[논문]다양한 자극음을 이용한 모바일 이명 진단과 치료 시스템

이영록; 박동규; 김형욱

doi:10.9717/kmms.2018.21.11.1317

다양한 자극음을 이용한 모바일 이명 진단과 치료 시스템
A Mobile System for Tinnitus Diagnostics and Therapy using Various Sound Stimuli 원문보기

멀티미디어학회논문지 = Journal of Korea Multimedia Society, v.21 no.11, 2018년, pp.1317 - 1326

이영록 (Dept. of Information & Communication Engineering, Graduate School, Changwon National University) , 박동규 (Dept. of Information & Communication Engineering, Graduate School, Changwon National University) , 김형욱 (Dept. of Information & Communication Engineering, Graduate School, Changwon National University)

Abstract ▼ AI-Helper

A common treatment for tinnitus rehabilitation is to use a device called a sound generator to continuously supplying the sound stimuli. The devices usually provides a sound called white noise, or pink noise, which are common in nature. In this paper, we developed a mobile system for tinnitus diagnostics and therapy using Android mobile applications. The first step for tinnitus diagnostics is detecting an exact tinnitus frequency of the patients, therefore we provide a bark scale tinnitus detection algorithm for fast and accurate diagnostics. Also, the system can provide various stimuli sounds including white noise, pink noise, brown noise, nature sounds, and binaural beats. Also we provides the therapeutic functions through questionnaires to solve existing problems of the patients.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Ear anatomy[1-2].
그림 Fig. 2. Frequency-specific processing locations within the coclear.
그림 Fig. 3. Frequency and band relationship diagram of the bark scale.
그림 Fig. 4. Various noise used on this paper (a) White noise (b) Pink noise (c) Brown noise (d) Narrow band noise.
그림 Fig. 5. Two different frequency sounds and binaural beats. The summation of 100 Hz and 110 Hz pure tone sounds make a 10Hz sounds, which called a binaural beats.
그림 Fig. 6. Sum of 100Hz frequency and 110Hz frequency, the sum of two frequency makes 10Hz fre-quency signal.
그림 Fig. 7. Tinnitus diagnostics and therapy system diagram.
그림 Fig. 8. Tinnitus frequency searching algorithm.
그림 Fig. 9. System flow after hearing compensation,
그림 Fig. 10. Screen shots of the tinnitus diagnostic, therapy and patient management system.
표 Table 1. Comparison of existing treatment methods and proposed systems

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문은 사회적 고령화와 개인화된 음향장비의 범람으로 인해 급격히 증가하고 있는 이명환자의 이명 주파주 검색과 치료 자극음 제공을 위한 모바일 시스템에 관한 내용이다. 일상생활에서 큰 불편과 고통을 주는 이명은 여러 가지 한계 때문에 적극적인 치료가 힘들었다.
그 중의 하나는 이명 주파수를 빠르게 찾아서 그에 맞는 적절한 치료자극음을 생성하는 것이 매우 어려웠기 때문이다. 본 연구에서는 모바일 시스템을 이용하여 이명주파수를 쉽고 빠르게 찾을 수 있게 하고 이명주파수를 바탕으로 한 다양한 이명 치료음을 제공하였다. 또한, 이명환자의 지속적인 관리를 위하여 이명 불편감과 이력관리를 손쉽게 할 수 있도록 하는 관리 시스템을 개발하여 만족도 설문조사 및 설문조사의 결과 확인까지 환자 본인이 직접 확인 가능하도록 개발하였다.
따라서 실험자의 간섭을 최소화할 수 있고 사용과 채점이 간편하고 빠르다는 장점이 있다[10]. 본 연구에서는 의료진과 환자의 요구나필요에 따라서 시각상사 척도와 이명불편감 척도를 선택적으로 사용하거나 모두 함께 사용할 수 있도록 구현하였다.
본 연구의 목적은 최근 다양하게 시도되고 있는 이명 치료법들을 살펴보고, 모바일 시스템을 활용하여 치료를 위한 자극음을 생성하여 치료를 돕는 것이다. 또한, 본 연구에서는 이명환자와 의료진을 위하여 이명불편감 정도를 설문을 통해 알아보고 이를 클라우드 데이터베이스에 저장하여 이명불편감 이력을 추적하는 등 다양한 기능을 수행하는 모바일 이명관리 시스템을 구현하였다.
위의 치료법 중에서 본 연구에서는 정신과적 치료에 사용될 수 있는 이명 불편감 검사와 이명 재훈련에 사용될 수 있는 다양한 치료음을 모바일 시스템을 통하여 생성하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해서는 환자의 청력검사와 정확한 이명주파수를 찾는 것이 우선적으로 필요하다.
환자가 느끼는 불편감의 변화를 그래프로 확인함으로써 치료의 방향이 올바른지를 판단할 수 있게 하여 향후의 치료방향을 결정할 수 있도록 하고 환자에게는 심리적 안정을 주는데 목적이 있다.

제안 방법

본 연구의 목적은 최근 다양하게 시도되고 있는 이명 치료법들을 살펴보고, 모바일 시스템을 활용하여 치료를 위한 자극음을 생성하여 치료를 돕는 것이다. 또한, 본 연구에서는 이명환자와 의료진을 위하여 이명불편감 정도를 설문을 통해 알아보고 이를 클라우드 데이터베이스에 저장하여 이명불편감 이력을 추적하는 등 다양한 기능을 수행하는 모바일 이명관리 시스템을 구현하였다.
본 연구에서는 모바일 시스템을 이용하여 이명주파수를 쉽고 빠르게 찾을 수 있게 하고 이명주파수를 바탕으로 한 다양한 이명 치료음을 제공하였다. 또한, 이명환자의 지속적인 관리를 위하여 이명 불편감과 이력관리를 손쉽게 할 수 있도록 하는 관리 시스템을 개발하여 만족도 설문조사 및 설문조사의 결과 확인까지 환자 본인이 직접 확인 가능하도록 개발하였다. Table 1에서 현재 이비인후과에서 일반적으로 사용되는 이명진단 방법과 제안된 시스템을 비교하였다.
본 시스템에서 사용하는 이명불편감 척도 설문은 문제를 제시하고 각각의 문제마다 “그렇다”, “가끔 그렇다”, “아니다” 의 세가지 항목 중 하나를 선택할 수 있게 라디오그룹과 각각의 라디오버튼으로 구성하였다.
10의 (d)는 이명불편감 척도 설문조사 화면이다. 본 시스템에서 이명불편감 척도 설문기능을 구현하기 위해서 안드로이드 프레임웍에서 제공하는 리스트뷰를 이용하였다. 본 시스템에서 사용하는 이명불편감 척도 설문은 문제를 제시하고 각각의 문제마다 “그렇다”, “가끔 그렇다”, “아니다” 의 세가지 항목 중 하나를 선택할 수 있게 라디오그룹과 각각의 라디오버튼으로 구성하였다.
본 연구에서 추가 치료음으로 제안한 바이노럴 비츠는 사람의 귀로는 들을 수 없는 알파파를 유도하는 방법이다. 본 시스템에서는 환자의 이명주파수를 탐색하여 탐색된 주파수를 중심으로 바이노럴 비츠를 생성하는 방법을 사용하였다. 이명주파수의 대역으로 순음을 만들어서 왼쪽 혹은 오른쪽에 들려주고 이명주파수에서 10Hz 만큼을 더해서 순음을 만든 후에 나머지 한쪽에 들려주는 방법을 사용하였다.
일반적으로 많이 느끼는 이명음의 형태는 순음과 잡음이다. 본 시스템은 순음과 잡음을 선택적으로 사용해서 이명주파수 탐색을 할 수 있게 구성하였다. 순음과 잡음을 순차적으로 들으면서 자신이 느끼는 이명이 순음과 잡음 중에서 어느 쪽과 가까운지 고르게 한다.
7은 본 연구에서 개발한 모바일 이명진단시스템의 구성도이다. 본 시스템은 환자코드와 측정된 이명주파수 관리를 위한 환자정보관리, 이명주파수 찾기, 탐색된 이명주파수를 기준으로 치료음을 재생하는 치료음 재생, 치료전후 조사하는 이명불편감 척도와 시각상사 척도 설문과 설문결과를 시각적으로 확인할 수 있는 이력 확인 등의 메뉴로 구성되어있다.
본 연구에서는 바이노럴 비츠를 생성할 때 이명환자의 이명주파수를 중심으로 생성한다. 이를 통해서 바이노럴 비츠의 효과와 함께 이명재훈련의 이명습관화 효과를 동시에 기대할 수 있어 이명환자 개개인에 최적화된 치료음을 제공할 수 있다.
또한 비슷한 밴드의 이명음을 환자들은 잘 구별하지 못하기 때문에 더 많은 시간이 소요될 수 있다. 본 연구에서는 보간 알고리즘을 사용하여 검색시간을 O(logN) 시간으로 단축하였다. 보간기법을 사용한 이 방법은 검색시간의 단축과 함께 밴드간의 간격이 크기 때문에 환자들이 더욱더 쉽게 이명음을 구별할 수 있는 효과가 있다.
설문조사는 치료 전과 후에 이명 때문에 생활 중에 느끼는 불편감정도와 고통을 설문을 통해서 수치화하는 기능이다. 설문은 임상적으로 신뢰도가 입증된 이명불편감 척도 설문과 시각상사 척도 설문을 사용하였다. Fig.
이명불편감 척도 이력확인은 이력의 내용을 시각적으로 표시하여 이명환자가 실생활에서 느끼는 불편감 정도의 변화를 그래프로 쉽게 확인할 수 있게 구현하였다. 이명불편감 척도 설문조사를 통해서 획득한 설문결과를 기능, 감성, 공황장애의 각각의 분류와 총점을 별도의 차트를 통해서 확인할 수 있게 구성되었다. 세로축이 불편감을 느끼는 정도이고 가로축은 설문을 시행한 날짜이다.
환자가 느끼는 불편감의 변화를 그래프로 확인함으로써 치료의 방향이 올바른지를 판단할 수 있게 하여 향후의 치료방향을 결정할 수 있도록 하고 환자에게는 심리적 안정을 주는데 목적이 있다. 이명불편감 척도 이력확인은 이력의 내용을 시각적으로 표시하여 이명환자가 실생활에서 느끼는 불편감 정도의 변화를 그래프로 쉽게 확인할 수 있게 구현하였다. 이명불편감 척도 설문조사를 통해서 획득한 설문결과를 기능, 감성, 공황장애의 각각의 분류와 총점을 별도의 차트를 통해서 확인할 수 있게 구성되었다.
이명불편감 척도의 설문은 총 25문항으로 구성되어 있으며 기능 하위척도(Functional subscale) 11문항, 정서 하위척도(Emotional subscale) 9문항, 심각성 하위척도(Catastrophic subscale) 5문항으로 분류된다. 설문 각각의 항목은 0점인 ‘아니다’, 2점인 ‘가끔 그렇다’, 4점인 ‘그렇다’로 점수를 부여하고 이를 합산하여 총점을 구한다[9].
본 시스템에서는 환자의 이명주파수를 탐색하여 탐색된 주파수를 중심으로 바이노럴 비츠를 생성하는 방법을 사용하였다. 이명주파수의 대역으로 순음을 만들어서 왼쪽 혹은 오른쪽에 들려주고 이명주파수에서 10Hz 만큼을 더해서 순음을 만든 후에 나머지 한쪽에 들려주는 방법을 사용하였다. 이와 같은 방법으로 바이노럴 비츠를 재생할 경우 이명주파수 대역에 대한 이명습관화 효과를 얻을 수 있으며,동시에 알파파를 유도하는 효과를 달성할 수 있다.
치료음은 일반적으로 많이 사용되는 화이트 노이즈와 함께 협대역 잡음, 핑크 노이즈, 브라운 노이즈 등을 선택할 수 있으며 바이노럴 비츠 사운드도 제공한다. 이명증의 강도나 생활환경에 따라서 치료시간을 10분 단위로 설정할 수 있고 기존의 15단계로 되어있는 음량크기를 세분화하여 100단계로 설정할 수 있게 구현하여 환자의 청력상태에 적합한 정확한 음량을 설정할 수 있도록 하였다.
3단계에서는 선택된 그룹 내의 두 개의 밴드를 하나씩 들려줘서 최종적으로 자신의 이명음과 가장 비슷한 소리를 선택하게 한다. 이상의 알고리즘을 통해서 3번의 선택만으로 이명주파수 탐색이 가능하도록 구현하였다.

이론/모형

환자의 이명 불편감과 통증의 강도 등은 주관적인 항목이므로 설문에 의존할 수밖에 없다. 본 시스템에서는 설문 중에서 이명환자에게 많이 이용되는 표준화된 설문 방식중의 하나인 이명불편감 척도(Tinni-tus Handicap Inventory:THI)와 시각상사 척도(Visual Analog Scale:VAS)를 사용하였다.
하지만 인간의 청각기관은 알파파에 해당하는 20Hz 이하의 소리는 들을 수 없고 일반적인 음향기기 역시 그 이하의 주파수는 처리할 수 없다. 이런 문제를 해결하기 위해서 바이노럴 비츠를 사용하였다. 바이노럴 비츠는 주파수가 거의 비슷한 두 가지 음을 헤드폰이나 스피커를 통해 양쪽 귀로 들을 때 뇌가 두 개의 신호를 통합하여 제3의 소리의 감각을 만들어내는 것을 말한다.

성능/효과

이명음의 종류를 선택한 후 이명주파수를 찾게 된다. 이명주파수 검색 알고리즘을 통해서 3번의 선택만으로 이명주파수 탐색이 가능해서 자주 검사할 수 있으며 빈번하게 변화하는 이명주파수에 즉각적으로 대응할 수 있게 하였다.
이명에 대한 치료 방법 중에서 정신과적인 치료 역시 매우 중요하다. 환자는 의사로부터 이명의 기전에 대한 충분한 설명을 듣고 적극적인 치료에 참여할 때 치료효과가 향상된다. 이를 위해서 환자와 의사는 이명치료의 전과 후에 이명환자가 느끼는 생활의 불편정도를 주기적으로 파악할 필요가 있다.

후속연구

현재 개발된 시스템에서는 화이트 노이즈, 핑크 노이즈, 바이노럴비츠 등의 이명치료를 위한 치료자극음을 제공하고 있는데 향후에는 다양한 원인과 증상을 가지는 이명환자들의 효과적인 치료를 위해서 개인에 최적화된 다양한 이명치료음의 제공이 필요할 것이다. 또한 이명환자의 증상에 따른 가장 적합한 치료자극음을 찾는 추천 기법과 임상적인 데이터의 축적도 필요할 것이다.
본 시스템을 이명환자를 대상으로 전문의의 치료와 병행해서 사용한다면 이명증 감소와 생활 불편감 감소에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 바이노럴 비츠를 생성할 때 이명환자의 이명주파수를 중심으로 생성한다. 이를 통해서 바이노럴 비츠의 효과와 함께 이명재훈련의 이명습관화 효과를 동시에 기대할 수 있어 이명환자 개개인에 최적화된 치료음을 제공할 수 있다.
현재 개발된 시스템에서는 화이트 노이즈, 핑크 노이즈, 바이노럴비츠 등의 이명치료를 위한 치료자극음을 제공하고 있는데 향후에는 다양한 원인과 증상을 가지는 이명환자들의 효과적인 치료를 위해서 개인에 최적화된 다양한 이명치료음의 제공이 필요할 것이다. 또한 이명환자의 증상에 따른 가장 적합한 치료자극음을 찾는 추천 기법과 임상적인 데이터의 축적도 필요할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이명은 무엇인가?	이명이란 음향적인 자극이 없는 상태임에도 불구하고 환자에게는 소리가 들린다고 느껴지는 일종의 환청이다. 이때 환자가 느끼는 환청을 일반적으로 이명음이라고 하는데 이명음의 종류는 매우 다양하며 경우에 따라서는 복합적인 이명음을 호소하는 경우도 많다[1].
	핑크 노이즈와 브라운 노이즈는 무엇인가?	화이트 노이즈를 변형한 치료음 중에 핑크 노이즈와 브라운 노이즈가 있다. 화이트 노이즈에 비해 고주파영역을 약화시켜서 이명환자가 상대적으로 편하게 들을 수 있게 변형한 치료음이다. 화이트 노이즈는 전대역의 주파수를 가지고 있어서 환자의 이명주파수와 관계없이 사용할 수 있는 장점이 있지만 이명과 관계없는 주파수대역까지 영향을 미쳐 불쾌감과 두통을 유발할 수 있다.
	알파파가 이명환자에게 어떤 효과를 주는가?	알파파는 인간이 아주 편안함을 느낄 때 발생하는 뇌파로 명상상태 같은 심신이 아주 편안한 상태에서 자주 관찰된다. 알파파를 발생시키는 소리를 지속적으로 듣게 되면 스트레스가 줄어들고 편안한 상태가 되어 이명환자에게도 이명증을 줄여주는 효과가 있다[4]. 하지만 인간의 청각기관은 알파파에 해당하는 20Hz 이하의 소리는 들을 수 없고 일반적인 음향기기 역시 그 이하의 주파수는 처리할 수 없다.

참고문헌 (10)

D.J. Jung and K.Y. Lee, “Mechanism of Tinnitus Generation,” Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery, Vol. 6, No. 57, pp. 357-363, 2014.
S.H. Jeong, S.H. Kang, Z.N. Lee, B.J. Kang, and H.D. Rim, "Review of Psychiatric Approaches to Tinnitus," Journal of the Korean Society of Biological Therapies in Psychiatry, Vol. 3, No. 12, pp. 250-258, 1997.
D. Kim, J. Shin, K. Lee, and I.K. Jin, “Rehabilitation Options for Subjective Tinnitus,” Audiology and Speech Research, Vol. 13, No. 1, pp. 1-8, 2017.
K.D. Lee, J.W. Lee, B.S. Song, S.H. Lee, J.H. Cho, and M.N. Kim, "Design and Implementation of a Controllable White Noise Generator for Tinnitus Therapy," Journal of Sensor Science and Technology, Vol. 13, No. 1, pp. 12-19, 2004.
G.D. Searchfield, M. Durai, and T. Linford, "A State-of-the-Art Review: Personalization of Tinnitus Sound Therapy," Frontiers in Psychology, Vol. 8, Article 1599, 2017.

상세보기
S.H. Kang, J.H. Lee, M.N. Kim, K.W. Seong, and J.H. Cho, "IoT based Pure Tone Audiometer with Software Platform Compatibility," Journal of Korea Multimedia Society, Vol. 21, No. 2, pp. 261-270, 2018.
H.W. Kim, Y.R. Lee, D.G. Park, and C.Y. Han, “A Hearing Compensation System Based on Hearing Test and Fitting Profile,” Journal of Korea Multimedia Society, Vol. 21, No. 9, pp. 1110-1118, 2018.
D.J. Ben, A, Naftali, and A. Katz, “Tinntrain: A Multifactorial Treatment for Tinnitus Using Binaural Beats,” The Hearing Journal, Vol. 63, No. 11, pp. 25-28, 2010.

상세보기
J.H. Kim, S.Y. Lee, C.H. Kim, S.L. Lim, J. Shin, W.H. Chung, et al., "Reliability and Validity of a Korean Adaptation of the Tinnitus Handicap Inventory," Korean Journal of Otorhinolaryngology, Vol. 45, No. 4, pp. 328- 334, 2002.
S.Y. Shim, H.J. Park, J.M. Lee, and H.S. Lee, "An Overview of Pain Measurements," Korean Journal of Acupuncture, Vol. 24, No. 2, pp. 77-97, 2007.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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