이명 주파수 제거에 기반한 이명치료기법
A New Treatment Technique of Tinnitus Based on Removing The Tinnitus Frequency Band
저자 (Authors)
김선운, 박대현, 남의철, 김윤
SeonUn Kim, DaeHyun Park, EuiChul Nam, Yoon Kim
출처 (Source)
한국정보과학회 학술발표논문집, 2014.12, 1313-1315 (3 pages)
발행처 (Publisher)
한국정보과학회
KOREA INFORMATION SCIENCE SOCIETY
URL http://www.dbpia.co.kr/Article/NODE06228975
APA Style 김선운, 박대현, 남의철, 김윤 (2014). 이명 주파수 제거에 기반한 이명치료기법. 한국정보과학회 학술발표논문집, 1313-1315.
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창원대학교 203.246.10.***
2017/06/12 09:15 (KST)
이명 주파수 제거에 기반한 이명치료기법
김선운01 박대현1 남의철2 김윤1
1강원대학교 컴퓨터정보통신공학과
2강원대학교 의학전문대학원
unmeblue@kangwon.ac.kr, yooni@kangwon.ac.kr, birdynec@kangwon.ac.kr
A New Treatment Technique of Tinnitus Based on Removing The Tinnitus Frequency Band
SeonUn Kim01 DaeHyun Park1 EuiChul Nam2 Yoon Kim1
1Department of Computer and Communications Engineering, Kangwon University
2Otorhinolaryngology, Kangwon University School of Medicine
요 약
본 논문에서는 현대인에게 흔하게 발생하는 질환 중 하나인 이명(Tinnitus)을 치료하기 위해, 이명이 발생하 는 주파수 대역은 제거하고 그 주변 주파수 대역을 증폭하는 방식을 이용한 이명치료기법에 대하여 제안한다.
이명은 대개 특정 주파수의 소리에 의한 자극에 반응하지 못하게 된 대뇌 피질의 부위가 다른 주파수에 반응 하게 되면서 인접 신경들과의 동조성에 의해 발생한다. 따라서 이명이 발생하는 특정 주파수 대역을 제거함으 로써 대뇌 피질의 동조성에 의한 흥분성 활동을 억제하여 치료 효과를 얻고, 이명 주파수 대역의 주변 음을 증 폭하여 치료 효과를 강화시킨다. 제안하는 기법을 적용한 안드로이드 어플리케이션을 이용하여 보다 간편하게 이명 치료를 할 수 있음을 보여준다.
Ⅰ. 서 론
현대 사회가 고령화로 접어들면서 고 연령층의 헬스케 어 산업에 대한 관심도가 급증하고 있다. 고 연령층에 게서 주로 발생하는 이명 현상은 단순히 스트레스를 동 반한 개개인의 불편뿐만 아니라 사회생활에서의 문제와 가족과의 소통에 영향을 줄 정도로 사회적인 문제로 대 두되고 있다. 이를 치료하기 위해서 단순한 차폐음을 제공하는 이명 치료용 보청기와 백색 잡음을 들려주는 소리발생기(Sound Generator)가 존재하지만 전량 수 입에 의존하고 있으며, 수 백 만원을 호가하는 고가임 에도 불구하고 치료효과는 불확실하다. 또한 백색잡음 의 경우, 병원에서 제공하는 음원을 제공받아 지속적으 로 청취하게 되는데 점점 순응도가 낮아지므로 큰 효과 를 기대하기가 어렵다[1].
이를 극복하기 위해 최근 시도되고 있는 방법은 이명 을 가지고 있는 환자에게 이명이 발생하는 주파수 대역 을 측정하고, 그 이명주파수를 제거한 음악을 들려주어 이명 현상이 특정 음 자극에 반응하지 못하는 피질 부 위가 다른 음에 반응하여 발생한다는 점에 착안하여 이 명 주파수 자체를 제거한 음악을 청취하여 치료효과를 얻는 방법이다[2].
본 논문에서는 이명 주파수를 제거할 뿐만 아니라, 제 거한 이명 주파수 대역의 주변 음을 증폭하여 치료 효
과를 더욱 증폭시키는 방법을 서술하고 있으며, 이 기 술을 적용한 음악 재생 어플리케이션을 개발하여 이명 환자들이 손쉽게 사용할 수 있도록 한다. 사용자의 이 명 주파수를 탐색한 후, 사용자가 보유한 휴대 기기의 음악에서 이명 주파수 대역을 제거하고, 그 주변 음을 증폭하여 치료효과를 강화하는 이명치료용 실시간 음악 재생 어플리케이션을 제안한다.
본 논문의 구성은 다음과 같다. Ⅱ장에서는 제안하는 이명 치료 기법을 기술하고, Ⅲ장에서는 제안한 기법을 사용한 안드로이드 어플리케이션을 개발하여, 안드로이 드 기기에서도 이명 치료기로 사용할 수 있음을 실험을 통해 입증한다. 최종적으로 Ⅳ장에서 결론을 맺는다.
Ⅱ. 제안하는 이명 치료 기법 1. 이명주파수 탐색
실질적인 이명치료를 하기 위해서는 사용자의 좌·우 귀의 이명의 주파수 대역과 소리의 크기를 파악해야 한 다. 따라서 본 어플리케이션의 PlayTone으로 그 기능 을 대신한다.
먼저, 사용자는 좌·우 귀 중 한 쪽을 선택하여 이명 주 파수 탐색을 실시한다. 이명 주파수 탐색은 두 가지 방 법이 있으며, 첫 번째는 250Hz에서 10,000Hz까지의 주 파수 대역을 순차적으로 들려주어 찾는 방법이고, 다른
2014년 동계학술발표회 논문집
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방법은 500Hz, 1000Hz와 같이 지정된 주파수 대역을 선택 및 청취하여 찾는 방법이다. 두 방법 모두 Sine Wave 출력을 통해 사용자는 자신의 이명 주파수를 알 수 있으며, 이명이 발생하는 음량의 크기 또한 확인 가 능하다. 이 과정이 끝나면 반대쪽 귀의 이명 주파수 탐 색을 실시한다.
이명 치료에서 중요한 것이 양쪽 귀의 이명 주파수 대 역이 다를 수 있다는 것과 소리의 크기이기 때문에, 좌·
우 귀를 나누어 이명 주파수를 탐색하여 저장하고 그때 측정했던 음량 또한 같이 저장한다.
2. 음악파일 Decode 및 FFT 적용
PlayTone 부분에서 이명 주파수 탐색을 통하여 사용 자의 이명 주파수를 확인했다면, WAV 및 MP3와 같 은 음악 파일을 Decode 하는 과정과 Time Domain의 음원 데이터를 Frequency Domain으로 변환하는 과정 이 필요하다[1].
WAV와 MP3를 Decode하는 과정은 음악 파일을 Header와 실 음악 데이터를 담고 있는 PCM(Pulse Code Modulation)으로 분리하는 작업이다. Header에 음악 파일의 정보들이 담겨 있으며, PCM의 경우 실질 적인 음악 데이터가 16진수로 구성되어 있다.
Decoding작업 후, PCM 데이터를 Time Domain에서 Frequency Domain으로 바꾸는 과정을 진행한다.
∞∞ (1)위 수식은 PCM 데이터를 Time Domain에서 Frequency Domain으로 변환하기 위해서 사용하는 FFT(Fast Fourier Transform)에 관한 수식이다. 주 파수를 시간에 대해서 적분하는 것으로 는 주파수를 나타내며, t는 시간을 나타낸다. 주파수 변환 후, 이명에 해당하는 주파수를 제거하고, 주변 주파수는 증폭시킨 다.
3. 이명주파수 처리
이명은 대개 난청으로 인해 정상적으로 음 자극이 제공 되지 못하는 것을 대뇌가 보상하면서 발생한다. 특정 주파수 음에 의한 자극이 일어나지 못하게 된 피질의 부위가 다른 주파수에 반응하게 되면서 인접 신경들과 의 동조성(Synchrony)이 증가하게 되며, 동조성에 의
해 신경활동을 일으키게 되고 이명으로 지각된다. 따라 서 본 논문에서는 이명 주파수를 제거하고 그 주변 음 을 증폭하는 과정을 통해 피질의 흥분성 활동을 억제하 여 치료 효과를 얻는 방법을 제안한다.
먼저, 이전 과정에서 Frequency Domain으로 변환된 PCM 데이터를 기반으로 하여 이명 주파수 대역을 제 거하는 과정을 실시한다. PlayTone 과정에서 얻은 이 명 주파수 대역을 중심으로 1 옥타브 음을 제거함으로 써 1차적인 Filtering 과정을 거친다. 실질적인 처리과 정은 이명 주파수 대역의 데이터 값을 모두 0으로 처리 한다.
또한, 제거한 이명 주파수 대역 주변 음을 1.5dB에서 3dB 정도 증폭시켜서 이명치료 효과를 높인다. 이 과정 을 통해 대뇌 피질의 흥분성 활동을 억제하는 효과를 얻을 수 있으며, 주변 음 증폭을 통해 보다 탁월한 이명 치료 효과를 얻을 수 있다.
4. 역 FFT를 통한 PCM 데이터 처리
이명 치료를 위한 실질적인 Filtering 과정이 끝나게 되면 다시 원 음악 파일로 복원하는 작업이 필요하다.
두 번째 과정에서 Time Domain인 PCM 데이터를 Frequency Domain으로 바꾸었던 FFT 과정을 역으 로 실시한다.
∞∞ (2)위 수식은 역 FFT를 나타내고 있으며, 이 과정을 통 해 다시 Frequency Domain에서 Time Domain으로 변환할 수 있다. 위 과정이 끝나면 이명 치료 효과를 가 진 음악 파일이 생성된다.
이와 같은 과정은 음악 파일의 좌·우 양쪽 Stereo의 경우 사용자의 이명 주파수 또한 양쪽 귀마다 다를 수 있기에 각각 독립적으로 수행되어야 하며, 이는 이명 치료를 위해서 중요한 요소이다. 음악 청취 시 이 과정 은 실시간으로 이루어지게 되며, 사용자가 원하는 음악 을 치료용 음악으로 청취할 수 있다[3].
Ⅲ. 실 험
다음 그림 1은 본문에서 제시했던 FFT를 통하여 Time Domain에서 Frequency Domain으로 변환한 후 이명 주파수 대역을 제거한 그림이다.
2014년 동계학술발표회 논문집
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그림 1. 1,000Hz 대역의 이명주파수가 제거된 좌측귀의 Frequency Domain
그림 2의 경우, FFT처리된 음원에 좌측 귀의 이명 주 파수 대역을 제거한 모습을 나타내고 있다. 제거된 영 역은 3,000Hz 대역을 중심으로 1옥타브 대역이다.
그림 2. 3,000Hz 대역의 이명주파수가 제거된 우측 귀의 Frequency Domain
다음 그림 3은 본 프로그램에서 이명 주파수가 제거된 음악 재생 시에 나타나는 화면으로 이명 주파수를 제거 한 음악 파일의 누적 Frequency를 나타내고 있다. 각 각 좌측 귀는 1,000Hz 대역의 주파수가 제거되었으며, 우측 귀는 3,000Hz 대역의 주파수가 제거되어 특정 음 자극에 의한 동조성 증가로 발생하는 이명 현상의 치료 효과를 기대할 수 있다[4].
그림 3. 좌·우측 귀의 이명주파수를 제거한 음악의 누 적 Frequency
Ⅳ. 결 론
본 논문에서는 사용자의 이명 주파수를 확인하여 이명 주파수를 제거하고, 제거한 주파수 대역의 주변 음을 증폭하는 방법을 통해 이명 치료용 음악을 생성하는 방 법을 제시하였다. FFT를 통해 Time Domain인 음원 데이터를 Frequency Domain으로 변환한 후, 이명 주 파수 대역을 제거하여 대뇌 피질의 동조성에 의해 발생 하는 이명 현상을 치료할 수 있다. 또한, 이명 주파수 주변 음을 1dB에서 3dB정도 증폭하여 이명 치료 효과 를 증대시키는 방법을 서술하였다. 많은 사람들이 보유 하고 있는 안드로이드 기기를 통해 본 논문에서 제시하 는 새로운 방법이 적용된 치료 어플리케이션을 개발하 였으며, 이는 고액의 치료기를 대체하여 보다 많은 사 용자에게 편의를 제공할 수 있을 것으로 기대한다.
참 고 문 헌
[1] Teismann H, Okamoto H, Pantev C. “Short and intense tailor-made notched music training against tinnitus: the tinnitus frequency matters.” PLoS One. e24685 Epub 2011.
[2] Hobson J1, Chisholm E, El Refaie A. "Sound therapy (masking) in the management of tinnitus in adults."
Cochrane Database Syst Rev. 2010
[3] 남의철, 이명치료를 위한 실시간 주파수 리쉐이퍼 장치 및 방법 KR-A-10-2013-0079878, 11.07.2013.
[4] 남의철, 음악을 이용한 맞춤형 이명 치료장치 및 방법 KR-A-10-1057661-0000, 11.08.2011.
2014년 동계학술발표회 논문집
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