최근 보청기 제조 기술들은 전통적인 몰드 형태와 3D 프린팅을 적용한 방법들이 혼합되는 형태로 발전하고 있다. 3D 프린팅 기술은 귓본을 3D 스캔하여 디지털 데이터로 모델링하고 3D 프린터로 출력하여 쉘을 제조하는 방법이다(Cortez et al., 2014; Jarng, 2011; Kim, 2016b). 그러나 이러한 귓속형 보청기 기술들은 모두가 개인 외이도에 귓본(impression) 채취하는 방법으로 보청기를 제조하고 있다(Kim, 2016b). 이러한 이유로 귓본 채취 과정에서 감염과 고막 손상, 삽입 귓본이 제거되지 않는 응급 상황이 발생되기도 하며 실제 보청기 제작 후 귓본 크기가 맞지 않아 헐겁거나 통증을 유발하는 사례들도 있다. 보청기 만족도 조사에 의하면 응답자의 24%에서 보청기 크기가 맞지 않아 통증이 유발되는 사례들이 보고되고 있다(An et al., 2011; Kim, 2016b). 또한 사용자의 불만으로 다시 제공되는 사례를 포함한다면 이보다 더 높다고 할 수도 있다. 이는 사용자에게 보청기 착용이 적응되기 전에 나타나는 불편일 수도 있겠지만 많은 제조공정에 의한 기술자의 의존도와 귓본 채취 후 경화 과정의 물질변형으로 나타나는 환경요인도 있을 수 있다.

최신 보청기 기술 동향에서 Park & Baek(2014)은 보청기가 아날로그에서 디지털 보청기 시대로 전환되면서 그 성능과 기능이 크게 발전하였다고 소개하고 있으며, Ku et al.(2013)은 보청기가 세밀한 청각손실을 보상하기 위해 다수 채널 사용에 의한 연산량을 줄이고 상호간섭(aliasing)을 최소화할 수 있는 기술들을 소개하고 있다. 또한 Akhtar & Nishihara(2013)는 디지털 보청기의 필터 알고리즘 개발로 최신 음향 되울림 제거 방법들을 소개하고 있다. 이와 같이 최근의 보청기 연구 동향들은 대부분 보청기 S/W 기술에 초점을 맞추고 있으며 H/W 부분의 제조 연구들은 많이 부족한 편이다. 이러한 성능 변화가 음질 개선에 효과가 높겠지만 보청기의 특성상 장시간 착용하는 사용자 입장에서 맞춤형 형태도 매우 중요하다고 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 의료영상기반(digital medical imaging, DMI) 데이터를 이용하여 귓속형 보청기를 제조 후 기존 귓본 보청기와 비교하는 예비 연구를 하였다. 이러한 DMI 방법은 외이도의 변화가 이루어지지 않은 자연 상태에서 외이도 모델링이 가능하기 때문에 개인 맞춤형에 보다 효과적일 수 있으며 고막 근처 귓본 채취가 어려운 초소형 보청기 제작에 유리할 것이라는 판단 때문에 연구를 하게 되었다. 본 연구는 DMI 방법으로 외이도를 추출하는 맞춤형 보청기 융합기술에 주안점을 두었으며 기존 연구의 기초적 실험들을 보완하여 기술하고자 하였다(Kim, 2017 & 2019). 보청기 제조에서 DMI 방법은 인체 외이도 단면을 3차원 표면 모델링으로 추출하는 기술(Choi & Kim, 2009; Kim & Goo, 2016)과 이를 입체적으로 출력할 수 있는 3D 프린팅 기술이 가능하기 때문이다(Kim et al., 2016; Kim, 2019; Rengier et al., 2010). 본 연구에서는 이러한 기술들을 바탕으로 DMI 방법을 통한 보청기 제조 가능성을 확인하고자 하였다.

본 연구에서 의료영상 기반 DMI 기술은 Figure 7과 같이 인체 내부의 기저 질환뿐만 아니라 고막까지의 용적(volume), 2nd 굴곡 이후의 외이도 방향성을 확인할 수 있어(Figure 7C) 보청기 쉘 크기 및 리시버 방향 설정에 매우 유리하였다.

본 연구 실험은 중고도 난청 참여자에게 폐쇄감, 착용감 등의 만족도 차이를 비교한 후 DMI 방법을 통한 보청기 제조 가능성을 판단해 보고자 하였다. 보청기는 개인 맞춤화가 매우 중요하기 때문에 동일인에 대한 쉘 형상 비교가 필요하다. 쉘 형상 비교는 보청기 장축이 고막 가까이 접근할 수 있고 착용 후 음향적 만족도가 높게 나오는 것이 이상적 비교 방법이라 판단하였다. 따라서 음향적 특성을 확인하기 위해 기능이득(funtional gain) 및 예비이득(reserve gain) 값을 비교하여 동일인에 대해 귓본과 DMI 기술 방법이 음향적으로 어떻게 비교되는지 근거를 제시하고 싶었다. 하지만 본 연구 실험에 의한 통계 검정을 신뢰도 있게 제시하기에는 샘플 수가 낮아 예비 연구(preliminary study) 비교로 제한하였다. 낮은 샘플 수는 기능이득(funtional gain) 실험 결과에서도 보여주듯이 4그룹(C, D, E, F) 중 3그룹에서 두 가지 방법이 통계적으로 유의미한 차이는 있지만 그룹 간 상반되는 결과가 나타나 실험 모수를 높여야 하는 이유를 설명하고 있다.

2014년 장애인 실태 조사에 따르면 청각장애인의 57.1% (2008년), 60.4% (2011년), 61.8% (2014년)에서 보청기 사용이 점차 증가하였지만 보청기에 만족하며 지속적으로 사용하는 경우는 절반에도 미치지 못하고 있다(Kim, 2016a). 그 이유로는 보청기 착용이 기대한 만큼 큰 효과가 없고 착용하기 불편하며 부정적인 사회적 인식과 기기의 저조한 품질 상태라고 조사되었다(Kim, 2016a). 이와 같이 일상적으로 사용해야 하는 난청인에게 보청기 착용 상태는 매우 중요하다. 본 연구에서는 두 가지 방법에 대한 만족도 결과 대응 표본 통계량(평균) t 검정에서 귓본 보청기(3.00)와 DMI 보청기(3.80) 간에 유의미한 차이(t = 4.000; p < 0.05)가 나타났지만 새로운 기술(DMI 방법)에 대한 정도 관리(quality control) 연구가 많이 필요한 부분이라 판단된다.

최근 보청기 귓본 획득 방법은 외이도 내 실리콘 주입 과정에서 두려움, 불쾌감, 감염, 고막 손상 위험이 많다. 이는 귓본 획득 과정에서 실리콘이 고막 안전에 심각한 손상을 줄 수도 있으며 경우에 따라서 외이도 내부가 넓어 귓본 제거가 되지 않는 응급 상황이 발생할 수도 있다. 이에 반해 본 연구에서 실험된 DMI 방법은 기존 귓본 획득 과정에서 발생되는 감염의 우려와 특이한 외이 형태에 대한 예측 적용이 가능하여 안전상의 문제점들이 상대적으로 낮다고 할 수 있다. 또한 귓본 획득 시 외부적 압력이 없고 이물질이 없는 자연 상태의 외이도 추출이 가능하여 정밀성을 높일 수 있는 기술이라 판단한다. 하지만 본 연구 실험에서는 DMI 방법으로 제조된 보청기가 귓본 방법에 비해 착용감(confort)에서 ‘헐겁다’라고 했다. 아마도 이는 의료영상 획득 시 자연 상태에서 외이도 모델링이 추출되었기 때문이라 판단되며 향후 의료영상 데이터 획득 시 영상(image)의 두께 변화, 영상 세분화(image segmentation) 알고리즘 분석, 쉘 모델링 편집, 3D 프린팅 적층 기술 연구들이 추가 실험되면 충분히 정도 관리될 수 있으리라 본다. 또한 귓본 방법에서 착용자의 폐쇄감(occlusion)이 더 높게 나타난 이유는 귓본 채취 압력으로 높은 크기의 정보값으로 모델링에 반영된 결과로 판단된다. DMI 방법에서 기능이득(funtional gain)과 예비이득(reserve gain) 값이 상대적으로 높았는데 이는 고막 가깝게 쉘을 디자인할 수 있는 기술이 가능하기 때문이며 이는 소리를 증폭시킬 수 있는 유리한 조건에 해당된다. 따라서 보청기가 깊게 삽입되면 에코(또는 폐쇄 효과)가 낮게 발생되는 장점이 될 수도 있다.

본 연구에서 DMI 영상의 3차원 시각화는 인체 질병 진단, 외과적 수술 계획, 모의수술, 방사선치료계획(radiation treatment planning), 중재적(interventional) 시술 및 영상유도수술(image guided surgery)에 효과적으로 이용되고 있다(Lee et al., 2013; Robb, 2000). 이는 인체와 동일한 3차원 시각화가 가능하여 질병을 진단하고 치료하는 데 중요한 역할을 하기 때문이다(Lee et al., 2019). 이러한 인체의 3차원 시각화 기능으로 외이도에 적용된 맞춤형 보청기 제조 기술에 앞으로도 많이 응용되길 기대한다.

인체 질병 진단과 치료에 응용되는 DMI 기술을 활용하여 외이도 내부를 추출하는 새로운 보청기 제조 기술을 실험하고 기존 귓본 방법과 비교된 쉘의 형상, 착용 만족도, 기능이득(funtional gain) 및 예비이득(reserve gain)의 음향적 특성을 분석하였다. 그 결과 보청기 쉘 폭이 귓본 방법에 비해 얇아 실제 착용 시 폐쇄감이 낮고 ‘약간 헐겁다’는 착용 상태를 보였으나 고막 가까이 형상 정보를 나타낼 수 있어 상대적으로 더 깊게 보청기 쉘을 제조할 수 있었다. 결과적으로 DMI 방법의 귓속형 보청기 제조 시 귓본을 안전하고 더 깊게 채취할 수 있어 보청기 착용 시 청력의 개선 및 에코(occlusion) 개선에 효과적이라 판단된다. 향후 DMI 기술이 보편적으로 정도관리된다면 기존의 귓본 방법에서 일어날 수 있는 감염, 고막 손상 등을 보완할 수 있는 새로운 기술이 되리라 확신한다.