않아 널리 이용되지 못하였다. Cohen 등⁴⁾이 어른에서 70 Hz의 빠른 빈도로 음자극을 하면 수면에 거의 영향을 받지 않고 유발반응을 기록할 수 있다고 보고하였고, Rickard 등⁵⁾과 Aoyagi 등⁶⁾은 자극빈도를 빠르게 하여 수면 중인 영유아에서 안정적으로 청성지속반응을 기록하였다. 본 연구에서도 70 Hz 이상의 빠른 자극빈도를 이용하여 수면 중인 영유아로부터 안정적인 청성지속반응을 기록할 수 있었다.
   청성지속반응을 유발하는데 이용되는 자극음은 변조음(modulated tone)이다. 음의 진폭을 변조할 수 있고(amplitude modulation, AM), 주파수를 변조할 수도 있으며(frequency modulation, FM), 진폭과 주파수를 동시에 변조(mixed modulation)할 수도 있다. 청성지속반응을 위한 자극음으로 초기에는 진폭변조음(amplitude modulated tone)을 이용하였으나, Cohen 등⁴⁾이 혼합변조(mixed modulation), 즉 진폭과 주파수를 함께 변조시킬 경우 진폭변조 단독보다 더 큰 진폭을 가진 반응을 얻을 수 있다고 보고한 이후로 혼합변조음이 주로 이용되고 있다. 본 연구에서는 100% 진폭변조, 10% 주파수변조의 혼합변조음을 자극음으로 이용하였다. 변조음의 장점은 기록 가능한 유발반응을 생성할 수 있다는 점과 좁은 주파수 범위(frequency spectrum)를 가지는 자극음을 만들어 주어 반응의 주파수 특이성에 기여한다는 점이다. 변조음의 실제 주파수 범위는 CF-MF에서 CF+MF까지로 CF에서 가장 큰 에너지를 가진다. 예를 들어 100% 진폭변조된 1000 Hz의 순음을 초당 80회의 빈도로 자극하면 CF는 1000 Hz이고, 변조주파수는 80 Hz가 되어 이 변조음의 주파수 범위는 920 Hz에서 1080 Hz까지로 매우 좁은 범위를 가지는 주파수 특이적인 자극음이 된다. 변조주파수가 낮을수록 더욱 주파수 특이적인 자극음이 생성되겠으나 전술한 바와 같이 변조주파수가 70 Hz이하가 되면 각성수준이 떨어질 경우 파형이 잘 기록되지 않아 영유아에게는 적용하기 어려운 단점이 있다. Lins와 Picton⁹⁾은 여러 주파수의 자극음(multiple simultaneous stimuli)을 변조주파수를 서로 다르게 하여 자극하면, 각 자극음에 대한 반응을 동시에 기록할 수 있어 검사시간을 단축할 수 있다고 하였다.
   이와 같은 변조음이 내이를 자극하면 청각전달로에서는 자극음의 변조주파수와 동일한 주파수를 가지는 뇌파가 생성되는데 이것을 기록한 것이 청성지속반응이다. 청성뇌간반응 등의 다른 유발반응의 경우 검사자의 주관적 판독에 의해 반응의 유무가 결정되는 반면, 청성지속반응에서는 자동화된 판독 알고리듬(automatic detection algorithm)이 반응의 유무를 결정한다. 청성지속반응에 이용되는 자동판독 알고리듬에는 phase coherence, magnitude squared coherence(MSC), 그리고 F-test 등이 있다.^{10)11)12)13)14)}
   Phase coherence^10)11)12)를 이용하는 방식은 phase(변조음 자극 후 뇌파 반응까지의 시간)들이 일치하면 반응이 있는 것으로, phase들이 일치하지 않으면 반응이 없는 것으로 처리하는 방식이다. 자극음에 의해 생성된 뇌파를 fast Fourier transformation(FFT)방식으로 분석하여 자극음의 변조주파수와 동일한 주파수의 뇌파 성분을 찾아 phase를 측정한다. phase의 일치하는 정도(phase coherence)가 음자극이 없을 때의 phase 분포와 통계적으로 유의한 차이가 있을 때 반응이 있는 것으로 처리되는데 이 통계분석은 자극이 주어지는 동안 실시간으로 처리된다. 반응의 phase 정보만을 이용하는 phase coherence 방식에 비해 MSC 방식은 phase와 amplitude를 함께 분석하는 방식이다. 즉 phase가 일치하고 amplitude가 클수록 MSC 값은 증가하는데, 반응의 MSC 값이 클수록 반응이 있을 확률은 높아지며 통계처리를 통해 반응의 유무가 결정된다.¹⁰⁾¹³⁾ F-test 방식은 자극음의 변조주파수와 동일한 주파수를 가진 뇌파성분의 진폭이 변조주파수보다 60 Hz 위, 아래 주파수의 뇌파성분의 진폭과 통계적으로 유의한 차이가 있으면 반응이 있는 것으로 처리하는 방식이다.¹⁴⁾ 이러한 자동화된 판독 알고리듬으로 인해 청성지속반응은 비숙련된 검사자에 의해서도 검사가 가능하며, 검사자의 주관이 배제되어 객관성을 높일 수 있는 장점이 있다. 본 연구에 사용된 Audera기기는 phase coherence 방식을 채택하고 있으며, p value가 0.03 이하일 경우 반응이 있는 것으로 처리하고 있다.
   청성지속반응의 발생기원(neural generator)은 자극음의 변조주파수에 따라 달라지는 것으로 알려져 있다. 청성지속반응의 phase로부터 반응의 잠복기를 계산할 수 있는데, 청성지속반응의 잠복기가 이미 발생기원이 밝혀진 다른 유발반응의 잠복기와 유사할 경우 발생기원이 동일한 것으로 생각할 수 있다. 변조주파수가가 20 Hz이하일 경우에는 후기반응에서처럼 일차청각피질과 연합피질이, 20~60 Hz일 경우에는 청성중간반응에서처럼 중뇌, 시상, 일차청각피질이, 그리고 60 Hz 이상일 때는 뇌간이 발생기원으로 추정된다.¹⁵⁾
   청성지속반응역치는 순음청력역치와 상관관계가 높고, 순음청력역치를 예측하는 데 있어 청성지속반응과 청성뇌간반응 두 가지 검사간에 유의한 차이가 없는 것으로 보고되고 있다.^15)16)17)18) Rance 등¹⁶⁾은 변조주파수 90 Hz의 혼합변조음을 사용하여 청성지속반응을 기록한 결과, 순음청력역치와의 상관계수가 250 Hz에서는 0.96, 2000 Hz와 4000 Hz에서는 0.99로 높게 나타났고, 난청의 정도가 심하고 자극음의 주파수가 높을수록 두 가지 역치의 차이는 작았다고 보고하였다. Dimitrijevic 등¹⁷⁾도 다발성 청성지속반응(multiple ASSR)을 이용한 청력검사 결과, 청성지속반응역치가 순음청력역치와 높은 상관관계(r≥0.85)를 보여, 청성지속반응역치로 순음청력역치를 예측할 수 있다고 하였다. 그리고 Aoyagi 등¹⁸⁾과 Cone-Wesson 등¹⁵⁾은 동일 피검자에 대해 청성지속반응과 청성뇌간반응의 두 가지 객관적 청력검사의 역치와 순음청력역치를 비교한 결과, 두 가지 객관적 검사역치와 순음청력역치는 높은 상관관계가 있으며, 순음청력역치를 예측하는 데 있어 두 가지 검사간에 유의한 차이가 없다고 보고하였다. 본 연구에서도 청성지속반응역치는 순음청력을 잘 반영하는 것으로 검증된 청성뇌간반응역치와 상관관계가 높은 것으로 나타났다.
   청성지속반응은 청성뇌간반응에 비해 다음 몇 가지 장점이 있어 객관적 청력검사 도구로서 기대되는 바가 크다. 청성지속반응에 이용되는 변조음은 청성뇌간반응에 이용되는 click 혹은 toneburst음에 비해 주파수 특이성이 높고, 자동화된 역치 판독 알고리듬을 채택하고 있어 역치 판독에 객관성을 기할 수 있다. 또한 청성지속반응은 청성뇌간반응보다 출력한계가 높아 청성뇌간반응에서는 반응이 나타나지 않아도 청성지속반응에서는 잔청을 확인할 수 있는 경우가 많다.¹⁹⁾²⁰⁾

결     론

   본 교실에서 시행되는 청성뇌간반응은 영유아의 순음청력을 잘 반영하는 것으로 검증되었고, 영유아에서 청성뇌간반응역치와 청성지속반응역치가 높은 상관관계를 보여 청성지속반응이 영유아에서 신뢰할 수 있는 청력역치를 제공하는 것으로 나타났다. 청성지속반응은 전 주파수에 걸쳐 주파수 특이적인 청력정보를 제공하고 자동화된 역치 측정 방식을 채택하고 있어 비숙련자에 의해서도 검사가 가능한 장점이 있으므로 향후 영유아 난청의 진단과 재활에 크게 기여할 것으로 사료된다.

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