Address for correspondence : Gi Jung Im, MD, PhD, Department of Otolaryngology-Head and Neck Surgery, Korea University College of Medicine, 73 Inchon-ro, Seongbuk-gu, Seoul 02841, Korea
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서론

보청기는 소리를 증폭시켜 효과적으로 사람의 귀에 전달해주는 장치이다.1) 보청기는 감각신경성 난청 환자뿐 아니라 일부 전음성 난청 환자들에게도 적용할 수 있는 치료법 중 하나로, 최근에는 그 수요가 증가하는 추세로, 이에 난청의 조기 진단, 평균 수명 연장으로 인한 고령화 사회로의 진입 등이 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.2)
이러한 보청기는 인체와 직접 접촉하는 특성 때문에 착용 중 귀지 및 땀, 이물질의 보청기 내로 들어가거나 높은 습도, 사용 중 실수로 인한 침수 등의 이유로 회로의 부식 및 내·외부 부품의 손상이 발생할 수 있다.
특히 보청기의 형태에 따라서 손상 빈도에 차이를 보일 수 있는데 Chang 등3)이 시행한 보청기 수리 경험에 대한 설문조사에 따르면 귓속형 보청기를 사용하는 환자가 다른 타입의 보청기를 사용하는 환자보다 통계적으로 유의하게 잦은 수리 경험이 있다고 답했다. 이는 귓속형 보청기의 기계적 특성도 있을 뿐만 아니라 제한된 외이도 공간 안에서 습기 및 이물질의 배출이 어려운 이유도 보청기 고장의 원인이 될 수 있을 것으로 보인다.
현재, 외부 물질 유입 및 침수를 대비하여, 귀걸이형(behind-the-ear, BTE) 보청기의 경우 Ingress Protection(IP)67등급(Table 1 and 2)4)으로 처리된 보청기가 개발된 상태이지만, 저자들이 아는 한 아직까지 귓속형(in-the-canal, ITC) 및 고막형(completely-in-the-canal, CIC), 오픈형(receiver in the canal, RIC)의 경우 방수 기술을 적용한 경우는 아직까지 보고되지 않았다.
본 연구에서는 제품으로 출시되어 있는 4가지 유형의 보청기에 나노방수코팅 기술을 이용하여 코팅 전후 및 침수 후 보청기 성능을 평가하고, 방수코팅 기술의 유용성 및 적용 가능여부에 대해 연구하였다.

대상 및 방법

본 연구의 과정은 다음과 같다(Fig. 1). 타입에 따른 보청기 수는 CIC 타입이 3개, ITC 타입이 3개 BTE 타입이 2개, RIC 타입이 1개였다. 방수 코팅을 위해 나노방수코팅기술 및 장비(HZO 5000; HZO, Salt Lake City, UT, USA)를 보유하고 있는 업체에 의뢰하였다. 현재 출시되어 있는 BTE, ITC, CIC, RIC 타입 보청기 9개에 대해 나노방수코팅 처리 전 보청기 성능 분석장비(Fonix 7000; Frye, Tigard, OR, USA)를 통해 최대 포화음압치(maximum output sound pressure level, Max OSPL 90), 고주파 최대출력(high frequency average full on gain, HFA FOG), 전배음 왜곡률(total harmonic distortion, THD), 등가입력 소음치(equivalent input noise level, Ln)를 측정하였다. 코팅 전 보청기를 분해하여 회로기판 및 마이크, 리시버를 코팅하였고 내부 회로 기판의 변화가 있는지 확인하였다(Fig. 2A and B). 코팅의 두께는 통상적으로 일반 전자기기에 적용되는 5~8 μm에 비해, 보청기의 출력 및 성능의 저하를 방지하기 위해 2.5 μm로 적용하였다.
나노방수코팅 적용 후 같은 보청기 분석장비를 이용하여 보청기 성능을 평가하였으며 나노방수코팅 된 보청기에 대하여 침수테스트를 실시하였다.
침수테스트는 모든 보청기에 대하여 방수등급 7을 목적으로 1 m 수심에서 40분 동안 침수시킨 후 앞서 언급한 항목들에 대하여 침수 직후 및 침수 1일 후 보청기의 성능을 5회에 걸쳐 동일한 방법으로 테스트하였으며, 내부 회로의 변화 유무를 확인하였다(Figs. 2C, D, and 3).
침수테스트 시 배터리 방전에 의한 영향을 배제하기 위해 배터리를 제거하고 테스트 하였다. 또한 방수 지속성을 확인하기 위해 침수 1개월 후 보청기 성능을 평가하였다. 위와 동일한 방법으로 나노 코팅을 적용하지 않은 ITC 타입 보청기 2개와 CIC 타입 보청기 2개에 대하여 침수 실험을 시행하였다.
본 연구에서는 상기 설명한 실험을 같은 조건에서 7회 반복하였다. 결과 변수에 따른 통계학적 검정은 SPSS 22.0(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하였다. 조건에 대한 성능 차이를 분석하기 위하여 결과값에 대한 정규성 검정을 시행 후 정규성을 만족하는 것이 확인되어 paired t-test를 이용하였다. 통계학적 유의 수준은 95% 이상(p<0.05)으로 하였다.

결과

나노방수코팅 처리된 9개의 보청기에 대한 성능을 방수처리 전의 성능과 비교하였다. 2개의 CIC 타입 보청기가 코팅 후 현저한 출력 저하를 보이며 정상적으로 작동되지 않았으며 성능을 평가할 수 없어 분석대상에서 제외하였다.
Max OSPL 90값은 평균 4.2 dB 감소하였으며(p<0.05), HFA FOG는 평균 4.9 dB 감소하였다(p<0.05)(Fig. 4). 500 Hz, 800 Hz, 1600 Hz에서의 THD는 각각 0.2%, 0.4%, 0.7% 감소하였으며, Ln은 평균 1 dB이 감소하였다(Table 3).
침수테스트 직후에 시행한 성능 비교 연구에서는 나노방수코팅 처리 후와 비교하였을 때 Max OSPL 90값은 침수 전에 비해 평균 1.0 dB 감소하였고, HFA FOG는 평균 0.5 dB 감소하였다.
500 Hz에서의 THD는 평균 0.4% 증가하였으며 800 Hz는 변화 없었고, 1600 Hz는 0.2% 증가하였다. Ln은 평균 1.6 dB 증가하였다(Table 3). 보청기 타입 별로 나노방수코팅 적용에 따른 Max OSPL 90, HFA FOG, THD, Ln 값을 비교하였을 때 통계적으로 유의한 차이는 없었다.
나노방수코팅을 하지 않은 4개의 보청기를 침수테스트 한 결과 모두 침수 직후에는 작동이 되지 않았다. 24시간 건조 후 침수 전과 비교하여 성능을 측정한 결과 1개의 ITC 타입 보청기는 작동되지 않아 성능을 평가할 수 없었다.
나머지 3개의 보청기에서 성능을 분석하였을 때 Max OSPL 90값은 변화가 없었고, HFA FOG는 평균 0.5 dB 증가하였다. 500 Hz에서의 THD는 0.1% 감소하였으며 800 Hz는 0.1% 증가하였고, 1600 Hz에서는 변화 없었다. Ln은 평균 0.5 dB 증가하였다(Table 4).
침수 1개월 후 나노방수코팅 된 7개의 보청기와 코팅하지 않은 3개의 보청기에 대해 같은 방법으로 성능을 평가한 결과 코팅 유무에 관계없이 모든 보청기가 성능 저하 없는 것으로 나타났다(Table 4).
하지만 보청기 회로기판 상태를 평가하기 위해 보청기를 분해한 결과 나노방수코팅 되지 않은 보청기 회로 기판의 일부에서 부식이 발생되고 있음을 확인할 수 있었다(Fig. 2E and F).

고찰

최근 기술의 발전에 의해 보청기는 형태적인 측면에서 BTE 타입부터 ITC 타입, CIC 타입, RIC 타입까지 다양한 종류가 나와 있고 기능적으로 무선통신기술(Wi-Fi), 블루투스를 이용하여 스마트폰 및 기타 전자기기와의 원격 연결 및 조절까지 가능해진 상태이다.5) 하지만 이러한 기술적 발전에도 불구하고, 아직까지도 땀 및 이물질의 유입에 의한 출력 저하와 잦은 고장은 보청기 착용 환자가 겪는 가장 흔한 문제 중 하나이다.6) 최근 일부 보청기 회사에서 BTE 형의 경우, 모든 먼지 입자에 대한 방진 및 1 m의 수심에서 30분 이상 방수효과를 보이는 IP67등급의 제품이 출시되고 있으나 다른 타입의 보청기의 경우에는 아직 방수 기술을 적용한 제품이 출시되지 않았다. 본 연구에서 이용한 나노방수코팅은 Yoshimitsu 등7)과 Feng 등8)이 회로기판의 기능을 보존하면서 부식을 방지하기 위해 제안한 방법으로 핸드폰을 비롯한 전자기기에 소수성 코팅막을 형성하는 발수 코팅법(water-resistant)과 다르게 기상증착공정(Vapor Deposition Process)을 추가로 적용하여 방수력을 높이는(water-proof) 기술로 발전되었다.9) 이 기술은 핀홀(pin-hole)이 없는 균일하고 투명한 보호막과 같은 불투과성 피막을 전자부품에 증착시켜 부식 및 침수에 대한 회로의 고장을 방지할 수 있으며, 발수(water-resistant) 수준의 플라즈마(plasma) 또는 스프레이(spray) 코팅과는 달리 코팅 후 수중에서 기기의 고장 없이 정상적으로 작동 가능하다는 장점이 있기 때문에, 본 저자들은 이 기술을 보청기에 적용할 수 있을 것으로 판단하였다.10)
나노방수코팅을 한 보청기 군에서 코팅 후 보청기 성능을 측정하였을 때 3개의 CIC 타입 보청기 중 2개가 기기 고장으로 작동되지 않았다. 이는 정확한 원인을 알 수 없었지만 추정해보면 CIC 타입은 가장 작은 사이즈의 보청기로 회로기판 및 각종 부품들이 좁은 공간 내에 최대한 밀집되어 있는 형태이기 때문에 코팅 시 미세한 두께 차이가 발생할 수도 있으며 기상증착공정에서 발생하는 열이 회로 및 부품에 영향을 미쳤을 가능성도 생각해 볼 수 있다. 하지만 이에 대해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
그리고 본 연구에서 기준으로 정한 방수 등급 IP67은 현재 방수처리되어 출시된 BTE 타입 보청기와 방수력면에서는 차이를 보이지 않지만 방수처리 기술의 종류가 다르다.
현재 판매되고 있는 방수처리된 BTE 보청기(AquarisTM, SIEMENS, Munich, Germany)는 배터리 입구 부분을 얇은 고무 재질로 씌우고, 마이크 및 리시버에는 고어텍스(Gore-Tex) 재질을 장착한 고전적인 기계적 방수 기술(mechanical seal)이 적용되어 있다.
하지만, 이러한 기법은 상대적으로 큰 BTE 보청기에서나 가능하며, 물리적 공간이 작은 ITC, CIC 형태의 보청기의 경우 기계적 방수기술을 적용하기가 어려울 수 있다.
하지만 본 저자들이 소개한 나노방수코팅은 마이크, 회로기판, 리시버가 연결된 상태에서 일괄적 코팅이 가능하기 때문에, 기존의 기계적 방수 기술이 가지고 있는 한계점을 극복할 수 있다. 일반 전자기기의 나노방수코팅 두께는 5~8 μm이지만 보청기 특성상 출력 및 이득의 영향을 줄 수 있을 것으로 판단하여 2.5 μm의 두께로 정하였다. 실험 결과 2.5 μm의 두께의 코팅은 일부 보청기에서 코팅 전보다 Max OSPL 90, HFA FOG의 차이를 보였지만 침수테스트에서는 성능이 유지되었다. 보청기 성능 테스트 시 이상 유무를 판단하기 위한 허용한계치는 Max OSPL 90의 경우 ±4 dB이고, HFA FOG는 ±5 dB임을 참고하였을 때 본 연구에서 Max OSPL 90의 코팅 전후 변화폭은 허용한계치를 벗어났으며 HFA FOG의 코팅 전후 변화폭은 한계치 경계선상에 있음을 알 수 있다.11) 또한 1개월 후 방수지속성을 판단하기 위해 실시한 성능평가에서 각 평가 인자들의 성능 저하는 관찰되지 않았다. 본 연구에서는 코팅 후 출력이 유의하게 감소된 이유는 제조된 보청기 회로기판에 방수 코팅을 일괄 적용함으로써 보청기에서 핵심적인 역할을 하는 마이크, 리시버, 앰프와 같은 부품들이 코팅되었기 때문으로 판단된다. 이를 해결하기 위해서는 보청기 제조단계에서의 부품별 방수처리 과정을 진행하여 각 부속품의 코팅 두께를 다르게 함으로써 방수처리 후 성능 저하가 일어나지 않는 각각의 코팅 두께를 연구해야 할 것이다. 또한 전자기기에 적용되고 있는 여러 방수 코팅 방법을 비교하여 코팅의 종류 및 침수 용액의 성상을 다양하게 적용하여 비교함으로써 보청기에 가장 적합한 방수 코팅 방법을 찾아내야 할 것이다. 그리고 침수 후 상태를 장기간 추적하면서 회로 기판의 부식이 성능 저하 및 보청기 고장을 일으키는지 관찰할 필요가 있다. 이러한 비교연구 후 다양한 타입의 보청기를 방수 코팅 처리하여 직접 환자에게 착용시켜 보고 사용 후 설문조사 및 보청기 성능 테스트를 시행하여 만족스러운 결과를 얻는다면, 난청 환자들의 사회 활동 정도 및 야외 활동 정도, 나아가 삶의 질이 향상되고 한 단계 높은 재활 환경을 제공할 수 있을 것으로 판단된다.12)
나노방수코팅을 시행하지 않았던 보청기 군에서 침수 실험을 시행하였을 때 침수 24시간 후와 1개월 후 측정한 보청기 성능 평가에서는 통계적으로 유의한 차이가 없음을 알 수 있었다. 하지만 1개월 후 회로 기판을 관찰해 본 결과 일부분이 부식된 것을 확인하였다. 침수 및 이물질 유입으로 인한 전자기기의 회로기판 부식은 이물질의 양, 온도, 전해질 함량, 유입 속도, 회로 기판의 재질, 기후에 따라 시작 시점이 다르다.13) 모든 부식은 가속화되는 경향을 보이며 회로 기판의 부식은 기기의 고장과 밀접한 연관이 있기 때문에14) 본 연구기간 보다 긴 시간 동안 추적관찰 해 본다면 기기의 고장 시점을 알 수 있을 것이다.

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