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Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery > Volume 43(8); 2000 > Article
Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 2000;43(8): 813-819.
The Effect of Middle Ear Effusion on Otoacoustic Emissions.
Sang Won Yeo, Shi Nae Park, Sung Moon Youn, Chi Jun Song, Byung Do Suh
Department of Otolaryngology-HNS, The Catholic University of Korea, College of Medicine, Seoul, Korea. snparkmd@cmc.cuk.ac kr
중이 삼출액이 이음향방사에 미치는 영향
여상원 · 박시내 · 윤성문 · 송치준 · 서병도
가톨릭대학교 의과대학 이비인후과학교실
주제어: 중이 삼출액이음향방사Input-output function curve.
ABSTRACT
BACKGROUND AND OBJECTIVES:
The transmission properties of the middle ear directly influence otoacoustic emissions (OAEs) which are transmitted from the cochlea to the ear canal via middle ear. The purpose of this study is to evaluate the effects of middle ear effusion (MEE) on detectability of various OAEs and to assess the potential applicability of DPOAE measurements in monitoring the middle ear status.
MATERIALS AND METHOD:
Spontaneous otoacoustic emissions (SOAEs), transiently evoked otoacoustic emissions (TEOAEs) and distortion product otoacoustic emissions (DPOAEs) were recorded for 44 normal ears and 32 ears with MEE. DPOAEs were collected in two basic forms consisting of distortion product audiograms(DPgrams) and input-output (I-O) functions, elicited by two primary tones fl and f2 with varying geometric mean frequencies between 1-6 kHz.
RESULTS:
SOAEs were absent in 21 ears of 32 ears with MEE, TEOAEs were diminished in 28 ears with MEE, and DPgrams were eliminated in 17 ears with MEE. I-O function curves at 3 kHz and 4 kHz were significantly diminished by equal levels of fl and f2 primary tones of 45 & 55 dB SPL under the condition of MEE (p<0.05).
CONCLUSION:
The results suggest that MEE affects the detectability of various OAEs and that the DP I-O function curve measurement at 3 and 4 kHz may be valuable to monitor the middle ear status in pediatric patients.
Keywords: Middle ear effusionOtoacoustic emissionInput-output function curve

서     론


   1948년 Gold 등1)은 기저막 운동성을 증가시키는 와우 내의 기계적 되먹이기 시스템의 존재를 발표하였으며, 이음향방사의 존재를 예상하였다. 그 후 1978년 Kemp2)가 외이도에 소형 마이크로폰을 놓고 자극음을 가한 뒤, 이 자극음의 소멸 후 수 msec부터 나타나는 약한 음향 성분이 있다는 사실을 처음 보고한 후 와우 생리를 이해함에 있어 많은 발전이 있어왔다.
   이음향방사는 외유모 세포의 수축, 진동과 같은 능동적 기전에 의하여 발생되어 그 진동파가 이소골, 고막을 통하여 외이도에 전달되어 나타나므로 와우 자체의 이음향방사 생성 과정에서의 이상 뿐 아니라 중이의 음전도의 변화도 외이도에서 측정되어지는 이음향방사를 변화시킨다. 중이 음전도도를 저하시키는 것으로 중이 삼출액과 중이내 음압 형성이 있으며, 여러 저자들은 중이내 압력 변화를 유발하여 이음향방사의 변화를 보고한 바 있다.3-5) 특히, 중이 삼출액과 중이내 음압 형성은 중이의 탄성(elasticity)을 변화시켜 2 kHz 이내의 낮은 주파수대의 음전달을 억제함이 알려져 있다.3)4)6-8)
   그러나 이러한 중이 및 와우상태와 이음향방사 검사 결과 사이의 연관성에 관한 많은 연구에도 불구하고 DPOAE의 input-output function curve(I-O function curve)의 역할에 대해서는 아직 연구가 미흡하여 그 결과를 해석함에 있어 많은 논란의 여지가 있다. 따라서 저자들은 본원 이비인후과 외래를 방문한 소아들을 대상으로 고막의 이학적 검사와 고막운동성 계측도 검사를 시행하여 중이상태를 평가한 후 한 시점에서 다양한 이음향방사(SOAE, TEOAE and DPOAE)를 동시에 시행하여 이들 검사간의 연관성을 확인하고, 중이 상태가 이들 이음향방사에 미치는 영향을 관찰함과 동시에 중이상태의 평가 및 청력 평가에 대한 I-O function curve의 역할을 살펴보고자 하였다.

대상 및 방법


연구 대상

   본 연구는 이통, 귀울림, 이충만감, 코막힘 및 심한 코골이 등을 주소로 강남성모병원 이비인후과 외래를 방문한 43명 환아 중 소이증 1귀를 제외한 85귀를 대상으로 하였다. 대상 아동은 남아 28명, 여아 15명이었으며, 연령분포는 2세에서 11세로 평균연령 5.3세 였다.
   먼저 대상자들은 현미경하 이경 검사를 통한 고막 소견 관찰과 Impedence audiometer RS-20(RION, Japan)를 이용한 고막운동성 검사 계측을 시행하였고, 순음청력검사가 가능한 3세 이상의 소아에서는 Pure tone audiometer GSI 10(GSI, USA)를 이용한 청력검사를 함께 시행하였다. 연구대상군은 고막의 이학적 검사상 내함 또는 암청색 고막, 삼출액선, 기포 등 삼출성 중이염에 해당하는 고막소견과 고막운동성 계측도에서 “B”형을 보이는 32귀로 하였으며, 대조군은 정상 고막소견과 고막운동성 계측도에서 “A”형을 보이는 44귀를 선택하여 분석하였으며, 고막운동성 계측도에서 “C”형을 보이는 9귀는 분석에서 제외하였다.

이음향방사 검사 및 결과 분석 방법

   이음향방사의 검사는 방음실에서 ILO-92 Otodynamic analyser(Otodynamics, Hatfield, England)를 이용하여 측정하였으며, 모든 검사는 한 사람의 청력기사에 의하여 기록되었다. 검사에 쓰인 ear probe는 소형 이어폰과 마이크로폰이 내장된 소아용 probe를 이용하였으며, probe는 특별한 외부고정 없이 실리콘 protector를 이용하여 fitting하였으며, 컴퓨터 화면에서 click stimulus wave-form과 power spectrum을 보면서 fitting의 적합성을 평가하였다.
   SOAE 측정은 음자극 없이 1분 내지 2분 동안 외이도를 통하여 수신된 음을 전 증폭기와 측정 증폭기로 증폭한 후 10회 평균 가산하였다. 수신 신호의 가산 평균값은 Analog-Digital 변환기로 바꾼 후 IBM 컴퓨터로 Fast fourier transform(FFT) 하여 분석하였다. SOAE의 양성 판정은 소음 level보다 3 dB 이상일 때로 하였다.
   TEOAE 검사시 window 설정은 2.5~20 msec로 하였으며, 측정에 이용한 클릭음은 80 μsec의 rectangular pulse로 0~6 kHz의 주파수 영역을 지니며 75 dB SPL에서 85 dB SPL 사이의 강도를 주었다. 클릭음에 대한 반응은 자동적으로 두 개의 buffer에 수집되고 260회의 반복된 반응 후에 평균화되었으며, 주위 잡음을 최소화하기 위하여 최고 43 dB SPL에서 48 dB SPL 사이의 잡음거부장치를 이용하였다. TEOAE의 양성 판정은 response 5 dB 이상, wave reproducibility 50% 이상일 때로 하였다.
   DPgram 검사는 70 dB SPL equilevel에서 f2/f1의 비를 1.22로 하였다. 자극 주파수의 크기는 1, 1.5, 2, 3, 4, 6 kHz로 변화시키면서 각 주파수마다 반복 측정하여 2f1-f2 DPOAE amplitude와 phase가 적어도 2회 이상 동일한 결과를 가지게 하였다. 이때 f1, f2의 주파수의 등비중항(geometric mean)이 동일한 logarithmic frequency scale을 가지도록 변화시켰다. DPgram의 양성 판정은 연속된 두 주파수이상에서 소음 수준보다 5 dB 이상에서 DP가 나타날 때로 하였다.
   DP I-O function curve는 f2/f1의 비를 1.22로 하였으며, 1001, 1501, 2002, 3003, 4004, 5005, 6006 Hz의 주파수대에서 f1, f2의 자극음을 equilevel로 하되 input을 35 dB부터 75 dB까지 1.5 dB씩 올려가며 각각에 대한 반응을 기록하였으며, 양성 판정은 각각의 주파수대에서 소음 수준보다 5 dB 이상에서 DP가 나타날 때로 하였다.

통  계

   통계처리는 SPSS program을 통한 unpaired t-test, Pearson chi-Square와 Fisher's Exact test를 사용하였다.

결     과


이음향방사(SOAE, TEOAE, DPgram)의 발현율

   정상 고막소견과 고막운동성 계측도에서 “A”형을 보이는 대조군에서 순음청력검사가 가능했던 40귀의 6분법에 의한 기도 청력 순음평균청력역치는 평균 11.17±9.64 dB 였으며, 삼출성 중이염에 해당하는 고막소견과 고막운동성 계측도에서 “B”형을 보이는 대상군에서 순음청력검사가 가능했던 30귀에서 평균 기도청력역치는 25.12±8.69 dB 소견을 보여 두 군간에 의미있는 차이를 보였다(p<0.01).
   SOAE의 발현율은 정상 대조군 총 44귀 중 36귀에 나타나 81.8%의 발현율을 보였으며, 성별에 따라서는 남아에서 총 24귀 중 18귀로 75.0%, 여아에서는 총 20귀 중 18귀로 90.0%의 발현율을 보여 여아에서 더 높은 경향을 나타내었다.
   삼출성 중이염에 해당하는 고막소견과 고막운동성 계측도에서 “B”형을 보이는 대상군에서의 SOAE의 발현율은 총 32귀 중 11귀에 나타나 34.4%의 발현율을 보여 대조군과 비교하여 통계적으로 유의한 차이를 보였으며, 성별에 따라서는 남아에서 총 25귀 중 6귀로 24.0%, 여아에서는 총 7귀 중 5귀인 71.4%로 역시 여아에서 더 높은 경향을 나타내었다.
   TEOAE의 발현율은 대조군에서 총 44귀 중 40귀로 90.9 %의 발현율을 보여 대상군의 총 32귀 중 4귀의 12.6%의 발현율과 비교하여 유의한 차이를 보였다.
   DPgram의 발현율은 대조군에서 총 44귀 중 44귀로 100%의 발현율을 보였으며, 삼출성 중이염을 가진 대상군에서는 총 32귀중 15귀로 46.9%의 발현율을 보여 역시 두 군 사이에 유의한 차이를 보였다(Table 1).

이음향방사 발현율간의 상호 연관성

   한 개체내에서 각각의 이음향방사의 발현율에 있어서 상호 연관성을 통계적으로 검정한 결과 SOAE와 TEOAE, SOAE와 DPgram, TEOAE와 DPgram사이에는 의의있는 연관성을 보여 한 종류의 이음향방사가 양성일 때 다른 종류의 이음향방사에서도 양성이 나올 가능성이 높음을 알 수 있었다(Table 2, 3 and 4).

DP I-O function curve 발현율

   중이상태에 따른 DPOAE의 input-output function curve(DP I-O function curve)의 발현율은 2000 Hz 이하에서는 높은 소음 수준으로 인해 정상 대조군과 삼출성 중이염 대상군 모두에서 매우 낮은 발현율을 보였고, 5000 Hz 이상에서는 두 군 모두 자극 강도 45 dB SPL에서부터 DP I-O function curve의 높은 발현율을 보여 두 군간의 유의한 차이가 관찰되지 않았다. 반면, 3000 Hz와 4000 Hz에서는 두 군간의 차이를 관찰할 수 있었는데, 3000 Hz에서 자극강도 45 dB SPL에 대해 대조군은 총 44귀 중 25귀로 56.8%의 발현율을 보여, 대상군의 총 32귀 중 1귀의 3.1%와 비교하여 유의한 차이를 보였으며, 자극 강도 55 dB SPL에 대해서도 대조군에서 총 44귀 중 37귀로 84.1%, 대상군에서 총 32귀 중 3귀의 9.4%의 발현율을 보여 유의한 차이를 보였다. 또한, 4000 Hz에서도 자극 강도 45 dB SPL과 55 dB SPL에서 대조군이 79.5%, 93.2%의 발현율을 보인데 반해 대상군은 34.4%, 37.5%의 발현율을 보여 두 군간에 유의한 차이를 보였다(Table 5 and 6, Fig. 1).

고     찰


   이음향방사의 측정은 와우기능을 측정하는데 있어서 객관적이고 비침습적인 검사이며, 비교적 짧은 시간 내에 시행할 수 있다는 장점 때문에 신생아 난청 및 소음성 난청 등의 선별 검사에 널리 사용되고 있다. 모든 이음향방사는 외이도에서 측정되기 전에 중이를 거치게 되므로 중이 전도도의 변화는 이음향방사의 특성을 변화시킬 수 있고 이음향방사를 유발하는 자극음 또한 중이상태에 따라 변화를 받는다. 중이는 소리를 양측으로 전달하지만 외이로부터 와우에 이르는 전향적 전도와 와우로부터 외이도로 향하는 후향적 전도의 특성은 서로 다르다. 또한 변조이음향방사의 경우 자극과 반응의 전향적 전도와 후향적 전도가 동시에 일어나며 서로간에 상호 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. Kemp는 정상 중이상태에서 1 kHz와 1.5 kHz의 주파수대에서 전향적으로 전도되는 에너지 양에 비해 후향적으로 전도되는 에너지양이 12~16 dB정도 적다고 보고하였다.9)
   중이의 병적 상태가 이음향방사에 미치는 영향은 복잡한데 일반적으로는 이음향방사의 amplitude를 감소시키고 때로 그 반응을 완전히 소멸시키기도 한다.6)10) 임상적으로 중이 전도도를 저하시키는 중이의 병적 상태로는 중이 삼출액, 중이내 음압의 변화 등이 있으며 이러한 중이상태는 중이 전도도의 특성인 질량효과(mass effect), 탄성(elasticity), 저항(resistance) 중 탄성을 변화시켜 낮은 주파수대에서의 전향적 전도와 후향적 전도에 영향을 미쳐 음전달을 억제한다. 이러한 중이의 전향적 전도와 후향적 전도는 주파수 특이성이 있으며, Wada 등11)은 정상인의 중이내 공명주파수가 0.8~1.5 kHz 이며, 이 공명주파수대에서 고막이 가장 크게 진동하여 이음향방사가 와우의 외유모 세포로부터 외이도까지 가장 잘 전달된다고 하였다.
   중이 전도도는 고막운동성 계측도를 측정함으로써 쉽게 알 수있지만, 고막운동성 계측도는 중이 내에서 와우로 향하는 경로와 와우로 향하지 않는 경로 모두로부터 영향을 받기 때문에 청력에 대한 선별도가 떨어진다. 예를 들어 중이 삼출액이 있는 경우, 고막운동성 계측도에서는 “B”형을 나타내지만 정상 청력을 나타낼 수 있으며, 이경화증의 경우는 고막운동성 계측도에서 “A”형을 나타내지만 전음성 난청을 보인다. 이음향방사는 와우 기능을 반영하는 청력에 대한 민감도로 인해 중이 상태의 평가와 함께 청력검사의 시행이 어려운 소아에서 청력을 선별하는 역할을 할 수 있으므로 임상적으로 사용하기 위해 많이 시도되어 왔다.12) Chang 등7)은 중이내 음압 또는 삼출액이 2 kHz 이하의 주파수대에서 이음향방사의 발현에 영향을 미친다고 하였으며, Lonsbury-Martin 등12)은 소아에 있어서 이음향방사의 결과를 해석할 때 항상 중이내 병적 상태의 유무를 확인해야 하며, 이음향방사가 측정되지 않는 소아에 있어서는 항상 고막운동성 계측도를 측정하여 중이 삼출액 및 음압 형성을 확인할 것을 강조하였다. 중이내 삼출액으로 인한 청력역치의 상승은 OAE의 발현에 영향을 미칠 수 있으나, 본 연구에서는 삼출성 중이염군의 평균 기도청력역치가 30dB 이내에서 대부분 측정됨으로써 다양한 OAE의 발현에 청력 자체만이 영향을 미쳤다고 보기는 어려울 것으로 생각되며, 오히려 삼출액의 성상이나 양 등을 포함한 중이의 전반적인 상태가 이음향 방사의 전, 후향적 전도에 영향을 미침으로써 OAE 발현에 영향을 주는 요인이 되었으리라 예상된다.
   SOAE의 발현율은 주로 정상 청력인을 대상으로 연구되어 왔으며, 마이크로폰의 감수성, 소음수준의 정도, 소음수준을 낮출 수 있는 장비, 그리고 양성 판정의 기준 등에 따라 달라질 수 있지만 대개 35~40%의 발현율이 보고된 바 있으며,13)14) 최근 소음 수준을 낮출 수 있는 장비 등의 도입으로 Talmadge 등15)에 따르면 72%까지 발현된다고 보고된 적도 있다. 본 연구에서는 정상 대조군에서 81.8%로 비교적 높은 발현율을 보였는데 이는 본 연구의 대상이 소아로 평균 연령이 낮은 데서 기인한 결과로 보이며, 성별에 따른 SOAE의 발현율도 기존의 보고에서와 같이 여아에서 더 높은 발현율을 보였다. 또한 본 연구에서는 삼출성 중이염군에서의 SOAE의 발현율이 34.4%로 정상 대조군과 비교하여 통계적으로 유의한 차이를 보임으로써 중이상태가 SOAE의 발현에 영향을 미침을 확인할 수 있었다.
   SOAE 측정시 외이도에서 포착되는 주위 소음은 맥박, 호흡, 근육수축, 하악 관절운동 등에 의해 발생되고, 대부분이 저주파수이므로 High pass filter의 사용, 적절한 probe fitting, 평균화과정 등이 매우 중요하다고 할 수 있다. 특히 소아에서의 측정은 더 어려움이 많으며, 주로 소아가 잠을 잘 때 시행하는 것이 SOAE의 발현율을 높일 수 있는 방법일 것이다.
   TEOAE의 양성판정 기준은 많은 연구들에서와 같이 response 5 dB 이상, Reproducibility 50% 이상으로 하였을 때,3)6)10) 정상 중이상태군에서 90.9%의 높은 발현율을 보여 중이 삼출액군의 12.6%의 발현율과 비교하여 중이상태를 반영하는 척도로 사용될 수 있음을 알 수 있다.
   DPgram은 두 주파수의 순음 f1, f2(primary, f2>f1) 자극에 대하여 2f1-f2에서 가장 큰 amplitude를 갖게 되며 두 순음의 기하학적 평균(geometric mean) 부위의 와우 상태를 반영하는 주파수 특이성을 보이며,16) 정상 청력인의 약 90% 이상에서 DPgram의 발현율이 보고된 바 있다.17) 본 연구도 총 44귀 중 100%의 발현율을 보여 Bonfils 등18)의 연구에서와 같은 발현 빈도를 보였다. 또한 중이 삼출액군에서는 46.9%의 발현율을 보여 두 군 사이에 통계적으로 유의한 차이를 보여 기존의 연구들10)12)19)에서와 같이 DP-gram이 중이 삼출액의 영향을 받음을 확인할 수 있었다.
   또한, 한 개체 내에서 각각의 이음향방사의 발현율에 있어서의 상호 연관성은 SOAE, TEOAE, DPgram 모두에서 통계적으로 유의한 결과를 보여 한 종류의 이음향방사에서 양성 판정시 다른 이음향방사의 결과를 예측하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 생각된다.
   중이상태가 DPgram에 미치는 영향에 대해서는 많은 보고가 있었으나 DP I-O function curve와 중이상태에 대한 상관관계는 아직까지 명확하게 규명되어 있지 않다.
   DP I-O function curve는 일반적으로 순음청력검사시 측정되는 각각의 주파수대에 대해 순음자극의 강도를 올려가며 각각에 대한 반응을 기록하는 것으로 자극역치를 구할 수 있는 장점이 있다. 일반적으로 소음수준보다 3 dB 이상의 amplitude를 양성으로 판정하지만, 본 연구에서는 specificity를 높이기 위해 5 dB 이상을 양성판정의 기준으로 하였다. 아직까지 DPOAE의 역치에 대한 임상적 연구가 미흡한 단계이지만 많은 연구에서 청력에 대한 민감도를 예측하는데 도움을 줄 수 있을 것이라고 알려져 있다. 이러한 역치 판정 이외에 DP I-O function curve의 기울기를 구하여 임상적 적용을 시도한 보고도 있는데, Nelson 등20)은 자극강도가 올라감에 따라 DPOAE amplitude가 1 dB/dB의 비율로 상승하며 75 dB SPL 이상에서는 포화된다고 보고한 바 있으며, 이러한 임상적 적용 외에 DP I-O function curve의 형태를 크게 5가지로 분류하여 그 빈도를 연구하기도 하였으나 체계적인 연구나 임상적 보고가 아직까지는 미흡한 단계이다.
   본 연구에서는 1001, 2002, 3003, 4004, 5005, 6006 Hz 각각의 주파수대에서 35 dB부터 75 dB까지의 자극강도에 대한 DP I-O function curve를 비교 분석한 결과 3000 Hz와 4000 Hz에서 자극강도 45 dB와 55 dB에서의 발현율에 정상 중이군과 중이 삼출액군 사이에 통계적으로 유의한 차이가 있음이 발견되었다. 2000 Hz 이하의 저주파수대에서는 DPOAE amplitude가 작아지고 소음수준이 높아져 정상 중이군과 중이 삼출액군 모두에서 DPOAE amplitude가 현저히 낮게 발현되었으며, 5000 Hz 이상의 고주파수대에서는 두 군 모두 높은 빈도로 45 dB 이상의 자극강도에서 DPOAE amplitude가 소음수준보다 5 dB 이상에서 발현되었는데 이것은 중이 삼출액의 존재가 DP I-O function curve 측정시 고주파수대에는 크게 영향을 미치지 못하고 중이 삼출액이 있는 소아들도 대부분 20~30 dB 이내의 전음성 난청을 보였기 때문으로 생각된다.
   SOAE, TEOAE, DPOAE의 측정은 소아의 중이상태를 반영할 수 있을 것으로 생각되며, 각각의 발현율이 상호간에 높은 연관성을 보이고 있어 소아에서 중이 상태가 이들 이음향방사의 발현에 공통적으로 영향을 미치고 있음을 알 수 있었다. 특히, DP I-O function curve를 이용한 DP-OAE의 발현에 중이 삼출액이 영향을 미치는 범위는 3000 Hz와 4000 Hz에서 45 dB SPL 및 55 dB SPL로의 자극강도에 대한 반응임을 알 수 있었다.

결     론


   본 연구는 한 개체에서 동일 시점에 다양한 이음향방사 검사를 동시에 시행하여 각각의 발현율이 어떠한 상호 관계를 나타내는지를 분석하고 이를 중이 상태와 관련지어 이음향방사의 특성을 이해하고자 하였으며, 특히 다양한 주파수의 자극에 대해 역치 변화를 보일 수 있는 DP I-O function curve의 특성에 중점을 두어 중이 상태 평가에 대한 이음향방사의 임상적 활용 가능성을 제시하고자 하였다. 그 결과 중이상태를 평가함에 있어서 기존의 연구와 마찬가지로 SOAE, TEOAE, 그리고 DPgram의 측정이 도움을 줄 수 있다는 사실을 확인하였으며, 특히 DP I-O function curve 3000 Hz와 4000 Hz에서 자극 강도 45 dB SPL과 55 dB SPL에 대한 반응을 연속적으로 측정하여 발현 정도를 비교하는 것은 청력검사가 어려운 소아 삼출성 중이염에서 중이 상태에 대한 치료 효과 판정과 청력 선별을 동시에 시행할 수 있는 검사 방법으로 생각된다. 또한 앞으로 삼출성 중이염을 가진 한 개체 내에서 치료 전후 혹은 중이 삼출액의 성상에 따른 DP I-O function curve를 포함한 다양한 이음향방사 검사의 결과를 비교하는 등의 연구를 추가적으로 시행하므로써 삼출성 중이염에서의 이음향방사 검사의 임상적 활용을 위한 자료 제시와 함께 이음향방사 검사의 특성을 이해함에 더욱 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.


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