Breakthroughs in Hearing Aid Technology and Rehabilitation

Lee, Junghak; Lee, Kyoung Won

Review

Hearing Aids

Korean Journal of Audiology 2008;12(3):145-151.

Breakthroughs in Hearing Aid Technology and Rehabilitation

¹Department of Audiology, Hallym Institute of Advanced International Studies, Seoul
²Department of Otolaryngology, College of Medicine, Hallym University, Sacred Heart Hospital, Anyang, Korea

최근의 보청기 기술과 재활

이 정 학^{¹^,²}^, 이 경 원^¹

^¹한림국제대학원대학교 청각학과
^²한림대학교 의과대학 성심병원 이비인후과학교실

Abstract

Due to the improvement of digital signal processing and amplifying systems, hearing aid technologies have rapidly developed chiefly in the field of speech cue enhancement and noise reduction which helps hearing-impaired people increase the speech recognition ability. These developments include multi-channel digital signal processing, open fitting system, adaptive feedback control, adaptive directional microphone, multi-channel expansion, etc. Although current hearing aids can almost perfectly reproduce the original speech sounds, however, it is true that many hearing-impaired persons especially with sensorineural hearing losses are not satisfied with the amplified sounds. Thus, hearing aid fitters have recently shown a keen interest to the auditory rehabilitation, followed by the first fitting of the hearing aid, which is based on the individualized rehabilitation plan (IRP) and the research results of the neuroplasticity and auditory acclimatization. Recent issues of hearing aid technologies and the auditory rehabilitation for hearing aid adjustments are further discussed in this paper.

Keywords: Hearing aid technology;Hearing aid rehabilitation;Individualized rehabilitation plan.

Address for correspondence : Junghak Lee, PhD Department of Audiology, Hallym Institute of Advanced International Studies, 907-13 Daechi-dong, Gangnam-gu, Seoul 135-841, Korea
Tel : +82-2-2051-4950, Fax : +82-2-3453-6618, E-mail : leejh@hallym.ac.kr

서 론

1950년대 초반에 트랜지스터를 이용한 개인용 보청기를 상용화한 이후에 집적회로(integrated circuit) 및 제작 기술의 지속적인 발전은 보청기의 소형화 및 편안한 착용감을 실현하였다. 그리고 1990년대 이후 디지털신호처리(digital signal processing: DSP) 기술을 보청기와 접목함으로써 보청기의 프로그램화가 가능하였으며, 다중기억 (multi-memory), 다채널(multi-channel), 소음의 탐지와 감소(noise detection and reduction) 및 방향송화기(directional microphone) 등의 기능을 보청기에 적용할 수 있게 되었다.¹⁾ 이러한 보청기의 다양한 기술은 음향피드백(acoustic feedback), 폐쇄효과(occlusion effect), 소음 등의 효과적인 제어를 통하여 보청기 착용자에게 더욱 자연스러운 음질과 다양한 청취환경에서 개선된 어음의 인지를 가능하게 하였다.
1990년 이후에 출시한 보청기의 기술은 첫째, 입력음압에 따라 서로 다른 이득을 제공하는 광역동범위압축(wide dynamic range compression: WDRC)을 포함한 비선형(non-linear; automatic gain control: AGC)의 증폭방식을 통하여 난청인의 청력역치를 포함한 역동범위의 정상화를 가능하게 하였다.^2,^3,⁴⁾ 그러나 지나친 역동범위의 정상화는 속삭이는 소리 수준인 주변의 작은 소음까지 증폭하여 난청인이 불편해 할 수도 있다.⁵⁾ 둘째, 주파수대역별로 서로 다른 이득(gain), 최대출력(output souns pressure level: OSPL), 압축역치(compression threshold: CT) 및 압축비율(compression ratio: CR)을 제공하는 다채널 기술은 난청인의 청력손실 형태에 알맞은 주파수반응곡선을 제공할 수 있으며, 효과적인 음향피드백의 제어가 가능하게 되었다. 또한 음향피드백 제어 기술은 환기구(vent)의 직경을 크게 할 수 있으므로 폐쇄효과를 효과적으로 해결할 수 있어 난청인에게 더욱 자연스러운 음질을 제공할 수 있게 되었다.⁶⁾ 다채널 기술은 또한 서로 다른 주파수대역에 존재하는 어음신호와 환경소음을 적절하게 조절할 수 있으며, 상향차폐(upward spread of masking)를 방지하여 다양한 청취환경과 다양한 크기의 어음에 대해서 한층 개선된 어음인지를 보청기 착용자에게 제공할 수 있게 되었다.⁴⁾ 셋째, 신속하고 정확한 잡음의 탐지 및 제어 기술과 방향송화기는 어음과 관련이 적은 신호의 효과적인 감소와 특정 방향에서 유입하는 신호의 효과적인 제어 등을 통하여 한층 개선된 신호대잡음비(signal-to-noise ratio: SNR)를 가능하게 하였다.^7,^8,^9,¹⁰⁾ 하지만 아무리 보청기 기술이 발전해도 난청인 개개인의 특성을 고려한 보청기 재활, 즉 보청기를 이용한 청능재활의 과정을 거치지 않고서는 만족도가 높지 않을 것이다. 보청기 재활의 주 목적은 증폭된 새로운 소리의 적응과정을 편안하고 적응기간을 최소화하는데 있다. 본고에서는 최근에 출시하고 있는 보청기의 기술적 변화와 그러한 기술을 적용하는 보청기 재활과정에서 고려해야 할 사항들을 정리하였다.

최근의 보청기 기술

다채널 증폭시스템
최근에 출시하고 있는 보청기는 8~20개의 채널을 사용하고 있다. 다채널은 이득과 최대출력은 물론 CT와 CR을 각 채널별로 조절할 수 있어서 난청인의 청력형태에 알맞은 주파수반응곡선과 OSPL을 제공할 수 있다(Table 1). 그리고 잡음을 효과적으로 제어할 수 있으며, 상향차폐를 방지하여 더욱 개선된 어음인지환경을 제공할 수 있다. 또한 효과적인 음향피드백의 제어는 개방적합(open fit)이 가능하게 하였다. 최근에는 다채널확장(multi-channel expansion) 및 다채널방향송화기(multi-channel directional microphone)를 구현하여 더욱 향상된 SNR을 제공하고 있다.¹¹⁾

개방적합
최신의 보청기에서 음향피드백 제어기술은 모든 주파수에서 발생하는 음향피드백을 이득의 감소를 최소화하면서 더욱 빠르고, 정교하게 제어할 수 있다.¹²⁾ 정교한 음향피드백 제어기술은 개방적합을 구현할 수 있어서 보청기 착용 시 발생하는 폐쇄효과를 효과적으로 해결할 수 있다. 현재 개방적합은 주로 귀걸이형의 보청기에 적용하고 있으며, 초기에는 귀걸이보청기의 수화기에서 나온 음향을 튜브를 통하여 외이도 내의 이어팁(ear tip)으로 전달하였다.^6,¹³⁾ 이때 이어팁은 외이도 내의 음향을 보청기 밖으로 효과적으로 배출할 수 있도록 환기구를 극대화한 형태이다(Fig. 1A) 최근에는 수화기를 외이도 내에 장착할 수 있는 receiver in the ear(RIE) 또는 receiver in the canal(RIC)형의 보청기를 출시하여 보청기 착용 전과 비슷한 주파수반응곡선의 재생이 가능해졌으며, 튜브를 사용하는 경우에 발생하는 여러 개의 정점(peak)을 제어할 수 있다(Fig. 1B, C). 또한 일부 제조사에서는 보청기의 본체를 이개강(cymba conchae)에 장착할 수 있는 초소형의 개방적합용 귀걸이 보청기를 선보이고 있다(Fig. 1D,E,F).

다채널 방향송화기
과거의 고정 방향송화기(static directional microphone)는 주로 저주파수 대역에서 특정한 방향의 SNR을 개선할 수 있었으며, 적응 방향송화기(adaptive directional microphone)는 비교적 다양한 방향에서 유입하는 잡음을 제어할 수 있었다.^14,¹⁵⁾ 그러나 최근에 적용하고 있는 다채널 방향송화기는 여러 방향에서 유입되는 다양한 주파수대역의 잡음을 동시에 제어할 수 있다(Fig. 2). 특히 다채널 방향송화기는 다화자잡음에 대해서도 높은 SNR을 유지할 수 있으므로 보청기 착용자는 다양한 청취환경에서 특정인과 원활한 대화를 꾀할 수 있다.

보청기 사용 정보기록
2000년대 중반 이후 각 보청기 제조사는 정보기록(data logging) 시스템을 도입하여 난청인이 일상생활에서 보청기를 실제로 착용하는 총시간, 일일 평균사용시간, 사용한 프로그램 등 보청기 사용에 대한 다양한 정보를 보청기 내에 저장한다(Fig. 3). 이러한 정보기록은 재적합시 보청기 사용시간 및 문제점, 선호하는 주파수반응곡선 등을 분석하여 난청인의 청능재활에 도움을 줄 수 있다.¹⁶⁾

기타 최근 보청기의 특징

블루투스의 적용
최근의 보청기는 블루투스(blue tooth)를 이용하여 보청기를 전화, CD 플레이어, MP3 등의 주변기기와 연결하여 사용할 수 있다(Fig. 4). 보청기와 주변기기의 호환성은 난청인이 음악청취 등의 다양한 문화생활을 즐길 수 있으며, 전화, 컴퓨터 등의 사용을 통해 손쉽게 다양한 주변의 정보를 얻을 수 있다.

FM 수신기의 연결
FM 보청기는 난청인이 높은 SNR 또는 좋은 음향정보를 얻기 위해 헤드폰, 귀걸이형의 보청기, 각종 음향기기 등의 기기와 연결하여 사용할 수 있다(Fig. 5).¹⁷⁾ 최근에는 귀걸이형의 기도형 보청기 또는 인공와우(CI)에 FM수신 모듈(module)을 연결하여 사용할 수 있는 제품을 출시하고 있어서 별도의 FM 보청기를 구입할 필요가 없다.

보청기 적합 소프트웨어의 다양화
최근의 보청기적합 소프트웨어(hearing aid fitting software)는 과거에 비해 더욱 다양하고 편리하게 보청기를 적합할 수 있도록 구성되어 있다. 소프트웨어 내에는 현재 주로 사용하고 있는 NAL-R, DSL, Berger, POGO 등의 선형보청기 적합공식(fitting formula) 그리고 NAL-NL1, DSL i/o, IHAFF, Fig. 6 등의 비선형보청기 적합공식을 내장하거나, 보청기 제조사가 독자적으로 개발한 적합공식을 내장하여 사용하기도 한다.¹⁸⁾ 또한 보청기 적합도우미(fitting assistant)를 내장하여 다양한 특성의 난청인의 청취환경에 알맞게 보청기를 조절할 수 있으며, 실이측정(real ear measurement)과 어음인지에 근거한 맵핑(speech mapping) 기능을 내장하여 더욱 정확한 보청기적합은 물론 난청인의 상담에도 도움을 주고 있다.

다양한 색상
최근 귀걸형의 보청기는 색상, 모양 등에 있어서 패션화 하고 있다. 특히 귀걸이 보청기는 아동이 선호할 수 있도록 다양한 색상의 보청기를 출시하고 있으며, 보청기의 형태 또한 작고 가벼우며, 유선형의 보청기를 선보이고 있다.

귀본 전송시스템
최근에 출시하고 있는 3D 스캔시스템은 현장에서 채취한 귀본을 입체적으로 스캔한 후 데이터를 전자우편(e-mail)을 통하여 제조사에 전송할 수 있는 시스템이다(Fig. 6). 이 방법은 우편물 배송시간을 절약할 수 있으며, 배송시 부주의로 인한 귀본의 손상 및 왜곡을 방지할 수 있는 장점이 있다.

보청기 재활

보청기 재활의 목적은 성인의 경우 잔존청력을 최대한 활용하고, 새로운 청취환경에 가능한 빨리 순응(acclimatization)하도록 도와주는 것이며, 아동은 상기 목적 외에 수용 및 표현 언어의 발달을 촉진하고자 하는 것이다.^19,^20,²¹⁾ 선천성 난청인의 경우는 재활이란 표현보다 자활이 더 적절하지만 재활이란 용어가 포괄적 의미에서 많이 사용되고 있기 때문에 본고에서도 재활의 의미를 포괄적으로 기술하겠다. 보청기 재활의 방법은 기본적으로 청신경가소성(auditory-neuroplasticity)에 근거하여 새로운 소리에 대한 순응을 체계적으로 도와주는 기법이다. 다시 말해서 다양한 어음과 환경음에 대한 변별(discrimination)부터 확인(identification)과 인지(recognition)를 거쳐 마지막으로 종합적인 이해(comprehension)의 단계까지 도달하는데 걸리는 시간을 최대한 단축하고자 하는 것이다. 일반적으로 보청기 재활은 보청기의 평가, 적합 및 청능훈련으로 구분할 수 있으며, 난청인과 보청기의 특성에 따라서 개별화재활계획(individualized rehabilitation plan: IRP)을 수립 후 시행해야 보청기 착용효과를 극대화 할 수 있다. 그 내용을 간략히 살펴보면 다음과 같다.

보청기 평가
보청기 평가는 난청인의 배경정보, 청능평가결과 등을 통하여 보청기의 착용 대상자를 선정하고, 청력손실의 종류, 형태 및 정도에 따라 보청기의 착용 귀, 규격, 유형 등을 선정하는 과정이다.¹⁾ 최근에는 착용 귀 선정을 위해 방향성평가가 중시되고 있으며, 최적이득(optimal gain), 최대이득(maximum gain), 최대출력(OSPL), 압축비율(CR), 압축역치(CT) 등의 보청기 규격 선정을 위해서 음량증가지각(loudness-growth perception) 검사의 필요성이 증대되고 있다. 보청기 규격 선정이 이루어지면 규격에 적절한 보청기 유형을 결정해야 하며, 최근의 기술도 함께 고려해야 한다. 물론 각 선정단계에서 지속적인 상담을 통하여 난청인이 자신의 청력상태와 보청기 특성을 충분히 이해하고 있는지를 확인하는 것이 중요하다. 최종 확인이 되면 선정된 보청기 규격과 유형에 따라 제조사에 주문 의뢰한다.

보청기 적합
보청기 적합은 난청인의 청력손실의 종류, 형태 및 정도에 따라 제작된 보청기의 주파수 별 최적이득, OSPL, CT 및 CR 등을 조절해 주는 과정이다. 이때 난청인은 착용한 보청기를 통하여 신체적(physical), 심리적 (psychological) 및 사회적(social)인 측면에서 장애의 정도가 감소하여야 한다.¹⁾ 보청기 적합의 내용은 보청기 성능분석, 보청기의 물리적 및 기능적 적합, 보청기 이득 확인, 보청기 적응교육 등을 포함한다.

보청기 성능분석
보청기의 성능분석은 건청인의 귀를 통하여 보청기의 이상유무를 확인하는 심리음향적 방법과 성능분석기를 이용하는 전기음향적 방법으로 구분한다. 전기음향적 분석방법은 국제전기기술위원회(International Electrotechnical Commission: IEC) 및 미국표준협회(American National Standards Institute: ANSI) 규정에 근거하여 최대출력, 최대이득, 기준시험이득(reference test gain), 주파수범위(frequency range), 입출력기능곡선(I/O function curve), 자기반응(magnetic response), 소비전류(current drain), 압축시간(attack time) 및 해제시간(release time) 등을 포함한다.

보청기의 물리적 적합
보청기의 물리적인 적합 확인은 보청기 착용시의 착용감, 송화기 및 음량조절기의 위치, 조작의 용이성, 미적인 측면, 음향피드백 및 울림현상 등이 있다. 음향피드백, 소리의 울림 등과 같이 보청기 착용과 관련하여 중대한 문제가 없는 경우는 보청기적합 현장에서 해결하는 것이 바람직하다.

보청기의 기능적 적합
착용한 보청기의 이득과 최대출력이 적당한지 음장측정(sound field measurement) 또는 실이측정(real ear measurement)을 통해서 확인한다. 또한 보청기 적합과정에서 채널 수, 소음감소기능, 음향피드백 제어기능, 방향송화기의 종류 등에 따라서 어음인지도, 방향이득(directional gain), 방향분별력(directional discrimination) 등이 어떻게 변화하는지를 확인할 수 있다.

보청기의 적응 교육
보청기의 적응에 대한 교육은 보청기 재활에 있어서 중요한 과정 중의 하나다. 교육 내용은 청력평가 및 보청기적합 결과의 이해, 보청기의 사용과 관리 및 주의사항, 청신경의 적응과정 및 기간, 소리를 듣기 위한 청취전략, 보청기를 통한 재활의 중요성 등을 포함한다. 그리고 보청기 착용시의 만족도를 높이기 위해서 기대치를 실제보다 낮추는 것이 효과적일 수 있다.²²⁾ 이때 보호자 등의 주변인이 있는 경우는 반드시 주변인도 함께 교육하는 것이 효과적이다.²³⁾

청능훈련
보청기를 통한 청능훈련(auditory training)은 청각적 정보와 시각적 정보를 동시에 활용하여 어음인지능력을 개선하는 청시각 통합훈련(auditory-visual integration training: AVI)²⁴⁾을 바탕으로 시작하여 점진적으로 청각에만 의존하도록 한다. AVI의 목표는 대화의 내용이 바뀌는 과정에서 상황적 단서, 시각적 단서 및 청각적 정보를 언어적 요소와 상호작용하도록 도와주어 의사소통의 기술을 증진시키는 것이다. 기본적인 청능훈련의 방법은 듣기훈련법(listening training strategy)과 대화기법(conversational strategy)으로 나누어지며, 난청인의 특성에 따라서 개별화재활계획(individualized rehabilitation plan: IRP)을 세워서 시행해야 보청기 착용효과를 극대화할 수 있다. 보청기 효과에 영향을 주는 주요한 난청의 특성은 난청정도, 난청발생시기, 선천성 vs 후천성 난청, 난청기간 등이다.

듣기훈련법
듣기훈련법은 개인에 대한 훈련방법으로 청각과 시각을 동시에 활용하는 청시각 통합훈련으로 설명할 수 있으며, 최종적으로 청각만을 활용하는 방법으로 전환한다. 세부적으로 감지, 변별, 확인, 인지, 이해 등으로 구분하며, 단순한 소리부터 복잡한 소리까지 다양하게 구성한다(Table 2). 선천성 난청인의 경우는 듣고 따라 말하는 발성훈련과 음의 높낮이를 구분하고 따라하는 음조훈련도 포함한다.

대화기법
대화기법은 개인 또는 그룹에 대한 훈련방법으로 청각과 시각을 동시에 활용할 수 있으며, 최종적으로 청각만을 활용하는 방법으로 전환한다. 구조적 대화기법은 청능훈련을 위해 인위적으로 구성한 문장을 보기로 사용할 수 있으며(closed set), 자연적 대화기법은 난청인이 이해할 수 있는 주제를 선택하여 자연스럽게 대화를 하는 형식으로 보기가 없다(open set). 이러한 대화기법은 난청인이 어느정도 자신감을 갖게되면 소음환경 내에서도 활용할 수 있다.

보청기 재활을 위한 IRP 및 보고서
효과적인 보청기 재활을 위해서 청각전문가는 난청인의 연령과 난청의 특성, 어음인지정도, 신체적 및 정신적인 상태, 착용한 증폭기기의 종류 등을 고려하여 IRP를 수립해야 한다(Table 3). 보청기 재활은 일반적으로 2~6개월이 소용되는데, 매주 1회 40분 단위의 청능재활을 10주 동안 시행하는 것을 기본으로 하며 난청인의 특성에 따라서 다양하게 조정한다. IRP는 기본 10주간의 종합 IRP와 회기별 IRP로 구분한다. 회기별 IRP는 재활내용, 즉 초기상담, 청능평가, 보청기 적합, 청능재활, 제언을 포함하며, 각 재활내용에는 시행시간, 세부목표, 구체적 시행방법, 예상결과 등을 기술한다. 보청기 재활 시행 후에는 회기별 보고서를 작성하고, 10주 과정이 마무리되면 종합 보고서를 작성해서 난청인, 보호자 및 관련기관에 알려주고 기록으로 보관한다(Table 4). 10주 과정 후에도 만족할 만한 적응이 이루어 지지 않으면 보청기 재활기간을 연장해야 한다. 일단 적응 후에는 학령기전 아동은 3개월 단위로, 학령기 이후의 경우는 6개월 단위로 보청기 착용효과, 성능분석 등을 재평가하는 것이 바람직하다.

결 론

최근의 보청기 기술은 좁은 역동범위의 정상화, 음질 및 SNR의 개선을 통한 다양한 청취 환경에서 어음인지의 향상, FM 보청기, 음향기기 등 다양한 주변기기와의 연결 등 난청인의 청각손실과 관련하여 눈부신 발전을 거듭하고 있다. 이러한 보청기의 기술적 발전은 청각 관련 학문의 발전과 조화를 이루어 난청인의 장애 극복에 많은 도움을 주고 있다.
하지만 난청인의 보청기 만족도를 높이기 위해서는 보청기의 최신기술과 난청의 특성을 충분히 숙지하고 있는 청각전문가가 IRP에 근거하여 보청기 재활을 시행하는 것이 중요하다고 할 수 있겠다. 그리고 청각전문가에게 보청기에 대한 전문지식과 재활 경험 못지않게 중요한 것은 난청인에 대한 애정과 인내심이라고 생각한다.

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