객관적인 이명 진단 연구를 위한 청성 유발 반응 측정 시스템 개발

Abstract

이명 환자의 진료에 있어 어려운 문제 중 하나는 객관적인 진단 방법이 없다는 점이다. 이를 해결하기 위해 2006년 Tunner등은 이명과 유사한 배경 음을 들려주고 큰 펄스 음으로 놀람 반응을 유발하는 펄스 전 간격법을 제시하였다. 이는 펄스 음 전 무음구간의 유무에 따라 놀람 반응의 크기를 비교하여 동물의 이명 유무를 진단하는 방법이다. 그러나 동물의 이명 연구에서는 행동학적 반응의 크기를 측정하기 때문에 사람에게 직접 적용하기에는 부적합하다. 따라서 본 논문에서는 펄스 전 간격법을 이용한 사람의 놀람 반응 측정을 청성 유발 반응을 통해 분석하는 것을 제안하였다. 이는 이명의 원인이 청각 중추 신경계의 비정상적인 활동이라는 가설과 청각 놀람 반응과 청성 유발 반응이 동일한 신경경로를 공유한다는 점에 착안한 것이다. 본 논문에서는 객관적인 이명 진단 연구를 위해 펄스 전 간격법에 따른 청성 유발 반응을 측정하는 시스템을 개발하였다. 배경 음의 크기 및 주파수, 무음 구간의 유무 및 길이, 펄스 음 전 길이, 펄스 음의 종류와 같은 다양한 변수를 가지는 펄스 전 간격법의 소리 자극을 자유롭게 설정하여 출력할 수 있게 하였다. 또한 1µV 이하의 매우 작은 크기를 갖는 청성 유발 반응을 측정하기 위해 저잡음 아날로그 및 디지털 회로를 구현하였다. 개발된 시스템을 통해 소리 자극 후 반응시간에 따라 크기와 주파수 대역폭이 다른 청성 유발 반응을 간단하게 시스템의 증폭률 및 필터 대역폭 변경만으로 모두 측정 가능하였다. 또한 펄스 전 간격법을 이용한 청성 유발 반응 측정 시 가장 큰 문제는 측정시간이 길어진다는 점이다. 일반적으로 0.1~10µV의 신호를 측정하기 위해 수백 혹은 수천 번의 소리 자극을 반복하여 측정하고 평균화를 통해 측정 시 발생하는 잡음을 제거한다. 펄스 전 간격법에서는 소리 자극의 주기가 1Hz 미만으로 낮아져 측정시간이 길어지면서 측정 시 환자의 불편함을 초래하며 잡음 유입 확률이 높아진다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 현재까지 평균화된 신호에 가중치를 부여하는 적응 평균화 알고리즘을 개발하여 기존 단순 평균화 알고리즘에 비해 측정시간을 70% 수준으로 단축할 수 있음을 보였다.

One of difficulties in a tinnitus treatment is the absence of objective diagnosis. In order to solve this problem, in 2006, Tunner et al. proposed a method that causes a startle reflex with large pulse sound following tinnitus-liked background sound. This method compares the startle reflex magnitude according to the existence of gap region for a tinnitus diagnosis of animals. However, it is inappropriate to apply this paradigm to a human, because the tinnitus research for animal measures its magnitude of behavioral response. Therefore, this thesis suggests the analysis of auditory evoked response as the startle reflex of human using prepulse gap paradigm method. The idea is inspired by the most reliable hypothesis on a cause of tinnitus, which is abnormal activity of the auditory central nervous system, and by the fact that the auditory evoked response shares the same neural pathways with the acoustic startle reflex. This thesis presents the development of a system that measures auditory evoked response in accordance with prepulse gap paradigm method for an objective tinnitus diagnosis. The various parameters used in prepulse gap paradigm method can be configurable. Also, low noise analog and digital circuits are implemented for measuring very small size auditory evoked response, less than 1μV. Using the developed system, the auditory brainstem response and the auditory cortical response can be measured by simply adjusting gain and bandwidth of filters. This thesis also includes the developments of the adaptive weighted averaging algorithm to reduce the measurement time. In general auditory evoked response measurement, the acoustic stimuli are repeated from hundreds to thousands times and the measured signals are averaged to extract the auditory evoked response from the relatively large background noise. The prepulse gap paradigm method decreases the frequency of auditory stimulation by less than 1 Hz, resulting inefficiently long measurement time. This long measurement time causes discomfort with patients which could increase the noise in the signal. In this thesis, adaptive weighted algorithm was applied on the measured signal and the result demonstrated that measurement time can be reduced up to 70 percent compared to conventional ensemble averaging method.