Statistical analysis of shape of auricular concha for mass customization of OTC hearing aids / Análisis estadístico de la forma de la concha auricular para la personalización masiva de audífonos de venta libre

SUMMARY: A detailed data of shape of auricular concha is currently not available. Therefore, this study constructed a framework to statistically analyze the shape of the auricular concha based on a database of 3D scanned images. The 3D models of the auricular concha from 308 study participants are converted into compatible NURBS surfaces generated through 795 data points to perform a requisite statistical analysis. Subsequently, the shape of the auricular concha of the participants is grouped into 29 clusters with a modified hierarchical clustering algorithm. Finally, a wear trial and simulation test are carried out to validate the wear comfort of a designed OTC hearing aids based on the average shape of each cluster. The experimental results show that the average shape obtained as per the cluster is capable of representing the common geometric properties of their corresponding members, and could thus be used as a reference in designing mass-customized OTC hearing aid. The method in this study is superior to conventional methods that rely on sparse results for shape analysis because it takes into account the intricate geometric shape of the auricular concha. The quantitative description of conchal morphometry will be beneficial for plastic surgeons, and for the ergonomic design of ear-related products.

RESUMEN: Actualmente no se dispone de datos específicos de la forma de la concha auricular. Por lo tanto, este estudio construyó un marco para analizar estadísticamente la forma de ella a partir de una base de datos de imágenes escaneadas en 3D. Los modelos 3D de la concha auricular de 308 participantes del estudio se convirtieron en superficies NURBS compatibles generadas a través de 795 puntos de datos para realizar un análisis estadístico requerido. Posteriormente, la forma de la concha auricular de los participantes se agrupó en 29 grupos con un algoritmo de agrupamiento jerárquico modificado. Finalmente, se llevó a cabo una prueba de uso y una prueba de simulación para validar la comodidad de uso de unos audífonos OTC diseñados en función de la forma promedio de cada grupo. Los resultados experimentales mostraron que la forma promedio obtenida de la concha auricular, según el grupo, es capaz de representar las propiedades geométricas comunes de sus miembros correspondientes y, por lo tanto, podría usarse como referencia en el diseño de audífonos OTC personalizados en masa. El método de este estudio es superior a los métodos convencionales que se basan en resultados escasos para el análisis de forma, porque tiene en consideración la intrincada forma geométrica de la concha auricular. La descripción cuantitativa de la morfometría de la concha auricular será beneficiosa para los cirujanos plásticos y para el diseño ergonómico de productos relacionados con el oído.

A morphometric study of auricular concha in the population of young Chinese adults / Estudio morfométrico de la concha auricular en una población de jóvenes adultos chinos

SUMMARY: A detailed data of concha is currently not available. Therefore, the present study aimed to determine twelve morphometric measurements of concha, to investigate its sexual dimorphism and bilateral asymmetry, and to establish basic shapes of concha for both sexes and sides. The study sample comprised of 310 young Chinese aged 18-28 years. 141 left and 141 right ear impressions for females, 169 left and 169 right ear impressions for males were collected and scanned. The 3D coordinates of seven landmarks on each auricular concha were obtained using 3D scanning technology and curvature theory. From the landmarks, twelve morphometric measurements of concha were calculated and analyzed. The conchal morphometry exist significantly sexual dimorphism in this study sample. On average, all measurements were larger in males than in females regardless of the sides. There was significantly bilateral asymmetry among left and right conchae in both sexes. Some measurements were larger in the right sides and some measurements were larger in the left sides, but the bilateral difference in both measurements found to be less than 1mm. Additionally, the basic shapes of concha for both sexes and sides were established on the basis of the mean 3D coordinates of each landmark and the mean value of each measurement. The anthropometric method of this study could overcome the difficulty in locating landmarks of auricle complex structures, and attain a higher level of accuracy in the procedure of measurement. The quantitative description of conchal morphometry will be beneficial for plastic surgeons, and for the ergonomic design of hearing aids.

RESUMEN: Actualmente no existen datos detallados de la concha auricular. Por lo tanto, el presente estudio tuvo como objetivo determinar doce medidas morfométricas de la concha auricular, investigar su dimorfismo sexual y asimetría bilateral, y establecer formas básicas de la concha para ambos sexos y lados. La muestra del estudio estaba compuesta por 310 jóvenes chinos de 18 a 28 años de edad. Se recolectaron y escanearon 141 impresiones de la oreja izquierda y 141 de la oreja derecha en mujeres; 169 impresiones de la oreja izquierda y 169 de la oreja derecha en hombres. Las coordenadas 3D de siete hitos en cada concha auricular se obtuvieron utilizando la tecnología de exploración 3D y la teoría de la curvatura. A partir de los hitos, se calcularon y analizaron doce medidas morfométricas de concha. La morfometría conchal indica la existencia significativa de dimorfismo sexual en esta muestra. En promedio, todas las mediciones fueron mayores en los hombres que en las mujeres, independientemente de los lados. Se observó una asimetría bilateral significativa entre las conchas izquierda y derecha en ambos sexos. Algunas medidas eran mayores en el lado derecho y otras medidas eran mayores en el lado izquierdo, pero la diferencia bilateral en ambas medidas fue menor a 1 mm. Además, las formas básicas de concha para ambos sexos y lados se establecieron sobre la base de las coordenadas 3D medias de cada punto de referencia y el valor medio de cada medición. El método antropométrico de este estudio podría superar la dificultad de localizar los hitos de las estructuras del complejo auricular y lograr un mayor nivel de precisión en el procedimiento de medición. La descripción cuantitativa de la morfometría conchal será util para los cirujanos plásticos y para el diseño ergonómico de audífonos.