Sound Source Localization Testing in Single-sided Deafness Following Bone Conduction Intervention(골전도 중재술에 따른 편측성 난청에서의 음원 현지화 테스트)

우리는 편측성 난청(SSD) 환자의 소리 국소화 능력에 대한 골전도 중재의 영향을 평가하기 위한 프로토콜을 제시합니다. 이 프로토콜은 SSD 환자의 소리 위치 파악 능력을 회복하고 전반적인 삶의 질을 개선하는 데 있어 골전도 장치의 효능을 평가하는 데 적용할 수 있습니다.

한쪽 귀에는 중증에서 심도 청력 손실이 있고 다른 쪽 귀에는 정상적인 청력이 있는 편측성 난청(SSD)은 영향을 받는 사람들의 삶의 질에 큰 영향을 미치는 널리 퍼진 청각 상태입니다. 음원의 위치를 정확하게 파악하는 능력은 음성 커뮤니케이션, 환경 인식 등 다양한 일상 활동에 매우 중요합니다. 최근 몇 년 동안 골전도 중재술은 SSD 환자를 위한 유망한 솔루션으로 부상하여 기존 공기 전도 보청기에 대한 비침습적 대안을 제공합니다. 그러나 골전도 장치(BCD)의 효과, 특히 소리 위치 파악 능력 향상 측면에서 상당한 관심 주제로 남아 있습니다.

여기에서는 SSD 환자의 건전한 국소화 능력에 대한 골전도 중재의 영향을 평가하기 위한 프로토콜을 제시합니다. 이 프로토콜에는 실험 설정(방음 처리된 방과 라우드스피커의 반원형 배열), 자극 및 데이터 분석 방법이 포함됩니다. 참가자는 노이즈 버스트의 인지된 방향을 나타내고 RMSE(Root Mean Square Error) 및 바이어스를 사용하여 응답을 분석합니다. 골전도 중재술 전과 후의 소리 국소화 검사 결과를 보고하고 비교합니다. 유의미한 차이는 없었지만, 대부분의 환자(71%)는 골전도 중재술 후 중재 쪽에 대한 편향이 뚜렷했다. 이 연구는 골전도 중재술이 SSD 환자의 특정 소리 국소화 기술을 즉시 향상시킬 수 있다고 결론지었으며, SSD 치료제로서 BCD의 효능을 뒷받침하는 증거를 제공합니다.

청각 자극의 정확한 근원을 정확히 찾아내는 능력인 소리 위치 파악은 효과적인 의사 소통, 환경을 통한 안전한 탐색, 공간에서 방향을 잡는 능력 등 일상 생활에서 필수적인 여러 기능을 뒷받침하는 중요한 청각 기술입니다. 개인이 편측성 난청(SSD)을 경험하면 소리의 위치를 파악하는 청각 시스템의 능력이 심각하게 손상됩니다. 이는 우리의 뇌가 일반적으로 음원의 위치를 정확하게 계산하기 위해 양쪽 귀에서 수신된 소리 정보를 비교하는 데 의존하기 때문입니다.

인간의 청각 시스템은 정교한 신호 처리 기술을 사용하여 소리원의 위치를 파악하며, ITD(Interaural Time Difference) 및 ILD(Interaural Level Difference)를 주요 신호로 사용합니다. ITD는 소리가 각 귀에 도착할 때까지의 약간의 시간 지연을 말하며, 이는 음원의 방위각에 대한 정보를 제공합니다. 반면에 ILD는 두 귀 사이의 소리 수준 차이를 나타냅니다. 청각 시스템은 이러한 단서를 스펙트럼 신호 및 머리 움직임과 같은 다른 요인과 통합하여 청각 환경 ^1,2의 정확한 공간 표현을 형성합니다. 이러한 바이노럴 큐는 소리가 오는 방향을 결정할 수 있도록 처리되고 통합됩니다. 그러나 한쪽 귀의 청력이 손상되면 이러한 양측 처리가 중단되어 소리의 위치를 파악하는 데 어려움이 있습니다.

골전도 장치(BCD)는 SSD ^3,4를 가진 개인에게 유망한 솔루션을 제공합니다. 이 장치는 두개골 뼈를 통해 달팽이관에 소리 진동을 직접 전달하여 손상된 외이와 중이를 우회하는 방식으로 작동합니다. BCD는 SSD가 있는 사람뿐만 아니라 전음성 또는 혼합성 난청이 있는 사람에게 특히 유용합니다. SSD 환자를 위한 골전도 기술의 이점은 이전 연구에서 문서화되었습니다. 예를 들어, Chandrasekar 등의 연구에 따르면 골전도 장치는 SSD³을 가진 개인의 소음 속에서 음성 인식을 크게 향상시켰습니다. 이와 유사하게, Huang 등의 메타 분석 리뷰에서는 BCD가 이러한 환자의 음성 인식과 삶의 질에 미치는 긍정적인 효과를 강조했습니다⁴.

이러한 증거에도 불구하고, 골전도 중재가 SSD 환자의 소리 국소화 능력에 미치는 구체적인 영향은 잘 알려져 있지 않습니다. 예를 들어, Agterberg 등은 편측성 난청 환자의 골전도 장치로 청취할 때 소리 국소화 성능이 개선되지 않는다고 보고했습니다⁵. Kim 등의 연구와 같은 일부 체계적 문헌고찰에 따르면, 139건의 뼈 고정 보청기 증례를 대상으로 한 6건의 이전 연구에서 BAHA 이식 전 13%에서 65.8% 사이, 이식 후 15%에서 68.5% 사이였으나 통계적으로 유의하지는 않았다⁶. 이러한 연구에서는 여러 화자 중에서 발광하는 화자를 정확하게 식별해야 하는 경우 음원 위치 파악 정확도의 백분율을 사용했기 때문에 난이도가 상대적으로 높다고 생각합니다. 대조적으로, 우리의 평가 방법은 음원 위치 파악의 각도 오류를 평가하고 점수 매기기를 위해 평균 제곱근을 사용합니다. 따라서 우리는 우리의 방법이 급성 테스트의 요구 사항에 더 적합하다고 생각합니다.

이러한 문헌의 격차를 해소하기 위해 본 연구는 SSD 환자의 소리 위치 파악 능력을 회복하는 BCD의 효과를 평가하는 것을 목표로 합니다. 우리는 van de Heyning et ^al.7에 의해 설명된 스피커 구성을 사용하고 있습니다. 우리는 개입 전후 평가를 포함하는 소리 위치 파악을 테스트하기 위한 프로토콜을 개발했습니다. 참가자는 현지화 성능을 비교하기 위해 보조(BCD 사용) 및 비보조 조건에서 테스트를 받게 됩니다. 본 연구는 골전도 중재술 시행 전후의 건전한 국소화 능력의 변화를 조사함으로써 SSD 환자를 위한 BCD의 잠재적 이점에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 것입니다. 이번 연구 결과는 공간 인식과 청각 기능을 보다 광범위하게 개선하기 위해 이러한 장치를 최적화할 수 있는 방법을 더 잘 이해하는 데 기여할 수 있으며, 이를 통해 SSD를 사용하는 개인의 전반적인 삶의 질을 향상시킬 수 있습니다.

이 연구에서 참가자는 골전도 보청기를 착용한 선천성 SSD를 가진 14명의 어린이였습니다. 참가자에 대한 포함 기준은 SSD의 확인된 진단이었습니다. 참가자들은 전문 청력학 클리닉에서 모집되었으며 연구의 목적, 절차, 잠재적 위험 및 이점에 대한 정보를 받았습니다. 참가자가 연구에 등록하기 전에 참가자의 부모 또는 법적 보호자로부터 정보에 입각한 동의를 얻었습니다.

1. 설정

참고: 이 섹션에서는 참조된 소프트웨어 도구를 사용하여 사운드 현지화 실험을 수행하는 절차에 대해 설명합니다. 이 실험은 참가자가 자유 필드 설정 내에서 음원의 위치를 파악하는 능력을 평가하도록 설계되었습니다. 현지화 테스트는 7개의 스피커가 있는 방음 처리된 방에서 수행되었습니다(Van de Heyning 등의 그림 2 참조).⁷ -90°(왼쪽)와 90°(오른쪽) 방위각 사이의 반원을 따라 균등하게 분포합니다. 스피커 구성은 실용적인 고려 사항 때문에 선택됩니다. 이 실험에 필요한 재료는 재료 표에 포함되어 있습니다.

1. 호환되는 오디오 드라이버와 다중 채널 사운드 카드가 있는 Windows PC를 사용할 수 있는지 확인합니다.
2. 밸런스 케이블을 사용하여 활성 전원 스피커를 사운드 카드에 연결합니다.
3. 제조업체의 지침에 따라 오디오 하드웨어를 구성하여 글리치 없는 재생과 충분한 채널 분리를 보장합니다.
4. 지침에 따라 스피커를 원형 설정으로 배치⁶. 피사체를 정면 스피커를 향하도록 반원의 중앙에 놓습니다. 소프트웨어를 사용하여 인접한 각 스피커 사이에 30° 각도로 원하는 반원 배열로 라우드스피커를 구성합니다( 그림 1 참조). 확성기의 소리를 내는 부분의 중심이 피험자의 외이도를 통과하는 가상의 평면 높이에 있는지 확인하여 피험자의 키와 크기에 따라 의자의 높이를 조정합니다.

2. 캘리브레이션

1. 소프트웨어에서 적절한 오디오 드라이버를 선택하십시오.
2. 사용 가능한 장치 목록에서 ASIO 호환 사운드 카드를 선택합니다.
3. 다음을 포함하여 설정 메뉴에서 필요한 매개변수를 검토하고 구성합니다.
   1. ShowResults: 실험 중에 결과를 표시할 시점(라이브, 최종, 자동 또는 종료)을 선택합니다.
   2. DummyLSwarning: 더미 스피커의 존재를 나타내는 경고 메시지를 활성화하거나 비활성화합니다.
   3. trainingMode: 응답이 제공될 때까지 대상 발표자가 강조 표시되는 교육 모드를 활성화하거나 비활성화합니다.
   4. includeTrainingModeResults: 요약 테이블 및 그림에 학습 모드 결과를 포함할지 여부를 선택합니다.
   5. includeDemoModeResults: 요약 테이블 및 그림에 데모 모드 결과를 포함할지 여부를 선택합니다.
   6. quickMode: 빠른 모드를 활성화하거나 비활성화하여 프레젠테이션 수준과 발표자당 프레젠테이션 수를 줄입니다.
   7. colormap: 데이터 세트와 혼동 행렬 플롯에 대한 색상 맵을 선택합니다.
   8. nLS: 클릭 가능한 화자의 총 수(real 및 dummy)를 지정합니다.
      알림: 더미 스피커는 음원 현지화의 전체 과정에서 스피커에서 소리가 나오지 않음을 의미합니다. 실제 스피커에는 소리가 있습니다.
   9. nRep: 발화자당 반복 횟수를 지정합니다.
   10. LSCircleStart/End: 원형 설정의 각도 범위를 지정합니다.
   11. colormapDataSet: 데이터 세트 플롯의 색상 맵을 선택합니다.
   12. colormapConfusion: 혼동 행렬 플롯의 색상 맵을 선택합니다.
4. CCITT 노이즈 신호와 A-가중치 설정이 있는 SPL 미터를 사용하여 시스템을 보정하려면 소프트웨어에 제공된 보정 지침을 참조하십시오.
   1. 사운드 장치의 드라이버 설정을 검토합니다.
   2. Extras(추가 기능) | 보정을 탭합니다.
   3. 스피커와 사운드 카드 채널 출력 매핑을 확인합니다. 응답 전용 더미 스피커를 채널 0에 할당합니다.
   4. 스피커 버튼을 클릭하면 해당 라우드스피커에서 10se의 보정 소음이 재생됩니다.
   5. 테스트 대상의 가상 헤드 위치에 있는 SPL 미터의 끝이 활성 스피커를 가리키도록 음압 레벨을 측정합니다. 올바른 측정 위치에 대해서는 SPL 미터의 설명서를 참조하십시오. A 가중치 등가 소음 수준 LAeq(Slow integration time)를 측정하도록 사운드 레벨 미터를 설정합니다.
   6. 약 70dBA(LAeq 67-75dB 허용)의 소음 수준을 달성하도록 라우드스피커/시스템 게인을 조정합니다. 실제로 측정된 LAeq 노이즈 레벨을 각 보정 필드에 입력합니다.
   7. 나머지 라우드스피커 각각에 대해 2.4.3-2.4.6 단계를 반복합니다.
   8. Done을 클릭하여 보정을 완료합니다.
5. 보정 확인 버튼을 클릭하여 설정을 검증합니다. 이 단계에서 라우드스피커는 작업자가 교정 결과와 비교하여 SPL을 평가할 수 있도록 신호 (1,2)의 자극을 나타냅니다.

3. 실험

1. 메타 데이터 지정: 주제 ID, 보청기 유형 및 선택적 설명을 포함한 참가자의 정보를 입력합니다.
2. 보정 중에 채널 0에 할당하여 응답 전용 더미 스피커를 구성합니다. 상단의 노란색 상자는 더미 스피커가 있음을 나타냅니다. 설정 매개변수 DummyLSwarning 이 true이면 상자 안의 텍스트에 더미 스피커의 수가 표시됩니다.
3. 결과를 저장할 스터디 폴더를 선택합니다.
4. 시작 버튼을 클릭하여 실험을 시작합니다.
   1. 참가자에게는 청각 자극이 제시되고 감지된 음원 위치를 선택하여 응답하라는 메시지가 표시됩니다. 숫자를 식별할 수 있는 어린이가 해당 확성기 번호를 말로 보고하게 하고, 이 능력이 없는 어린이에게는 소리를 내고 있다고 생각되는 확성기를 직접 가리키도록 요청하십시오.
   2. 소프트웨어가 20ms의 상승 및 하강 시간을 포함하여 1초의 지속 시간으로 두 개의 스펙트럼 모양의 노이즈 자극을 무작위로 표시하도록 합니다. 자극은 무작위로 선택된 세 가지 수준(60dB HL, 65dB HL 및 70dB) 중 하나로 연속적으로 표시됩니다. HL입니다. 발표 횟수는 발표자당 6회입니다(3개 레벨에서 2개의 자극).
      참고: 두 가지 유형의 노이즈를 사용하면 모노럴 스펙트럼 신호를 혼동하고 로컬라이제이션 성능을 과대평가하는 것을 방지할 수 있습니다.
5. 실시간(라이브 모드) 또는 실험이 완료된 후(최종 모드)로 결과를 볼 수 있습니다. 결과에는 각도 오차의 혼동 행렬, RMS(제곱 평균 제곱근), BIAS 및 표준 편차(STD)가 포함됩니다.
   참고: 양수 값은 오른쪽 바이어스를 나타내고 음수 값은 왼쪽 바이어스를 나타냅니다. 값이 0에서 더 많이 벗어날수록 측면 바이어스가 더 두드러지며 이는 위치 파악 능력이 떨어진다는 것을 나타냅니다.

4. 데이터 분석

1. Load & Analyze 기능을 사용하여 이전에 저장된 결과를 로드하고 분석합니다. 메뉴에서 선택 | 파일 | 이전 측정의 MAT 파일을 로드하기 위해 로드 및 분석합니다. 결과 그림은 혼동 행렬과 함께 별도의 그림에 표시됩니다.
2. 스터디 폴더의 모든 개별 결과에 대한 요약 테이블과 그림을 생성하려면 File(파일) | 요약 작성을 클릭합니다.
   참고: 이 함수는 스터디 폴더와 모든 하위 폴더에서 패턴 LOC*.xlsx 및 LOC*.mat와 일치하는 모든 유효한 Excel 및 MATLAB 파일을 검색합니다.
3. 임상 방문 태그와 임상 방문 횟수에 대해 각 참가자에 대한 측정 횟수를 플로팅하여 데이터 세트를 시각화합니다.
4. 요약된 데이터를 원시 데이터 및 계산된 통계를 포함한 스프레드시트로 내보냅니다. 출력 스프레드시트의 이름은 Summary_of_all_LOC_measurements.xlsx 및 Summary_of_all_LOC_measurements_RAW.xlsx입니다
5. 각도 오차의 RMS, BIAS 및 STD에 대한 산점도 및 상자 그림을 임상 방문 태그 및 임상 방문 번호별로 그룹화하여 내보냅니다. 산점도는 시간 경과에 따른 각도 오류의 모든 RMS, BIAS 및 STD를 보여줍니다. 피험자 ID는 색상으로 구분되며, 임상 방문 태그는 범례에 표시된 대로 마커 기호로 코드화됩니다.
6. 배치 분석을 수행하고 혼동 행렬을 스터디 폴더의 모든 MAT 파일에 대한 PNG 이미지로 내보냅니다.

5. 공장 초기화

1. 공장 초기화 기능을 사용하여 소프트웨어를 기본 설정으로 재설정합니다.

이 연구에서 참가자는 골전도 보청기를 착용한 SSD를 가진 14명의 어린이였습니다. 참가자의 연령 범위(남자 9명, 여자 5명)는 5세에서 12세 사이였으며 중앙값은 7.78세였습니다( 표 1 참조). 그림 2에서 오른쪽에 골전도 장치가 없는 경우, 좌측 난청을 앓고 있는 이 아이의 결과는 명백한 우측 편향(BIAS = 53.6°, RMS = 95.5°)을 보였습니다. 그림 3에서 오른쪽에 골전도 장치를 장착한 경우, 좌측 난청이 있는 이 아동의 전반적인 소리 편소화 능력이 어느 정도 향상되었으며, 우측 편향이 BIAS = 10.7°로 감소하고 국소화 정확도가 향상되었습니다(RMS = 82.9°).

테스트된 14명의 소아 중 중재 전후에 RMSE(P=0.63)와 각오차의 표준편차(STDE)(P=0.15)에는 유의한 차이가 없었다(비모수적 쌍체 검정, P-값 < 0.05는 통계적으로 유의함). 그러나 소아의 71%(14명 중 10명)는 중재 쪽으로 편향의 변화를 보였으며, 이는 중재 쪽으로 음원 국소화 방향의 변화를 나타냅니다. 그러나 개인차가 크고 표본 크기가 상대적으로 작기 때문에 중재 전후에 전체 바이어스(P=0.32)에는 유의한 차이가 없었다. 요약하면, BCD를 활용하면 개인 간의 사운드 로컬라이제이션 기능을 어느 정도 신속하게 향상시킬 수 있습니다. 그러나 개선 정도는 개인마다 다를 수 있습니다.

그림 1: 설정 및 단일 자극 및 일치하는 응답 레코드에 대한 예. 현지화 테스트는 -90°(왼쪽)와 90°(오른쪽) 방위각 사이의 반원을 따라 균등하게 분포된 7개의 라우드스피커가 있는 방음 처리된 방에서 수행되었습니다. 피험자는 정면 확성기를 향하여 반원의 중앙에 배치되었습니다. 각도 α는 프리젠테이션의 각도 오류입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: BCD 개입이 없는 결과의 예. 우측에 골전도 장치가 없는 경우, 좌측 난청을 가진 이 아이의 결과는 RMS = 95.5°, BIAS = 53.6°, STD = 80.6°로 나타났습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: BCD 개입 결과의 예. 오른쪽에 골전도 장치를 장착한 결과, 좌측 난청을 가진 이 아이의 결과는 RMS = 82.9°, BIAS = 10.7°, STD = 83.8°로 나타났습니다. 그림 2와 비교하여 RMS 및 STD 값은 비슷하지만 BIAS는 10.7°로 감소했으며, 여기서 0°는 측면 바이어스가 없음을 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

표 1: 참가자의 인구통계학적 특성.

난청이 있는 5세 이상의 어린이는 이 검사를 성공적으로 수행할 수 있습니다. SSD 사용자의 경우, 음원 위치 파악 테스트 중 골전도 보청기를 급성으로 적용한 결과 바이어스가 어느 정도 개선된 것으로 나타났지만, 이러한 개선은 RMSE STDE 감소 측면에서 통계적으로 유의하지 않았습니다. 개선은 학습 효과일 수도 있습니다.

신경 및 중앙 처리에 의해 주도되는 장치의 장기간 사용으로 더 큰 개선이 이루어질 수 있는 잠재력은 추가 조사가 필요한 영역을 시사합니다. Long et al.은 음원 위치 파악 능력이⁸세가 되면 향상될 수 있다고 지적합니다. SSD를 앓고 있는 자녀를 둔 대다수의 부모가 재활을 위해 가장 필요로 하는 것은 음원의 위치를 파악하는 능력을 향상시키는 것이고, 그 다음으로 소음이 있는 상태에서 말을 인식하는 능력을 향상시키는 것이므로, 중재 전에 SSD 환자에게 음원의 위치 파악과 중재 프로그램의 근거를 자세히 설명하고 효과에 대한 합리적인 기대치를 확립할 수 있도록 도와야 합니다.

편측성 난청(SSD)에서 인공와우(CI) 중재가 음원 위치 파악 능력에 미치는 영향은 잘 확립되어 있으며, 이전 연구에서 상당한 개선이 입증되었습니다⁹. SSD 환자의 소리 위치 파악 능력은 완전히 이해되지 않았습니다. 그러나 수술에 대한 두려움, 청각 신경 발달 기형 또는 경제적 제약과 같은 다양한 이유로 많은 SSD 환자는 중재의 한 형태로 골전도 장치(BCD)를 선택합니다. BCD 중재가 SSD 환자의 음원 위치 파악 능력을 향상시킬 수 있는지에 대한 질문은 신중한 평가가 필요합니다.

이전 연구에서는 참가자가 소리의 근원을 완전히 정확하게 판단하도록 요구하는 채점 시스템을 주로 사용했으며, 이로 인해 골전도 장치 중재 전후에 국소화 능력에 큰 차이가 없다는 결론을 도출했습니다 10,11,12,13,14,15. 그러나 Monini 등은 BCD¹⁶으로 청취할 때 소리 위치 파악이 개선되었다고 보고했습니다. 본 연구는 본 연구에서 채택된 방법이 다르거나 더 미묘한 결과를 산출할 수 있는지 여부를 조사하고자 했습니다. 이 프로토콜에는 염두에 두어야 할 몇 가지 중요한 사항이 있습니다. 최대 음압 레벨은 75dBA를 초과해서는 안 되며 외부 amp교정 후 합리화가 변경되어서는 안 됩니다. 실험 중에 사운드 장치에 액세스할 수 있는 다른 모든 응용 프로그램은 비활성화해야 합니다. 이 검사 방법은 SSD를 가진 소아의 음원 위치 파악 능력을 효과적으로 평가할 수 있어 치료 계획 선택에 참고가 될 수 있습니다. 이 테스트의 한계는 어린이의 경우, 특히 어린 아이들의 경우 작업자의 명령에 대한 장기간의 주의와 복종이 필요하다는 것입니다.

결론적으로, BCD는 이미 SSD 사용자의 의사소통을 개선하는 데 그 가치를 입증했지만, 이 연구는 청력 손실의 가장 어려운 측면 중 하나인 소리 위치 파악을 해결할 수 있는 능력을 조명할 것입니다. 우리는 더 큰 표본 크기에 대한 향후 연구가 임상 실습에 정보를 제공하고 지침을 찾는 SSD 환자에게 보다 자세한 조언을 제공할 수 있는 추가 통찰력을 제공하기를 바랍니다.

저자는 선언할 이해 상충이 없습니다.

없음