교신저자：정향숙, 601-013 부산광역시 동구 초량 3동 31-3 부산 성분도병원 이비인후과
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서     론

   인간의 외이도는 다양한 형태를 가진 3차원적인 공간으로 음성학적으로는 음향의 전달이나 공명에 있어 중요한 역할을 담당하고 있다. 과거 청각학적으로 외이도의 음향학적인 역할에 대한 관심이 상대적으로 적었으며 이에 대한 연구도 미흡한 실정이다. 최근 성인뿐만 아니라 영, 유아 및 소아의 청각장애에 대한 진단율이 높아지고 청각재활의 일환으로 보청기 착용이 조기에 이루어지고 있다.
   보청기의 성능, 즉 보청기가 출력시킨 출력, 이득, 주파수범위, 화음왜곡 등을 측정하는 방법으로 표준 2cc-coupler, KEMAR(Knowles Electronic Mannequin for Acoustic Research), Zwislocki's coupler, real ear measurement(REM)등이 있으며 2cc-coupler는 REM과 함께 임상적으로 흔히 이용된다. 그러나 1 cc 또는 2 cc coupler의 사용은 실제 보청기 착용시보다 고주파영역의 응답, 특히 3 kHz 주변의 이득이 높게 측정되고 실제 개인 귀의 길이나 부피, 형태 등의 특성을 고려한 것은 아니라고 할 수 있으며¹⁾ REM의 경우는 개인에게 직접 측정함으로써 비교적 개인적 특성을 반영하기는 하나 영·유아 및 소아에 있어 보청기 성능 평가 때마다의 사용이 수행상 그리 용이하지 않다.
   이에 저자들은 각 연령대의 외이도 공명 주파수 및 외이도 길이를 구하여 보청기 선택 및 처방시 외이도 폐쇄로 인한 공명 소실에 대한 보정을 함에 있어 각 연령별 특성을 반영하는데 도움을 주고자 하였다. 또한 외이도 공명에 영향을 주는 요소로서 길이의 역할에 대해 상관관계를 통해 알아보고자 하였다.


대상 및 방법

   전 연령층의 총 255명의 437귀를 대상으로 하였다. 모두 귀 수술이나 귀 질환의 병력이 없었다. 대상자의 선정에 있어 영·유아, 소아의 경우 키, 몸무게, 머리둘레 등을 측정하여 한국 정상소아 발육치에 해당하는 정상범위의 대상자를 선별하였으며²⁾ 이경검사를 시행하여 외이도 및 중이의 병적 소견을 배제하였다.
   본 연구의 대상자는 1개월부터 45세까지의 연령 분포를 보였으며, 17세까지를 각 연령으로 나누어 구분하였고 18세 이상을 성인기로 하였다. 남자 231귀, 여자 206귀였다(Table 1).
   연령별 공명 주파수의 실측치는 frequency response analyzer(Rastronics(r))를 사용하여 unaided방식으로 측정하였다. 무반향성 방(anechoic room)에서 음원과 외이도 사이의 거리를 50 cm으로 하고 방위각을 45°로 하였다. probe를 고막에서 5~10 mm 이내로 삽입시킨 후 250~8000 Hz의 70 dB SPL 복합음(composite sound)을 주어 최대 공명 주파수를 측정하였다. 이때 검사 전 탐침관 마이크로폰(probe tube microphone)을 자유 음장 음원 50 cm 앞에 위치시키고 검사시와 같은 조건을 주어 검사실의 음향을 calibration하였다. 외이도의 길이는 눈금이 매겨진 실라스틱으로 제작된 관을 현미경 또는 이경시야 하에서 고막의 하연에 근접시킨 후 이개강의 전연 부위까지의 직선거리를 측정하였다. 이때 영·유아, 소아의 경우 측정 전 충분히 안정시켜 측정시의 오차를 줄였으며 측정자간의 오차를 줄이기 위하여 동일한 검사자가 3회 반복 측정하여 평균을 구하였다. 또한 이렇게 구한 값들로 외이도 공명 주파수의 변화에 대한 외이도 길이 변화를 비교하여 상관관계를 구하였다.
   통계처리는 SPSS 7.5를 이용하여 외이도 길이와 연령, 외이도 공명과 연령, 외이도 공명과 길이의 상관관계는 Pearson 상관분석으로, 성인치에 도달하는 연령의 확인은 t-test로 구하였다(p<0.001).

결     과


   연령별 평균 외이도의 길이는 0세때 1.73±0.10 cm을 나타내고 14세까지 연령이 증가함에 따라 그 평균치가 증가하였다. 14세에 2.66±0.14 cm을 보인 후부터 약간의 변화가 있기는 하나 비교적 일정하게 성인의 평균인 2.69±0.10 cm과 유사하게 유지되었다(Table 2)(p<0.001).
   연령별 평균 공명 주파수는 0세때 4282±245 Hz를 보였고, 연령이 증가함에 따라 그 평균치가 유의하게 감소하다가 9세에 2738±212 Hz를 보이면서, 이후부터는 성인의 평균인 2680±133 Hz와 유사하게 유지되었다(Table 2)(p<0.001).
   길이가 증가함에 따라 공명 주파수가 유의하게 낮아지는 것을 볼 수 있는데 완전한 직선 형태의 상관관계를 나타내지 않고 공명 주파수가 길이에 비해 빨리 성인치에 도달하는 형태를 보인다(Fig. 1)(p<0.001).

고     찰

   외부로부터 고막까지의 소리전달에 영향을 주는 요소는 크게 두 가지로 나누어 볼 수 있는데, 반향체로 작용하는 두부, 동체 및 이개가 그 첫 번째이며, 두 번째로 공명체 작용을 하는 이개강과 외이도를 들 수 있다.³⁾
   Teranishi 등⁴⁾은 외이도 공명 이득과 외이의 구조를 이루는 이개강, 이개 및 외이도와의 관계를 밝히고 방위각에 따른 차이를 알아보았는데 외이도 및 이개강이 공명체로 작용하며 특히 외이도는 1~3 kHz에서, 이개강은 3 kHz이상에서 중요 역할을 한다고 하였으며, 45°방위각에서 가장 많은 이득을 얻을 수 있고 이상적이라 하였다.⁵⁾
   외이도는 한쪽 끝이 열리고, 다른쪽 끝이 닫힌 관으로 외부에서 광역잡음(broad band signal)을 주었을 때 관을 통과하면서 고막부위에서 어떤 특정주파수의 음압이 증가하게 되는데, 이것이 그 관의 고유 공명주파수에 해당된다.
   외이도를 이러한 관으로 볼 때 다음과 같은 공식이 적용되며
   f＝c / 4 l
   f는 외이도 내에서의 공명주파수(Hz), c는 공기 중에서 소리의 전달속도(34,400 cm/sec), l은 외이도 길이(cm)를 각각 나타낸다.⁶⁾
   이 공식에 따르면 관의 길이가 길수록 파장의 길이는 길어지고, 따라서 공명주파수는 낮아지게 된다고 볼 수 있다. 하지만 외이도는 실지로 곡선축을 가지는 좀 더 복잡한 구조를 가진다. 위와 같이 직선의 축을 가지는 단순한 관으로 볼 때는 8 kHz 이상의 음압 분포에 대해서는 정확히 나타낼 수 없으나⁷⁾ 대화음역인 0.5~2kHz 사이의 음압 분포에는 큰 영향을 미치지 않으므로 보청기 선택 및 처방시에는 크게 고려하지 않아도 된다고 보겠다.⁸⁾
   외이도 길이를 측정하는 방법으로 물리적 측정(physical measurement), 방사선 연구(radiologic study), 청각적 방법(acoustic method)등이 있는데, 물리적 측정은 외이도의 본(impression)을 얻어 측정하는 방법으로 Johansen 등⁹⁾이 10구의 사체로부터 impression을 얻어 외이도 부피 및 길이를 구했으며 그 평균은 각각 101.4×10^-2 cm³, 25.7 mm였다. 그러나 이 방법은 살아있는 사람을 대상으로 하기에는 불가능하다고 하였으며, 이러한 문제점을 극복하기 위해 Zemplenyi 등¹⁰⁾에 의해 비침습적인 광학적 방법이 개발되었다. 초기 장치시 현미경의 초점을 고막의 제(umbo)에 맞추고 귀마개를 외이도에 삽입시킨 후 이것의 외측면에 다시 초점을 맞춰 현미경 팔의 움직인 거리를 측정하여 이 길이를 제에서부터 이개강까지의 외이도 길이로 보았다. 이 방법으로 구한 값을 Johansen의 결과와 비교했을 때 유사성을 보였다고 한다. 방사선 연구는 Egolf 등¹¹⁾에 의해 제시된 비교적 정확한 비침습적 방법이기는 하나 1 mm간격으로 시상 및 횡단면상 스캐닝을 하여 3차원적 영상을 얻기 때문에 과다한 방사선 조사량등의 문제로 더 이상 쓰지 않는 방법이다. 청각적 방법은 Chan 등⁶⁾이 제시한 방법으로 광역잡음을 주고 외이도의 여러 위치에서 음압을 재서 서로 다른 주파수에서 최고치와 최저치를 결정하는 것으로 구하게 된다. 어느 한 주파수를 놓고 볼 때 고막으로부터 한 파장의 1/4 되는 지점에서 진폭이 최소가 되는데 이러한 최소 압력은 절흔(notch)으로 나타난다. 즉 고막으로부터의 거리는 절흔으로 나타나는 주파수의 1/4 파장에 해당된다고 볼 수 있다.¹¹⁾ 이렇게 구한 값을 광학적 방법과 비교할 때 ±2 mm 내의 신뢰성을 보이지만 시간이 많이 소모되고, 계산이 복잡하여 실제적 적용을 위해서는 적절한 소프트웨어 개발이 필요하다는 단점을 가진다.⁵⁾
   본 연구에서 사용되어진 방법은 실라스틱 관을 이용해 눈금을 표시한 후, 현미경 또는 이경시야 하에서 고막의 하연까지 근접시켜 이 때의 이개강 전연에 해당하는 눈금의 수치를 외이도 길이로 하여 측정하였다. 정확성을 알아보기 위해 측두골 컴퓨터 단층촬영을 실시한 3세부터 28세까지의 17명을 대상으로 컴퓨터 단층촬영상의 길이와 상기 방법으로 구한 길이를 비교해 본 결과 ±2.2 mm정도의 차이를 보였으며 통계적 유의성을 보였다.
   이런 방법으로 각 연령별 외이도 길이 평균을 구한 결과, 연령이 증가함에 따라 길이가 점차 증가하다가 14세부터 성인의 평균치와 유사한 값을 보였고, 이러한 연령에 따른 외이도 길이의 변화는 외이도 공명주파수의 변화를 수반함을 공식을 통하여 예측할 수 있다.
   Kruger¹²⁾¹³⁾는 37개월까지의 신생아 및 영·유아 26명을 대상으로 외이도 공명의 특성을 살펴보았는데, 외이도 공명이 신생아에서는 상당히 높게 나타나고 2세경 2.7 kHz로 이미 성인치에 도달하며, 이러한 것은 외이도의 유효거리(effective length)에 의한다고 하였다. 하지만 이것은 연구대상이 너무 작아 통계학적으로 큰 의미를 두기 어렵다고 하겠다. Dempster 등¹⁴⁾의 연령에 따른 외이도 공명의 변화에 관한 보고에서 4세에 최대 공명을 보이다가 7세경 성인치에 도달하는 것을 볼 수 있었는데, 이것은 외이도 길이가 이 때 성인치에 도달하기 때문일 것으로 추측할 수 있다고 하였다. 그러나 실제 길이나 부피에 대한 측정은 이루어지지 않았다는 점에서 Bentler 등은 이의를 제기하였다.¹⁵⁾¹⁶⁾
   본 연구에서 외이도 공명 측정에 이용한 REUR는 개인의 귀의 음향적인 특성을 표현한 것으로 이는 외이도를 개방한 상태에서 음향신호를 주고 고막 근처에서 그 값을 측정하였을 때 발생되는 음향 신호의 변화량으로 정상적인 외이나 중이에서는 일반적으로 SPL(sound pressure level)이 증가된 값으로 나타난다. 일반적으로 성인에 있어 첫 번째 정점이 2.7 kHz에서 16~18 dB, 두 번째 정점이 4~5 kHz에서 10~14 dB정도의 범위를 보인다고 하였다.¹⁷⁾ 탐침관 마이크로폰 시스템을 이용한 REUR의 측정 시 탐침관의 위치에 따라 이득에 대한 오차가 생길 수 있는데 이러한 오차를 줄이기 위해서는 탐침관을 일정하게 위치시키는 것이 중요하다.¹⁸⁾ 본 연구에서는 방위각을 45°로 통일하고, 탐침 끝과 고막과의 거리를 약 5~10 mm정도로 일정하게 유지시킴으로 이득을 최대로 하면서 오차를 줄이고자 하였다. 이렇게 측정된 외이도 공명은 8세까지 점차 감소하다가 9세부터 성인치와 유사하게 나타남을 볼 수 있었다. 외이도 공명 주파수와 길이는 서로 유의한 상관관계를 보이기는 하나 공명주파수가 길이에 비해 빨리 성인치에 도달하는 것과 성인의 평균치에 도달한 이후 보이는 다소간의 변화는 길이의 성장과 함께 외이도 부피, 이개강의 성장 및 외이도의 구조, 개인차 등 다른 요소들에 의해 다소 복합적으로 영향을 받기 때문으로 여겨진다.
   이와 같이 영, 유아 및 소아와 성인의 외이도 공명의 특성이 차이를 보임에도 불구하고, 진단 방법의 발달로 보청기 착용이 조기화 되어지는 현재, 보청기 처방 및 조절은 KEMAR 또는 성인 크기에 맞게 만들어진 전기 음향적 측정에 기초하고 있다.
   본 연구에서는 외이도 공명 주파수의 차이를 보이는 연령에 따른 새로운 기초자료를 마련하고자 하였으며, 이를 근거로 하여 보청기 선택 및 보정시 외이도 폐쇄로 인한 공명 소실에 대한 보정을 함에 있어 연령에 따른 특성을 반영하는데 도움을 주고자 하였다.

결     론

   연령별 평균 외이도의 길이는 13세까지 연령의 증가에 따라 그 평균치가 점차 증가하다가 14세부터 성인의 평균치인 2.69±0.10 cm와 유사한 값을 보였고 연령별 최대 공명 주파수는 연령이 증가함에 따라 그 평균치가 유의하게 감소하다가 9세부터 성인의 평균인 2680±133 Hz와 유사하게 유지되었다. 외이도 길이와 공명 주파수가 서로 상관관계를 보여 길이가 증가함에 따라 주파수가 감소하는 것을 볼 수 있는데 이것은 공식 f＝c / 4l에 적용한 값과 유사성을 보여 외이도 공명 주파수의 변화는 외이도 길이의 변화에 의한 부분이 크다고 할 수 있다. 따라서 연령에 따른 외이도 길이의 차이로 공명 주파수의 변화를 추측 할 수 있고 이것은 향후 임상적 응용에서 기초적 자료를 제공할 수 있으리라 생각된다.

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