이개크기에따른이개강공명 허승덕 a,c,d, 이제현 b,d 전성민 c,d 김인아 c,d a 동아대학교병원, b 동아대학교대학원, c 부산가톨릭대학교언어청각치료학과, d 부산청각언어연구회 교신저자허승덕동아대학교병원이비인후과청각전문가부산시서구동아대1길 30 e-mail: audiolog@donga.ac.kr tel.: 016-9667-7081 배경및목적 : 이개는두개골에서돌출되어있고, 이개강은이개가깔때기모양으로형성한공간을말한다. 이개와이개강은소리를모으는기능을하며, 해부학적으로외이도와연결되어있다. 이기관들은해부학적생리학적으로연속되어있어서청각학적으로는따로구분하지는않는다. 청각학적재활에있어서보청기는아주큰비중을차지하고있다. 그러나보청기사용은이개강과외이도공명의일부를상쇄하기도하고, 보청기종류에따라증폭기가갖는이득보다더많은이득을제공하기도한다. 보청기사용으로얻을수있는추가이득은송화기위치효과 (microphone location effect; MLE) 와잔류외이도용적등에따라달라진다. 이개와이개강공명은 MLE 에영향을준다. 따라서이개강공명은청각생리학적측면에서소리에대한방향성인지에매우중요한단서를제공하기때문에음원방향인지연구에중요하다. 이연구는우리나라성인의이개강공명정상치를구하고, 이개크기가이개강공명에영향을주는가를알아보고자한다. 방법 : 이연구는정상성인 18 명 36 귀 ( 남 : 여 =5:13) 를대상으로하였다. 입사각 0 와 45 에서이들의이개강공명을구한후, 이개크기와의상관관계를분석하였다. 결과 : 이개크기는상하길이가 52.8 부터 73.8 (61.7±5.5) mm이었으며, 너비가 16.35 부터 29.9 (22.4±3.3) mm이었다. 두길이를곱해구한면적은 458.62 부터 1034.54 (706.21±165.58) mm2를보였다. 최대공명주파수는음원입사각 0 와 45 에서모두 4 khz로나타났으며, 최대공명이득은 0 에서 12.2 (±2.9), 45 에서 13.6 (±3.5) db로나타났으나모든주파수의이개강공명이득은이개상하길이와너비의변화에도불구하고통계적으로유의한차이를보이지않았다. 논의및결론 : 결론적으로이개크기는이개강공명에영향을미치지않는다. 언어청각장애연구, 2010;15;107-113. 핵심어 : 이개강공명, 보청기, 이개, 송화기위치효과, 음원방향성 Ⅰ. 서론 인간은의사소통을통해사회화한다. 의사소통은말과음성으로전달되는정보의전달과정이며, 이과정은소리가그기저를이룬다. 청각기관은소리를수용하면서동시에음원의방향과잡음속에서특정한소리나음성정보를해석하는역할을담당한다 (Cocktail party effect). 청각정보를해석하는생리학적기능은청신경말단와우핵 (cochlear nucleus) 부터청각피질 (auditory cortex) 에이르는부분인청각중추전달로에서핵심적역할을수행한다. 이개 (pinna) 및이개강 (concha cavity) 은소리 를간섭하고공명시켜두귀에서듣는소리의크기에차이를생기게하고이를청각중추전달로로전달하는역할을한다. 두귀의외이에서의차이는청각중추전달로에서음원방향의분석및소음하명료도향상에관한중요한역할을담당한다 ( 허승덕외, 2006). 태생해부학적측면에서외이는태생 3 6주부터형성되기시작한다. 이개는 6주경에연골이형성되고 20주경에 Darwin 결절이만들어지면서성인의형태를갖추며생후 9세까지성장을계속한다 ( 김종선, 2002; 장선오 최병윤, 2003; 허승덕 유영상, 2004). 이개연골골격은심한요철을이루는 0.5 1 게재신청일 : 2009 년 10 월 20 일 최종수정일 : 2010 년 1 월 26 일 게재확정일 : 2010 년 1 월 30 일 c 2010 한국언어청각임상학회 http://www.kasa1986.or.kr 107
언어청각장애연구 2010;15;107-113 mm정도의두께를가진탄성연골로구성되어있고, 그위로연골막, 피하조직그리고얇은피부가덮고있다 ( 김종선, 2002). 성인의이개는이륜 (helix) 상단부터이수 (lobule) 하단까지상하길이가 6.3 6.5 cm, 너비는약 3.5 cm정도로상하길이와너비의비는약 2:1 정도이다 ( 강현주외, 2006; 장선오 최병윤, 2003). 이개강은이개가깔때기모양으로감싸고있는안쪽의공간을말하며, 외이도 (external auditory canal; EAC) 입구까지를말한다. 청각기관은소리를중추로전달하면서매질의차이로발생하는에너지손실을보상하기위하여다양한공명을통해음압을증강시킨다. 이개강에서의공명은두개골로부터돌출된이개가소리의진행을간섭하면서생기는 (flange effect) 고유주파수진동과이고유주파수가진행하는소리에합쳐져서발생하는음압증강을통해발생한다. 이개강공명은외이도형 (in the canal; ITC) 및비노출외이도형 (complete in the canal; CIC) 보청기의송화기위치효과 (microphone location effect; MLE) 를예측하는데유용한단서가된다. 순수외이도공명 (real EAC resonance) 은이개강공명이득을구할경우쉽게확인할수있으며, 이를통해귀걸이형 (behind the ear; BTE), 외이형 (in the ear; ITE), ITC 그리고 CIC 보청기착용시외이도잔류용적에따른공명이득을예측하는데중요한단서가된다. 이개의크기는이과및성형외과영역에서이성형술 (otoplasty) 을목적으로한연구들만이시행되었다 ( 강현주외, 2006; 장선오 최병윤, 2003). 외이에서의공명은두개골과상반신에의한몸통효과 (torso effect), 이개강공명, 외이도공명등을포함한신체전반에서발생한공명이득을모두포함하여구한소수의연구들이있다 ( 장철호 이진수, 1999; 조양선 고석주, 1999; 최아현외, 2009; 허승덕외, 2000; 홍성화외, 1997). 그러나이개강공명이나이개크기가이개강공명에미치는영향에대한청각학적측면에서의국내연구는없다. 보청기를이용한청각재활에서이개강및외이도공명은보청기가제공하는고유한음향이득이외의추가이득을얻기도하며, 보청기착용으로외이도가막혀공명손실이발생하기도하기때문에청각학적관점에서매우중요하다. 따라서외이각부분에서 발생하는공명에대한분석적연구가필요하다. 이연구는우리나라성인의이개강공명에대한정상치를확인하고, 이개크기가이개강공명에영향을주는가를확인하고자한다. Ⅱ. 연구방법 1. 대상이연구에는외이및중이질환이나수술을받은경험이없으며, 이개이상을초래하는레슬링이나유도등의체육활동경험이없는 20세부터 30세 ( 평균 22.5세 ) 사이의건강한성인 18명 ( 남 : 여=5:13) 이참여하였다. 연구자들은참여자들에게이연구의목적과방법을설명하였으며, 참여자모두이연구의목적과방법에대하여충분히이해하고실험참여에적극동의하였다. 2. 방법가. 이개크기측정이개의길이와너비는 Vernier calipers를이용하여측정하였다. 이개의상하길이는이륜상단부터이수하단까지의최장길이를측정하였다.< 그림 -1> 너비는일반적으로이개길이의중앙에해당하는이륜의외측지점으로부터이주 (tragus) 상단굴곡까지의길이를의미한다. 그러나이연구는이개강공명이두개골에서돌출된이개의영향을알아보고자하기때문에이주상단굴곡대신이개정 (cymba of concha) 뒤편유양돌기부두피와이개가이루는굴곡까지를길이로정의하였다 (< 그림 - 1>). < 그림 - 1> 이개의상하길이와너비 108
허승덕 이제현 전성민 김인아 / 이개크기에따른이개강공명 나. 귓본 (impression) 제작이개강은외이도와바로연결되어있어서실이계측 (real ear measurement; REM) 을할경우외이도공명이포함된다. 따라서이를차단하기위하여귓본 (impression) 을제작하였다. 귓본제작을위하여이경 (otoscope) 과고막운동도 (tympanogram) 를이용하여외이도및고막의상태를확인하였다. 인상물질 (impression material; Shore No. 35±2 A, Otoform AK, Denmark) 로인한고막손상을방지하기위하여외이도직경에맞는고막보호용솜뭉치 (ear dam) 를외이도 1굴곡에넣었다. 기본재료 (Base component) 및경화촉진제 (Catalyst component) 를잘혼합한후, 고막보호용솜뭉치와연결된실을이수와함께붙잡고인상용주사기를이용하여혼합된인상물질을외이도와이개강에채웠다. 인상물질이굳으면이를부드럽게제거한후이개강과외이도의경계부위를절단하였다. 다. 실이계측이개강공명은 Fonix 7000 Hearing Aid Test System(Frye Inc., USA) 을이용하여측정하였다. 먼저, 미리제작하여이개강과외이도입구의경계면을절단한귓본으로외이도를막았다. 귓본으로막힌외이도의입구중앙 ( 귓본중앙 ) 에실리콘재질의탐침관 (probe tube) 의끝을댄후, 탐침관을주간절흔 (traus notch) 쪽으로내려이수에의료용반창고로고정하였다. 이렇게고정한탐침관의다른쪽끝은측정용송화기 (measurement microphone) 와연결하였다. 음원스피커는외이도입구로부터 90 cm거리의 0º 와 45º 방향에각각두었으며, 200부터 8,000 Hz까지 75 db SPL 강도의순음을연속하여자극하였다. 외이도내부출력음압은 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2, 2.1, 2.2, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 3, 3.1, 3.3, 3.5, 3.7, 4, 4.2, 4.5, 4.7, 5, 5.3, 5.6, 6, 6.3, 6.7, 7.1, 7.5 그리고 8 khz의주파수에서측정하였다. 입력음압인 75 db SPL을뺀값으로정하였고, 이중가장큰이득값을최대이개강공명이득으로정하였다. 이개크기는상하길이와너비그리고이개상하길이와너비를곱하여구한전체면적변화에따른공명의변화를확인하였다. 이개크기에따른공명의변화는공명이득을측정한 43개주파수중공명이득이통계적으로유의한변화를보인주파수를찾고, 이들주파수에서의공명이득변화가이개크기에의한것인지를통계적으로검증하였다. 이개크기와이개강공명의상관관계는상관분석과단순회귀분석 (SPSS 16.0 for windows) 을이용하여통계적으로검증하였다. 이연구는교육과학기술부한국연구재단이지정하는좋은연구 (Good research practice) 의연구윤리를실천하였다. Ⅲ. 연구결과 이개크기는상하길이가 52.8부터 73.8 (61.7±5.5) mm이었으며, 너비가 16.35부터 29.9 (22.4±3.3) mm이었다. 두길이를곱해구한면적은 458.62부터 1034.54 (706.21±165.58) mm2를보였다. 최대공명주파수는음원입사각 0 와 45 에서모두 4 khz로나타났으며, 최대공명이득은 0 에서 12.2 (±2.9), 45 에서 13.6 (±3.5) db로나타났으나 (< 그림 -2>) 입사각 0 와 45 각각에서모든주파수의이개강공명이득은이개상하길이와너비의변화에도불구하고통계적으로유의한차이를보이지않았다. 라. 결과의분석 최대공명주파수는출력음압이가장높은주파수로하였고, 공명이득은각각의주파수출력음압에서 < 그림 - 2> 이개강공명 109
언어청각장애연구 2010;15;107-113 < 그림 - 3> 이개크기에따른이개강공명의변화 Ⅳ. 논의및결론 소리는음원의진동이사람의두귀에의해나뉘어졌다가청각중추전달로에서다시합쳐지면서음원의방향을구별한다. 이개, 이개강, 외이도로구성된외이는좌우양측에서두개골과이개등의간섭과공명을통하여들리는소리가도달하는시간 (interaural time differences; ITD) 과소리의강도 (interaural intensity or level differences; IID/ILD) 에차이를생기게하고이를상부청각기관으로전달하는역할을한다. ITD와 IID/ILD를단서로한방향의구별은음원이정면에있을때보다측면에있을때변별능력이더크다 ( 허승덕외, 2006). 소리방향의인지는외이에서획득한음향음성신호의 ITD 및 IID/ILD을근거로상올리브복합체 (superior olivary complex) 가최소 10 μs의 ITD와최소약 10 db SPL 정도의 IID/ILD의차이를인지한다. 보통말소리에대하여두귀청력손실의차이가 15 db이내인정면의소리에대하여방향성혼동이생기는것은상올리브복합체의역할과관련한다. 계속하여외측융대 (lateral lemniscus), 하구 (inferior colliculus), 내슬상체 (medial geniculate body) 등을지나면서음향신호의다양한특징들을처리하여청각기관의가장상위영역인 1차청각피질 (Primary auditory cortex; Brodmann s area 41/42, Hescle gyrus, A1) 및 2차청각피질 (Secondary auditory cortex; Brodmann s area 22, Wernicke s area, A2) 이수평적방향은물론공간적위치에대한정보를최종적으로분석한다. 인간청신경 ITD는최소 10 100 μs정도이며 (Grothe, 2003), 최대 660 μs정도이다 (Feddersen et al., 1957). 소리의파장등의음향물리학적특성과두개골의크기등매질의영향그리고청신경생리학적특성등과관련하여 800 Hz소리에서가장민감하게방향을변별할수있다. 800 Hz소리가전방에서들려올경우최소 1 차이를가지는음원방향을인지할수있다. 그러나소리의주파수가 500 Hz보다낮거나 1.3 2 khz보다높으면변별능력을기대하기어렵다 ( 허승덕외, 2006). IID는 200 Hz이상의소리에서주파수가높아질수록소리강도의존성음원변별능력이커지며, 외이도공명, 이개강공명, 이개간섭등에의해해당주파수범위소리에대한음원변별능력이극대화된다. 보청기가전자공학발전의혜택을충분히활용하기전에는이개의생리학적기능을강화시켜주는음향나팔 (sound collector cup/acoustic horn) 이보청기의역할을대신했다. 이들장치는그크기에따라다소차이는있지만 2,600 3,000 Hz범위에있는외이공명주파수를어음역중심주파수인 1,500~ 2,000 Hz정도로이동시키고, 새로운공명주파수대역에서 15 20 db정도의외이공명이득을포함한최대 25 db의이득을제공했었다. 이러한음향공명방식의비전기적보청기는중등도난청까지유용하게사용하였고, 지금도손을귀에대고듣는습관으로그흔적이남아있다. 우리나라사람의이개상하길이는생활수준향상과체격변화에영향을받아약 53 mm부터 ( 박철규, 1978) 약 65 mm정도까지 ( 강현주외, 2006; 변진석외, 1991; 장선오 최병윤, 2003) 커졌다. 이연구참여자들의이개길이는 61.7 mm로비교적최근에시행한선행연구들과차이를보이지않았다. 이개너비는이개성형등을목적으로구할경우 28 35 mm정도이다 ( 강현주외, 2006; 변진석외, 1991; 장선오 최병윤, 2003). 이연구에서너비는성형외과적목적으로하는선행연구들과달리외이도앞쪽에있는이주상단굴곡대신이개정뒤편유양돌기앞쪽의두피와이개가이루는굴곡까지를길이를측정하였다. 이렇게측정한이개너비는 22.4 mm로나타 110
허승덕 이제현 전성민 김인아 / 이개크기에따른이개강공명 났으며, 저자들이측정한너비는선행연구에서나타난것보다다소낮다. 이것은측정지점을달리한데따른것으로거리측정을선행연구와같이한다면큰차이가없는것으로볼수있다. 이개와이개강에의한공명은외이음향특성과보청기종류별 MLE를실이외이도측정을통해분석한연구들이있다 (Chasin, 1997; Mueller & Hall, 1998). 이들은돌출된이개와이개가형성한이개강에의한공명은 4-6 khz대역에서약 10 db정도인것으로보고하고있다. 이결과는저자들의연구와일치한다. 외이는소리의방향을분석하여말, 음성, 언어에대한정보를합리적으로판단할수있도록가장기본적단서를제공한다. 음원방향분석의단서는두귀사이에있는두개골의차폐 (head shadow) 효과에의해가장크게나타난다. 두개골차폐효과는좌우측면인 90 와 270 관계일때가장크며, 이때 IID/ILD는두배정도이다.( 허승덕외, 2006) 이연구에서나타난최대공명이득 0 의 12.2 db, 45 의 13.6 db은우리나라성인의두개골차폐효과에의한최대감쇄값으로제안할수있고, IID/ILD 단서는음향입사각이 0 일때최대 12.2 db인공명이득의두배까지예측할수있다. 이개크기는면적에서최소 458.6 mm2부터최대 1034.5 mm2까지두배이상차이를보였다. 그러나이러한차이에도불구하고이개강공명은변화하지않았다. 이개의집음효과를기대할수있는 ITC 보청기의증폭기이득은이개크기와관계없이 ITE보다 4 khz주파수대역에서최대 12.2에서 13.6 db까지높게얻을수있다. 그러나 CIC는 ITC와마찬가지로외이도를막고있으나 CIC가외이도입구일부를개방하는데서오는추가공명이득이발생하므로 CIC 에는적용하기위해서는외이도개방정도에따른공명이득변화에대한추가연구가필요할것이다. 따라서저자들이이연구를통해획득한정보는 MLE 에의한 CIC형보청기음향특성변화에연구를위한유용한단서가될것으로기대한다. 결론적으로이개의크기는이개강공명에영향을미치지않으며, 이것은 ITC와 ITE 보청기의음향이득결정과정에서이개크기를고려하지않더라도이개강공명손실을적절하게보상할수있다. 참고문헌 강현주 허경석 송우철 권혁제 박대균 손현준 고기석 한승호 백두진 정락희 김희진 (2006). 계측및비계측적분석을통한한국인젊은층귓바퀴의체질인류학적특징. 대한체질인류학회지, 19(4), 255-265. 교육과학기술부한국연구재단지정좋은연구홈페이지 http://www.grp.or.kr 김종선편서 (2002). 이비인후과학 - 두경부외과학. 서울 : 일조각. 박철규 (1978). 정상한국인이개연골에대한해부학적연구. 대한성형외과학회지, 5(2), 149-153. 변진석 박재우 백봉수 (1991). 이개재건을이한한국성인이개의생체계측치. 대한성형외과학회지, 18(3), 448-454. 장선오 최병윤 (2003). 외이기형과이개의수술. In: 서울대학교의과대학이비인후과학교실편. 이비인후과학두경부외과서울심포지움, 8, 1-23. 장철호, 이진수 (1999). 유양동폐쇄술이외이도공명주파수에미치는영향. 대한이비인후과학회지, 42, 1501-1504. 조양선 고석주 (1999). 소아장액성중이염환자에서환기관삽입후외이도공명의변화. 대한이비인후과학회지, 42, 13-16. 최아현 이미소 최아름 허승덕 (2009). 외이도용적에따른외이도공명의변화. 말소리와음성과학, 1(3), 155-158. 허승덕 김리석 고도흥 이정학 (2000). 음장과외이도내부에서의음성비교. 음성과학, 7(4), 83-90. 허승덕 유영상 (2004). 청각학 3 판 2 쇄. 부산, 동아대학교출판부. 허승덕 최아현 강명구 (2006). 재활청각학 - 인공와우, 보청기, 양이청취. 서울, 시그마프레스. 홍성화 우효창 조양선 고석주 신명희 (1997). 보청기처방전시행한 REUR 의특성. 대한청각학회지, 1, 64-69. Chasin, M (1997). CIC handbook. San Diego, CA: Singular Publising. Feddersen, W.E., Sandel, T.T., Teas, D.C., & Jeffress, L.A. (1957). Location of high frequency tones. Journal of the Acoustical Society of America, 29, 988-991. Grothe, B (2003). Sensory system: New roles for synaptic inhibition in sound location, Nature Reviews Neuroscence, 4, 540-550. Mueller, H.G. Ⅲ, Hall, J.W. Ⅲ. (1998). Audiologist Desk Reference Volume Ⅱ. San Diego, CA: Singular Publising. 111
Korean Journal of Communication Disorders 2010;15;107-113 ABSTRACT Resonance in the Concha Cavity is Associated with the Size of the Pinna SeungDeok Heo a,c,d, JeHyun Lee b,d SeongMin Jeon c,d InAh Kim c,d a Dong-A University Hospital, b Graduate School, Dong-A University, Pusan, Korea. c Catholic University of Pusan, d Busan Audiology-Speech Pathology Study Group, Pusan, Korea. Correspondence to SeungDeok Heo, PhD, Department of Otolaryngology Head and Neck Surgery, DongA University Hospital, 30, DongA University 1 Road, Seo-gu, Pusan, Korea e-mail: audiolog@donga.ac.kr tel.: +82 16 9667 7081 Background & Objectives: The pinna is located on the side of the head and forms the visible part of the hearing system. The cavum concha, an air-filled cone-shaped cavity deep within the ear canal, is also part of the pinna. Both of these structures collect sound and are connected to the external auditory canal (EAC). The pinna, cavum concha and EAC are not separated in the audiology field because these organs are connected anatomically and physiologically. Hearing aids play an importantroll in audiological rehabilitation. However, the use of hearing aids may cancel out the resonances of the cavum concha and EAC or may result in a gain higher than that of the electroacoustic gain. These variables differ among the different types of hearing aids. The value of the gain depends on to the microphone location effect (MLE) and the volume of the residual ear canal. The pinna and cavum concha influence the MLE. Hence, cavum concha resonance may play an important role in auditory physiology because resonance provides an important clue for direction determination. The goals of this study are to measure normative data in Korean adults and todetermine whether the size of the pinna influences the concha resonance. Methods: Eighteen healthy-young-adults (36 ears, M:F=5:13) participated in the present study. The resonance of the concha cavity was evaluated at azimuth 0 and azimuth 45, and the relationship between the size of the pinna and the resonance of the concha cavity were analyzed statistically. Results: The mean height of the pinna was 52.8 to 73.8 (61.7±5.5) mm, the mean width of the pinna was 16.35 to 29.9 (12.2±2.9) mm, and the mean area of the pinna was 458.62 to 1034.54 (706.21±165.58) mm2. The maximum resonance frequency was 4 khz in both directions. The maximum resonance gains were 12.2 (±2.9) db at azimuth 0 and 13.6 (±3.5) db at azimuth 45. The mean lengthof the concha cavity was 61.7 (±5.5), and its mean width was 22.4 (±3.3) mm. The sizes of the pinna and concha cavity were significantly correlated (p=0.01). However, there was not statistical significance between the size of pinna and the resonance of the concha cavity. Discussion & Conclusion: The results of this study suggest that pinna size does not affect the resonance of the concha cavity. (Korean Journal of Communication Disorders 2010;15;107-113) Key Words: Conchae Cavity Resonance, Hearing Aids, Pinna, Microphone Location Effects REFERENCES Byun, J. S., Park, J. W., & Baik, B. S. (1991). An Anthropometric Value of Normal Korean Ears for the Construction of the Ears. Journal of the Korean society of plastic and reconstructive surgeons, 18(3), 448-454. Cho, Y. S., & Koh, S. J.(1999). Changes in Exteranal Ear Resonance after Ventilation Tuve Insertion in Pediatric Patients with Middle Ear Effusion. Korean Journal of Otolaryngology Head and Neck Surgery, 42, 13-16. Choi, A. H., Lee, M. S., Choi, A. R., & Heo, S. D. (2009). Resonance Changes in the External Auditory Received, October 20, 2009 Final revision received, January 26, 2010 Accepted, January 30, 2010. c 2010 The Korean Academy of Speech-Language Pathology and Audiology http://www.kasa1986.or.kr 112
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