KR101185341B1

KR101185341B1 - 전기생리학 기반의 와우소실영역 검출 장치 및 이를 이용한 와우소실영역 검출을 위한 정보 제공 방법

Info

Publication number: KR101185341B1
Application number: KR1020100129709A
Authority: KR
Inventors: 홍성화; 권세윤
Original assignee: 사회복지법인 삼성생명공익재단
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-09-21
Also published as: WO2012081769A1; EP2651297A1; EP2651297A4; CN103384494A; CN103384494B; KR20120068199A; US20140371623A1

Abstract

본 발명은 전기생리학을 기반으로 둔 와우소실영역을 객관적으로 검출하는 장치 및 이를 이용하여 와우소실영역 검출을 위한 정보를 제공하는 방법을 제공한다. 보다 상세하게 자극음을 생성할 수 있는 자극음 생성부; 상기 자극음에 따른 ACC(Acoustic Change Complex)를 측정하는 ACC 측정부를 포함하는 제어부를 포함하는, 와우소실영역(Cochlea Dead Region, DR) 검출 장치를 제공한다.

Description

전기생리학 기반의 와우소실영역 검출 장치 및 이를 이용한 와우소실영역 검출을 위한 정보 제공 방법{Electrophysiological based threshold equalizing test device and method for providing information about cochlea dead region using the same}

본 발명은 전기생리학을 기반으로 와우소실영역을 객관적으로 검출하는 장치 및 이를 이용하여 와우소실영역 검출을 위한 정보를 제공하는 방법에 관한 것이다.

최근 선천적 또는 후천적인 청각 손실에 대한 많은 문제가 제기되고 있다. 급격한 고령화 및 산업화의 결과로 인한 난청의 문제는 의료 및 복지 분야에서 해결되어야 할 하나의 키워드로 부각되는 실정이다.

노인층뿐만 아니라 젊은 층에서도 MP3 플레이어나 PMP와 같은 휴대용 IT 음향 재생 기기의 발전 및 소음 환경의 영향으로 큰 소리의 음악이나 소음에 노출되는 경우가 많아 소음 신경성난청의 비율이 높아져 사회적 문제점으로 나타나고 있다.

난청의 대표적인 현상인 와우청력손실(cochlear hearing loss)은 와우 내의 유모세포(hair cell) 손상과 관련이 있고, 이러한 손상은 아래와 같은 두 가지 방식으로 청력 손실을 일으킨다.

첫째로, 대부분의 감각신경성 난청의 원인인 외유모세포(outer hair cell)의 손상이다. 이로 인해 와우의 능동적인 메커니즘(active mechanism)이 손상되어 기저막(basilar membrane)의 움직임이 정상보다 작아지게 되어 주파수 선택성(frequency selectivity)이 떨어지는 결과를 수반한다. 비교적 언어 변별력은 유지한다.

둘째로, 내유모세포(inner hair cell)의 손상이다. 이로 인해 청각 중추(primary auditory cortex)로 전달되는 신호의 효율성을 감소시키는 결과를 초래하며 특히 언어 변별력이 크게 떨어지고 소음이 있을 경우 소음으로부터 신호를 구분하는 능력이 더욱 떨어진다. 일반적인 보청기 알고리즘으로는 소음에서의 신호구분 능력을 개선시키지 못 한다.

내유모세포가 완전히 소실되어 제 기능을 하지 못하는 위치는 와우소실영역(Cochlea Dead Region, DR)이라 지칭된다. 와우소실영역에 대한 그림 및 도면이 도 1a 및 도 1b에 도시된다. (Brian C.J. Moore. (2009). Hearing Journal (Volume 62, Issue 3) 10-14.)

와우소실영역에서는, 내측의 내유모세포와 신경들이 해당 주파수 특성(characteristic frequency, CF) 범위의 자극에 대해 신경활동을 일으키지 못하여 해당 음자극 정보가 청성대뇌피질(primary auditory cortex)로 전달되지 않는 특성을 보인다.

와우소실영역은 다음과 같이 구분할 수 있다.

첫째로, 고주파 와우소실영역(High frequency Dead region)이다. 가장 흔하게 보고가 되고 있으며, 주로 와우 기저부의 기부(basal end) 쪽에서 발생한다. 노화 및 강력한 소음(예를 들어, 총성(gunshot), 폭발음(explosions))으로 인한 소상이 가장 큰 원인으로 보고된다.

둘째로, 저주파 와우소실영역(Low frequency Dead region)이다. 드물게 나타나지만, 와우 기저부의 정부(apical end) 쪽에서 발생한다. 메니에르병(Meniere's Disease)의 진행으로 인해 발생이 된다고 보고된다.

마지막으로, 특정 영역 와우손실(Patch Dead region)이다. 특정 영역의 와우 기저부에서 나타나는 특성을 보이며, 다양한 요인(예를 들어, 유전적 요인(genetic factors), 감염(infection), 자가면역질환(autoimmune disease), 독성제제나 항암제에 노출(exposure to toxic agents - anti cancer drug))이 있다고 보고된다.

기존의 순음청력검사방법(pure tone audiometry)으로는 와우 내 기저부의 내/외유모세포의 소실영역을 파악하기는 실험적 한계가 있다. 이에 와우소실영역을 확인하기 위한 새로운 검사 방법으로서 청력역치등가소음(Threshold Equalizing Noise, TEN)을 이용한 차폐검사법(이하, "TEN 테스트")이 이용된다. 도 2a 및 2b는 기존의 청력역치등가소음의 스팩트럼을 도시하며, 도 3은 기존의 TEN 테스트 장치를 도시한다.

청력역치등가소음이란 정상 청력을 가진 성인을 대상으로 250Hz에서 10000Hz까지 차폐소음(masking noise) 대비 순음(pure tone)의 역치를 기반하여 얻어진 스펙트럼으로서, 정상 청력인의 청각 필터(auditory filter)의 ERB_N(equivalent rectangular bandwidth noise)를 기반으로 제작된 것이다.

도 3을 참조하여, 기존의 TEN 테스트 장치 및 검사 방법을 설명하면 다음과 같다. 기존의 이비인후과 외래에서 일상적으로 수행되는 순음 테스트와 유사한 순서로 진행된다.

청력역치등가소음이 녹음된 CD 음원(11)을 준비한다. CD 플레이어(10) 및 청력계(12)를 통하여 CD 음원(11)에 녹음된 청력역치등가소음을 피검자(1)에게 들려준다. 피검자(1)는 청력역치등가소음을 듣고 적절한 응답을 한다.

청력역치등가소음의 레벨은 순음청력역치에 비해 약 10dB 이상으로 결정하며, 2dBHL 단계 레벨로 순음을 조정하여 차폐역치를 얻어낸다. 각 주파수별(예를 들어, 0.5, 1, 2, 4, 8kHz) 차폐역치를 측정하여 차폐청력도(masked audiogram)에 기입하여 이를 비교하며, 차폐역치가 절대역치보다 10dBHL 이상인 경우 해당 부분을 와우소실영역이라 판단한다.

이와 같은 기존의 TEN 테스트 장치 및 방법은 진단이 비교적 쉽고 간단하나, 자극음에 대한 피검자의 행동학적 반응(behavioral response)에 의존한 주관적인 검사법이기 때문에 검사 절차에 관한 이해가 부족한 고령 노인이나 영유아에서의 검사에는 상당한 문제가 있다.

이에, 본 발명은 검사 절차에 관한 이해가 부족한 고령의 노인이나 영유아에 대한 기존의 TEN 테스트의 제한을 극복할 수 있는 새로운 장치 및 방법을 제안하고자 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 자극음(stimulus)을 생성할 수 있는 자극음 생성부, 상기 자극음에 따른 ACC(Acoustic Change Complex)를 측정하는 ACC 측정부를 포함하는 제어부를 포함하는, 와우소실영역(Cochlea Dead Region, DR) 검출 장치를 제공한다.

또한, 상기 자극음은 청력역치등가소음인 것이 바람직하며, 상기 자극음은 TEN 노이즈(TEN noise)와 순음을 포함하는 것이 보다 바람직하며, 상기 순음은 상기 TEN 노이즈 중 일부에 포함되는 것이 특히 바람직하다.

또한, 상기 와우소실영역 검출 장치는, 일측이 상기 자극음 생성부에 연결되고 타측이 해드폰에 연결되는 청력계; 일측이 상기 ACC 측정부에 연결되는 증폭기; 및 상기 제어부와 연동하는 출력부 및 입력부를 더 포함하며, 그리고 상기 출력부는 상기 자극음 및 상기 자극음에 따라 측정된 ACC를 주파수별로 출력할 수 있으며, 상기 입력부는 주파수별로 상기 자극음을 선택할 수 있는 것이 바람직하다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 (a) 주파수별로 상기 자극음이 선택되는 단계; (b) 주파수별로 상기 자극음에 따른 ACC가 측정되는 단계; 및 (c) 상기 주파수별로 측정된 ACC에 의해 와우소실영역이 판정되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 와우소실영역 검출을 위한 정보 제공 방법을 제공한다.

또한, 상기 (c) 단계는, (c1) 상기 자극음의 절대역치를 연산하는 단계; (c2) 상기 주파수별로 측정된 ACC의 청력등가소음차폐역치를 연산하는 단계; 및 (c3) 상기 절대역치와 상기 주파수별 청력등가소음차폐역치를 비교하여 와우소실영역이 판정되는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

여기에서, 상기 (c3) 단계는, 상기 청력등가소음차폐역치 중 상기 절대역치보다 10dBHL 이상인 주파수 영역이 와우소실영역으로 판정되는 단계인 것이 보다 바람직하다.

전기생리학을 기반으로 둔 와우소실영역을 검출하는 장치 및 방법은 국내외 통틀어 전무한 상태이기에, 본 발명은 와우소실영역을 평가 할 수 있는 유일하고 객관적인 장치 및 방법이 될 것이다.

본 발명에 의하여, 행동학적 반응을 얻기 힘든 영유아 및 고령 노인에서의 난청 보상과 관련된 향후 임상적 카운셀링 및 인공와우(cochlear implant) 시술 적용에 대한 객관적 임상 자료를 제시할 수 있기에, 기존의 행동학적 반응에 기반한 검사 방법의 한계를 극복한 장치 및 방법이라 할 수 있다.

또한, 보청기 처방과 관련하여 와우소실영역 주변의 와우활동영역을 활용한 최적의 보청기 적합법(hearing aids fitting method)을 제시할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 장치 및 방법을 응용함으로써, 행동학적 검사에 제한이 있는 환자군에서의 와우소실영역 검출이 가능하며 이에 기반한 임상적 처치 및 치료 전략이 다양하고 고려될 수 있다. 또한, 고령의 난청 환자에 대한 카운셀링 및 난청 보상 전략에 대한 임상적 활용이 가능하며, 특히 영/유아의 와우소실영역 검출은 인공와우 및 보청기 처방 결정에 대한 중요한 임상전략 접근 방법을 제공할 수 있다.

도 1a 및 1b는 와우소실영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 2b는 청력역치등가소음의 스팩트럼을 도시한다.
도 3은 종래의 TEN 테스트 장치를 도시한다.
도 4는 ACC를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 TEN 테스트 장치를 도시한다.
도 6은 자극음의 스팩트럼을 도시한다.
도 7a 내지 7d는 TEN 테스트 결과를 도시한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에서는 와우소실영역을 검출하기 위해 ACC를 활용하고자 한다.

청성대뇌피질유발전위(cortical auditory evoked potential)의 한 부분인 P1-N1-P2 컴플렉스(complex)는 정상인 및 난청인의 소리자극에 대한 신경유발반응을 통하여 청력 및 신경언어장애의 정도를 판단할 수 있는 검사방법으로 잘 알려져 있다.

ACC(Acoustic Change Complex)란 P1-N1-P2 컴플렉스와 유사한 특징을 보이지만 자극음 내의 청각피쳐(acoustic feature) 변화에 의해 대뇌피질반응(cortical response)이 나타나는 것에 차이가 있다.

도 4는 /ui/ 음에 대한 반응을 도시한 그래프이다. /u/에 반응하는 첫 번째 파형이 P1-N1-P2 컴플렉스로 나타나고 진행되는 음의 변화 지점 /i/에서 나타나는 두 번째 파형이 ACC로 나타난다. 이와 같이 ACC는 음성 언어의 포맷과 같은 청각 파라미터(acoustic parameter)의 변화 및 주파수(frequency), 강도(intensity)의 변화에 매우 민감하게 반응하여, 피검자의 지각 능력과 밀접한 관계가 있다. (Martin, B. A. & Boothroyd, A. (1999). Cortical, auditory, event-related potentials in response to periodic and aperiodic stimuli with the same spectral envelope. Ear and Hearing, 20(1), 33-44.)

이에 따라 본 발명은 ACC를 활용한 TEN 테스트 장치를 제안하고자 한다.

도 5를 참조하여 본 발명에 따른 TEN 테스트 장치를 설명한다.

제어부(100)는 자극음 생성부(110)와 ACC 측정부(120)로 이루어진다. 제어부(100)는 데이터를 처리하고 저장할 수 있는 매체면 족하며, 자극음 생성부(110)와 ACC 측정부(120)는 설명을 위한 기능에 따른 구분일 뿐이며 반드시 그 기능이 구분되거나 정보 처리 장치가 구분되어야 하는 것은 아님에 주의한다. 또한, 자극음의 "생성"은 제어부(100)가 자극음을 만드는 것뿐만 아니라 외부 기억 매체를 통해 자극음을 임포트하는 것도 포함하는 개념으로 이해되어야 한다.

자극음인 청력역치등가소음은 자극음 생성부(11)에서 생성된다. 자극음 생성부(11)에서 생성된 자극음을 청력계(200) 및 해드폰 등을 통하여 피검자(1)에게 들려줄 수 있다.

전기생리학 측정을 위하여 수정된 TEN 자극음(modified TEN stimulus)을 사용한다. 자극음은 TEN 노이즈(TEN noise)와 순음으로 이루어진다. 예를 들어 전기생리학적 검사방법에 기반한 와우소실영역 검출을 위한 TEN 노이즈는 총 2초의 지속시간(duration)을 가지며 앞의 1초 동안은 특정 순음이 포함되지 않고 나머지 1초 동안은 해당 영역의 순음이 포함될 수 있다. TEN 노이즈 대비 순음의 레벨은 2~5dBHL으로 변화하며 측정할 수 있다.

도 6을 참조하여 자극음의 일 실시예를 설명한다. 각각의 그래프에서 검은색 삼각형은 순음을 의미하며, 좌측 그래프는 시간 대비 진폭(amplitude), 우측 그래프는 시간 대비 주파수(frequency)를 나타낸다. 순음은 1초 후 포함된다. 맨 위에서부터 0, +4, +8, +12dB의 1kHz 순음 레벨이 TEN 노이즈에 포함된다. TEN 노이즈 속의 순음 레벨이 커질수록 1초 후의 스펙트럼 영역(spectral domain) 상의 1kHz 주파수 성분이 뚜렷하게 나타남을 확인할 수 있다.

피검자(1)의 ACC는 증폭기(300)를 거쳐 제어부(100)의 ACC 측정부(120)에서 측정된다. 따라서, 종래의 TEN 테스트와 달리 피검자(1)가 별도의 반응을 보이지 않아도 객관적인 응답이 측정될 수 있다.

ACC 측정부(120)는 증폭기(300)를 거친 ACC를 측정할 수도 있으며, 측정된 결과를 분석할 수 있다.

예를 들면, 행동학적 반응이 가능한 정상인의 그룹을 종래의 TEN 테스트와 병행하여 테스트함으로써 데이터를 획득한 이후, 난청인의 피검자 그룹간의 행동학적 및 전기생리학적 검사 결과에 대한 변이 정도에 따른 평균 비교 검정(paired t-test, Wilcoxon's signed rank test) 및 분포비교검정을 이용하여 분석함으로써 별도의 행동학적 반응 없이도 피검자의 테스트 결과를 객관적으로 획득할 수 있다.

제어부(100)는 출력부(130)와 입력부(140)와 연동한다. 출력부(130)는 실험에 사용되는 자극음을 도시하거나 측정된 ACC를 그래프로서 도시할 수 있다. 입력부(140)를 통해 자극음을 선택하거나 자극음을 피검자(1)에게 들려주거나 실험 결과를 분석할 수 있는 명령어를 선택할 수 있다. 또한, 입력부(140)를 통해 기존의 순음청력검사방법에 의한 결과가 입력되어 본 발명에 따른 장치에 의한 결과와 함께 출력되고 비교될 수 있다.

도 7a 내지 7d는 종래 기술에 따른 행동학적 TEN 테스트에 의한 결과를 도시한 차폐청력도인데, 본 발명에 따른 장치를 이용하여 출력부(130)를 통해 도시되도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 장치를 이용하여 와우소실영역을 측정하기 위해, 먼저 입력부(140)를 통하여 주파수별로 자극음을 선택하여 준비한다. 상기 단계에서 주파수별 자극음의 절대역치가 연산될 수 있다.

다음, 제어부(100)를 조작하여 주파수별 자극음을 피검자(1)에게 들려주면, 이에 따른 피검자(1)의 ACC가 ACC 측정부(120)를 통하여 측정된다. 주파수별로 측정된 ACC에서 주파수별 등가소음차폐역치가 연산될 수 있다.

다음, 주파수별 절대역치와 등가소음차폐역치를 비교함으로써 와우소실영역을 판정한다. 보다 상세하게, 등가소음차폐역치 중에 절대역치보다 10dBHL 이상인 부분의 주파수 영역은 와우소실영역으로 판정된다.

예를 들어, 고주파수에서 등가소음차폐역치가 절대역치보다 10dBHL 이상이고 저주파수에서는 그렇지 않다면, 고주파수 영역에 와우소실영역이 존재하며 저주파수 영역에는 그렇지 않음으로 판정된다.

도 7a 내지 7d를 참조하여 예를 들어 설명한다. 본 발명에 따른 실험 결과(그래프 하층 녹색)와 기존의 순음청력검사방법에 의한 검사 결과(그래프 상측 적색원)를 함께 도시한다. 본 발명에 따른 실험 결과는, 자극음을 통해 계산된 절대역치와, ACC 측정 결과를 통해 분석된 등가소음차폐역치를 포함한다.

기존의 순음청력검사에 의해 도 7a의 피검자는 정상청력인으로 검사되었으며, 도 7b 내지 7d의 피검자는 난청인으로 검사되었다.

도 7a에 도시된 결과에 따르면, 등가소음차폐역치 중에 절대역치(50dBHL)보다 10dBHL 이상인 부분(즉, 60dBHL 이상인 부분)이 없었기에, 정상청력인으로서 와우소실영역이 없음으로 판정되었다.

도 7b에 도시된 결과에 따르면, 등가소음차폐역치 중에 절대역치(85dBHL)보다 10dBHL 이상인 부분(즉, 95dBHL 이상인 부분)이 없었기에, 난청인으로서 와우소실영역이 없음으로 판정되었다.

도 7c에 도시된 결과에 따르면, 고주파수(1.5kHz 이상)에서 등가소음차폐역치 중에 절대역치(85dBHL)보다 10dBHL 이상인 부분(즉, 95dBHL 이상인 부분)이 확인되기에, 고주파수 영역이 와우소실영역으로 판정되었다. (고주파 와우소실영역)

도 7d에 도시된 결과에 따르면, 저주파수(1.5kHz 이하)에서 등가소음차폐역치 중에 절대역치(80dBHL)보다 10dBHL 이상인 부분(즉, 90dBHL 이상인 부분)이 확인되기에, 저주파수 영역이 와우소실영역으로 판정되었다. (저주파 와우소실영역)

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 피검자
10: CD 플레이어
11: CD 음원
12: 청력계
100: 제어부
110: 자극음 생성부
120: ACC 측정부
130: 출력부
140: 입력부
200: 청력계
300: 증폭기

Claims

자극음(stimulus)을 생성할 수 있는 자극음 생성부와 상기 자극음에 따른 ACC(Acoustic Change Complex)를 측정하는 ACC 측정부를 포함하는 제어부;
일측이 상기 자극음 생성부에 연결되고 타측이 해드폰에 연결되는 청력계;
일측이 상기 ACC 측정부에 연결되는 증폭기; 및
상기 제어부와 연동하는 출력부 및 입력부;
를 포함하며, 그리고
상기 출력부는 상기 자극음 및 상기 자극음에 따라 측정된 ACC를 주파수별로 출력할 수 있으며, 상기 입력부는 주파수별로 상기 자극음을 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는,
와우소실영역(Cochlea Dead Region, DR) 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 자극음은 청력역치등가소음(Threshold Equalizing Noise, TEN)인 것을 특징으로 하는,
와우소실영역 검출 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 자극음은 TEN 노이즈(TEN noise)와 순음(pure tone)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
와우소실영역 검출 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 순음은 상기 TEN 노이즈 중 일부에 포함되는 것을 특징으로 하는,
와우소실영역 검출 장치.
삭제
자극음(stimulus)을 생성할 수 있는 자극음 생성부와 상기 자극음에 따른 ACC(Acoustic Change Complex)를 측정하는 ACC 측정부를 포함하는 제어부
를 포함하는 와우소실영역 검출 장치를 이용하여 와우소실영역 검출을 위한 정보 제공 방법으로서,
(a) 주파수별로 상기 자극음이 선택되는 단계;
(b) 주파수별로 상기 자극음에 따른 ACC가 측정되는 단계; 및
(c) 상기 주파수별로 측정된 ACC에 의해 와우소실영역이 판정되는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
와우소실영역 검출을 위한 정보 제공 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
(c1) 상기 자극음의 절대역치를 연산하는 단계;
(c2) 상기 주파수별로 측정된 ACC의 청력등가소음차폐역치를 연산하는 단계; 및
(c3) 상기 절대역치와 상기 주파수별 청력등가소음차폐역치를 비교하여 와우소실영역이 판정되는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
와우소실영역 검출을 위한 정보 제공 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 (c3) 단계는, 상기 청력등가소음차폐역치 중 상기 절대역치보다 10dBHL 이상인 주파수 영역이 와우소실영역으로 판정되는 단계인 것을 특징으로 하는,
와우소실영역 검출을 위한 정보 제공 방법.