검사거리에 따른 동적입체시의 비교

1. 연구 대상

본 연구의 취지에 동의하고 전신질환이나 안질환이 없고, 눈 수술 경험이 없는 평균 나이 전체 22.56±2.42(19~32) 세 성인 120명 중 남성은 23.29±2.35(19~32)세의 58명, 여성은 21.83±2.29(19~29)세 62명을 대상으로 실시하였다.

2. 연구방법

자동굴절검사가 가능한 사진굴절기(Photorefractor, VS100, Welch Allyn, USA)를 이용하여 전체 대상자의 굴절이상도, PD 및 동공크기를 측정하였다. 전체 대상자의 굴절이상도 평균은 우안 등가구면(SE; spherical equivalent refractive error) −1.38±2.11 D, 좌안 등가구면 −1.35±2.10 D였고, 이 중 굴절이상자는 모두 완전교정(full correction)을 한 후 동적입체시 검사를 실시하였다. 단, 이번 실험은 사위(heterophoria)에 따른 분류는 하지 않고 진행하였다. 동적 입체시는 Fig. 1과 같이 자동속도시스템을 설치한 삼간계를 이용하였다. 삼간계 막대의 이동속도는 35 mm/sec로 설정하고, 검사거리 2.5 m와 4 m 두 가지 조건에서 측정하여 평균과 표준편차를 계산하였다. 검사실 조도는 800 Lux 이상으로 하였으며 모든 검사는 동일한 조도에서 실시하였다.

Fig. 1.

Three-rods test system using automatic velocity system. Three-rods test system is automatically activated by the velocity control system. The instrument moves the middle bar of the three bars back and forth at a constant velocity 35 mm/sec, depending on the movement of the rail. The moving bar can be stopped by the controller with the stop button.

1) 검사거리에 따른 동적 입체시의 측정

자동 삼간계(three-rods test)는 세 개의 흰색 막대의 끝을 가린 사각형의 창을 통해 고대비 바탕을 배경으로 막대가 보이고, 세 개의 막대 중 양쪽 가쪽의 두 개의 막대는 나란하게 고정되어 있고 가운데 한 개 막대는 줄과 도르래 배열에 의해 관측자로부터 앞으로(가까이) (혹은) 뒤로(멀리)움직일 수 있다. 삼간계 가운데 막대의 이동 속도는 35 mm/sec로 선택 설정할 수 있어 일정한 속도로 막대가 자동으로 움직일 수 있다(Fig. 1).

실험 대상자들에게 고정된 양쪽 두 막대와 자동속도로 움직이는 가운데 막대가 수평하다고 보일 때 즉시 정지버튼을 눌러 멈추게 하였다. 고정된 두 막대의 위치를 ‘0’으로 기준삼고 가운데 막대가 앞쪽에 놓이면 ‘+’ 뒤쪽으로 놓이면 ‘−’로 구분하였다. 이때 고정된 두 개의 막대와 가운데 정지한 막대 사이의 떨어진 간격 즉, 수직시차(vertical disparity)에 해당하는 오차거리 값을 각각 기록하였다.

동적입체시는 나안으로 자연시 상태를 유지하고 측정하였다. 검사는 모두 삼간계 막대의 이동속도 35 mm/sec로 설정된 상태에서 첫 번째 검사는 검사거리 2.5 m에서 두 번째 검사는 검사거리 4 m에서 각각 3 회씩을 측정하고 결과를 기록하였다. 두 검사거리에서 측정한 고정된 막대와 움직여 정지한 가운데 막대 사이의 벌어진 간격 즉, 대상자의 막대 간의 원근감에 의한 오차거리 값을 측정 한 후에 Table 1에 의해 양안시차 양을 입체시 역치 값으로 변환하여 동적입체시(초)로 환산하여 나타내었다.

Table 1.

Conversion of binocular disparity into dynamic stereoacuity

1. 검사거리에 따른 남녀간 및 남녀별 동적입체시 비교

성인남녀 120명을 대상으로 삼간계 속도가 35 mm/sec일 때, 검사거리 2.5 m와 4 m에서 측정한 동적입체시는 Table 2와 같이, 검사거리 2.5 m에서 동적입체시는 전체 29.89±22.00초, 남성은 28.88±25.71초, 여성은 31.31±20.41초로 남성이 여성보다 입체시가 더 좋았으나 통계적으로 유의한 차이는 없었고(p=0.562), 검사거리 4 m에서 동적입체시는 전체 18.99±12.06초, 남성은 20.20±13.76초, 여성은 17.91±11.15초로 2.5 m에서 측정한 결과와 다르게 여성이 남성보다 더 좋게 나타났으나, 남녀간에 통계적으로 유의한 차이는 없었다(p=0.292). 검사거리 2.5 m와 4 m 두 검사거리에서의 남녀 전체 동적입체시간에는 통계적으로 유의한 상관성은 없었다(Fig. 2, p>0.05).

Fig. 2.

Correlation of dynamic stereoacuity by test distance in all subjects.

Table 2.

The clinical characteristics in each gender group

두 검사거리에서 측정한 동적입체시는 전체, 남녀별로 그룹 분류해서 비교해 보면 2.5 m와 4 m에서 각각 전체 29.89±22.00초와 18.99±12.06초, 남성은 28.88±25.7초와 20.20±13.76초, 여성은 31.31±20.41초와 17.91±11.15초로 세 그룹이 모두 통계적으로 유의한 차이를 나타내었다(p<0.05). 또한 검사거리가 2.5 m에서 4 m로 멀어졌을 때 동적입체시 변화 값은 전체 10.90초, 남성 8.68초, 여성은 13.40초가 향상되어 2.5 m보다 4 m로 검사거리가 멀어지면서 남성, 여성 모두 동적입체시가 더 좋아지는 결과를 나타내었고, 그 중에서도 동적입체시의 변화 값의 크기는 여성이 남성보다 약 4.72초 정도 더 많이 향상되어 2.5 m보다 상대적으로 더 먼 거리 4 m에서 남성보다 여성의 향상 정도가 더 크게 나타났다나타났다(Table 3).

Table 3.

Comparison of dynamic stereoacuity by test distance in both men and women

2. PD와 동공크기(pupil size)에 따른 검사거리별 동적입체시 비교

사진굴절기 검사에 의해 측정된 PD는 전체 평균 64.70±3.44 mm, 남성은 66.32±2.74 mm, 여성은 63.23±3.38 mm였고, 남녀간의 PD는 통계적으로 유의한 차이를 보였다(Table 2, p>0.05). PD 전체 평균 64.70 mm를 기준으로 표준편차 ±3.44 mm를 범위로 해서 세 그룹으로 분류해서 비교한 동적입체시는 Table 4와 같이 검사거리 2.5 m와 4 m 두 거리에서 측정한 입체시가 모두 통계적으로 유의한 차이가 없었다(p=0.334, p=0.738). 또한 두 검사거리에서 각각 측정된 동적입체시와 PD의 상관관계는 회귀분석에 의하면 두 거리에서 모두 거의 상관성이 0에 가까워 상관관계가 거의 없었다(Fig. 3).

Table 4.

Comparison of dynamic stereoacuity by test distance according to the PD range

Fig. 3.

Correlation between pupillary distance and dynamic stereoacuity by test distance in all subjects.

남성과 여성의 PD가 통계적으로 유의한 차이가 있었기에 남녀별 PD와 검사거리별 동적입체시의 상관관계를 분석해 본 결과, 상관성은 2.5 m와 4 m에서 각각 남성은 결정계수 R²=0.011, 0.002, 여성과는 R²=0.040, 0.032으로 남녀모두 상관성은 거의 없었으나 수치상으로 미미하지만 남자보다는 여성이 좀 더 두 거리에서의 동적입체시와 PD가 상관성이 좀 더 큰 경향을 보였다(Fig. 4, 5). 사진굴절기 검사에서 측정된 좌,우안의 동공크기는 우안은 전체 평균 5.69±0.89 mm, 남자 5.63±0.74 mm, 여자는 5.83±0.71 mm였고, 좌안은 전체 평균 5.73±0.70 mm, 남자 5.64±0.71 mm, 여자는 5.81±0.68 mm였다. 남녀간 좌, 우안의 동공의 크기는 통계적으로 유의한 차이는 없었다(Table 2, p>0.05).

Fig. 4.

Correlation between pupillary distance and dynamic stereoacuity by test distance in men.

Fig. 5.

Correlation between pupillary distance and dynamic stereoacuity by test distance in women.

본 연구에서는 동적입체시가 이간계보다 삼간계로 측정한 것이 최소 입체시가 더 낮은 결과를 준다는 보고^[14]와 현행 ‘운전적성정밀검사’중 ‘거리지각검사’에서 검사거리가 2.5 m인 점^[10]을 참고하여 검사속도가 35 mm/sec로 일정할 때 검사거리를 2.5 m에서, 다시 4 m로 멀게 변화시켜 각각 다른 두 검사거리에서 측정해 보았다.

Shim 등,^[13-15] Kim 등^[16]에 따르면 2.5 m 검사거리에서 남녀의 동적입체시는 통계적으로 유의한 차이는 없었으나 남성이 여성보다 대체로 더 우수한 경향을 나타냈다고 했고, Han 등^[18]은 일 부 조건에서 남성이 여성보다 유의하게 더 높은 동적입체시를 보였고, 전체적인 경향 또한 남성이 여성보다 입체시력이 높게 나타났다고 보고하였다. 이는 일반적으로 남성이 여성보다 발육 및 성장과정에서 외부적인 활동이나 스포츠 활동 등을 더 선호하고 더 자연스럽게 접할 기회가 많아서 동적입체시가 더 발달했을 것^[16]이라는 내용들과 일치하는 결과로 예상된다.

이번 연구에서는 검사속도가 일정할 때, 검사거리 2.5 m에서는 남성 28.88초와 여성 31.31초로 남성이 여성보다 더 우수했고, 4 m로 멀어졌을 때는 여성 17.91초, 남성 20.20초로 여성이 남성보다 동적입체시가 더 우수하게 나타났다. 본 실험결과에서는 남녀간에 통계적으로 유의한 차이는 없었으나, 남성이 여성보다 동적입체시가 대체로 우수한 경향을 보였다는 기존 결과들^[13-16]과는 조금 다른 결과가 나타났다. Saladin^[12]은 입체시가 양적 측면 및 질적 측면을 둘 다 가질 수 있다고 하였는데, 양적 측면에서 입체시는 초(sec of arc)에서 입체 편차 각도의 일부 표현이며, 질적 측면에서는 시간, 지각 능력, 버전스(vergence) 메커니즘 등 생리적 요소 등 다양한 조건에 따라 입체시가 저하 또는 향상될 수 있다고 하였다. 또한 질적 측면이 양적 측면보다 정의하는 것은 더 어렵지만 더 사실적이라고 하였다. 이것은 본 연구에서 성별, PD, 동공크기 등 생리학적 요인 또는 그 외 어떤 요인 때문인지는 밝혀내지는 못했지만 항상 남성이 여성보다 동적입체시가 더 우수한 것이 아니라 동적입체시가 발휘되는 다양한 상황에 따라 남성이 여성보다 상대적으로 더 우수할 수도 있다는 것을 설명해준다. 이것은 남자와 여자의 동적입체시를 양적인 역치값으로 표준화해서 나타내기 어려운 이유가 될 수 있다. 따라서 질적 측면에서 보면 동적입체시는 항상 남성이 우수한 것이 아니라, 검사거리 등과 같은 다양한 조건에 따라 여성이 남성보다 더 우수하게 발휘될 수도 있다.

남녀별로 분류해서 비교해 보면 검사거리가 2.5 m에서 4 m로 멀어졌을 때 동적입체시가 남성은 8.68초, 여성은 13.40초 만큼 모두 통계적으로 유의하게 향상되어 검사거리가 멀어지면서 남성, 여성 모두 동적입체시가 더 좋아지는 결과를 나타내었다. 그 중에서도 동적입체시의 변화량은 여성이 남성보다 약 4.72초 정도 더 많이 향상되어 2.5 m에서 보다 상대적으로 더 먼 거리 4 m에서 남성보다 여성의 동적입체시의 향상 정도가 더 크게 나타났다. 선행연구들^[13,14,19]에서 동적입체시가 다르게 측정되었고, 그 이유는 두 막대 간 최소거리가 동일하더라도 검사거리가 멀어지면 입체시 값은 낮아지고(향상), 가까워지면 높아지는(감소) 즉, 검사거리 차이로 인하여 동적입체시 값에 영향을 미친 것으로 생각된다고 보고^[20]된 바 있다. 또한 삼간계로 측정한 동적입체시를 원거리 3 m에서 8.30초, 근거리 40 cm에서 277.56초로 근거리에 동적입체시가 정상범위보다 높게 측정되었고, 이는 원거리 검사기기가 근거리 동적입체시 측정에 그대로 사용되어 원거리 3 m와 근거리 40 cm로 검사거리가 멀어질수록 근거리에서는 막대 간 간격 1 mm 시차가 최소 70 초 이상 입체시 값의 증가를 가져오기 때문에 동적입체시는 더욱 향상되는 영향을 받는다고 제시^[20]하였다. 여기에는 시차적 차이와 함께 ‘근거리주시 복합운동(near vision complex)^>[21,22]에 의해 생리학적으로 조절(accommodation)과 눈모음의 메커니즘이 관여했을 것으로 생각되어 근거리에서의 입체시가 원거리에 비해 정상범위보다 높게 측정된 것에 영향^[23]을 미쳤을 가능성이 있다고 고려된다. 입체시 변환식(Table 1)에 의하면 동일한 검사 속도일 때, 검사거리가 2.5 m에서 4 m로 멀어지면서 1 mm의 시차는 최소 1.24초, 10 mm 시차는 최소 12.49초의 입체시 값이 증가되어 동일한 시차라도 검사거리가 4 m로 멀 때 남성, 여성 모두 입체시가 향상되는 결과를 가져온다는 것은 설명이 가능하다. 그러나 2.5 m에서와 다르게 4 m에서 남성보다 여성의 동적입체시 향상 정도가 더 큰 점은 saladin^[12] 주장처럼 검사거리와 양안시차의 영향뿐만 아니라 또 개인별 여러 요소들이 작용했기 때문으로 추측된다.

1866년 Helmhotlz에 의해 제안된 삼간계는 Kani^[25]와 Zagora^[26]의 실험에서 검사거리 6 m에서 깊이지각을 측정하는데 이용되었다. 또한 운전면허와 관련해서는 1996년 Fleck 둥^[27]이 4 m 검사거리에 대한 삼간계 방법에 기초를 둔 입체시 검사법을 제시하기 시작하였고, 일본에서는 1960년부터 도로교통법상 영업용 자동차를 운전하기 위한 운전면허 취득시에 ‘심도지각(depth perception)검사’를 표준시력검사시에 함께 실시하는 규정을 시행중^[9]이며, 우리나라에서는 1986년부터 시행되어 국가교통부고시 사항 중「여객자동차 운수사업법」제24조,「화물자동차 운수사업법」제8조에 따라서 여객 또는 화물자동차의 운전업무에 종사하려는 사람 및 여객 또는 화물자동차의 운전업무에 종사하는 사람에 대하여 실시하는 운전적성에 대한 정밀검사에 필요한 사항을 정함을 목적으로 ‘사업용 자동차 운전자 운전적성에 대한 정밀검사관리규정’을 TS 한국교통안전공단(Korea Transportation Safety Authority)에서 시행(현재 2018.1.1. 시행기준)^[10]하고 있다. 이 시행 규칙에 적용된 운전적성검사정밀검사(Driver Aptitude Initial Inspection Test )항목 중 신규 및 유지 검사자에서 입체공간 내에서의 원근거리 추정능력을 측정하는 거리지각검사를 시행하고 있다. 일본에서 삼간계 검사방법은 검사속도, 즉 막대의 이동속도는 50 mm/sec, 검사거리 2.5 m에서 측정하며, 결과판정은 오차거리가 20 mm(환산 입체시 40.99초)이거나 그보다 더 작아야 검사를 통과할 수 있다.^[9] 우리나라에서는 일본과 유사하게 검사속도 25 mm/sec, 검사거리 2.5 m에서 실시하고 있으며, 결과판정은 오차거리가 46 mm(환산 입체시 94.29초)이하일 때를 4등급으로 하여 적합으로 판정하고, 46 mm 초과 시에는 거리지각검사 부적합으로 판정하고 있다.^[10] 삼간계를 이용한 거리지각검사를 법적 운전면허발급에 대한 적합판정의 검사로 활용하고 있다는 것은 양안시기능 중 하나인 동적입체시가 현대인의 일상생활 중 많은 비중을 차지하는 자동차운전 시 안전한 주행을 하는데 있어 상당히 밀접하게 관계하고 있음을 가늠할 수 있는 부분이다. 또한 자동차 운전과 같이 일정 속도로 주행 중 전방 시야에 나타나는 교통안내표지판이나, 안전표지물, 또는 보행자나 자전거, 자동차 등 일반적으로나 돌발적으로 나타나는 피사체와의 거리지각능력에 따라 능동적인 자동차의 속도제어가 가능하며, 이때는 동시에 손과 눈의 협응작용이 동반^[16]된다고 알려져 있다.

또한 최근 사회적으로 급속하게 진행되고 있는 인구 노령화 현상으로 인해 노인성 질환 중 치매(dementia)에 대한 관심이 높아지고 있있다. Kang 등^[28]은 3차원 컴퓨터그래픽 도형을 이용한 운동깊이효과(kinetic depth effect) 측정을 통해 경증 알츠하이머병(alzheimer’s disease, AD)치매 초기부터 시지각 능력결함이 나타난다는 사실을 확인하여 AD의 조기 진단에 포괄적인 시지각능력 측정의 중요성을 강조한 바 있어, 동적입체시는 시기능 향상 부분에서 뿐만 아니라 사회 전반에서 여러모로 그 활용도가 매우 높아질 것으로 생각된다.

PD와 검사거리에 따른 동적입체시는 전체 평균 64.70mm를 기준으로 세 그룹으로 비교해 보았을때 2.5 m와 4 m 두 거리에서 측정한 입체시가 모두 차이가 없었고, 또한 전체 및 남녀별 PD와 비교했을 때도 상관성이 거의 없었다. 단 여성의 경우 두 거리에서 모두 남성에 비해 PD와의 상관성이 미미하였으나 다소 높게 나타났다.

Karm 등^[29]은 컴퓨터 입체도형을 이용한 실험에서 PD가 큰 사람은 PD가 짧은 사람에 비해서 시차로부터 지각되는 깊이가 상대적으로 감소하였지만 작은 시차보다는 높은 시차에서 PD에 의한 설명력이 커진다고 하였다. 또한 양안시차 이외에 운동시차(motion parallax) 등의 깊이 단서(depth cue)들로 인해서 상대적인 효율성은 개인마다 다르다고 하였다. Han^[18] 은 Grosvenor^[30]가 PD의 증가에 따라 깊이인지능력(depth perception ability)이 향상된다고 제시한 것에서 해부학적으로 남성이 여성보다 더 큰 PD를 가짐으로써 동적입체시력이 더 높게 측정되는 것으로 예상된다고 제시한 바 있다.

이들 선행 연구^[18,29,30]와 함께 고려해보면 남성이 66.32mm, 여성이 63.23 mm로 남녀간 PD 차이가 3.09 mm로 통계적으로 유의한 차이가 있었지만, 동적입체시가 2.5 m에서는 남성이 더 우수했고, 4 m에서는 여성이 더 우수한 것은 PD의 크기만으로 동적입체시의 우수성을 예상하기는 어려운 점이다. 남녀간 PD의 유의한 차이가 있었으나 입체시 변화에서는 유의한 차이가 없었던 점은 실제 현실의 다양한 상황에서 입체시를 발휘할 때는 개인별 양안시차 이외에 여러 깊이단서들^[28]로 인한 상대적인 효율성이나, 부등상(aniseikonia), 부등시(anisometropia), 조절, 동공크기 등^[21] 생리적 요소 등이 관여하므로, PD가 크면 지각인지능력이 향상될 것^[30]이라는 이론적인 내용과는 항상 일치하기 어려울 가능성이 존재한다. Shim 등^[13,14]도 최근 동적입체시와 PD는 상관성이 거의 없다고 보고했듯이, PD가 동적입체시에 미치는 영향을 정확하게 통계적으로 증명하기 어렵지만 더 많은 실험들을 통해서 입체시 매커니즘에 작용하는 다양한 시기능적 요소를 찾아보는 것이 필요하다고 생각된다.

동공크기는 남녀간에 통계적 차이가 없었고(Table 2), 좌·우안 동공크기 모두가 두 검사거리의 동적입체시와 상관성이 거의 나타나지 않았지만, 동공크기가 동적입체시에 미치는 영향이 없다고 단정하기 어렵다. Lovasik 등^[23]이 Randot test(Random-dot test)와 Titmus test 방법으로 동공크기와 입체시의 관계를 연구한 보고에서, Randot test는 동공크기 2.5 mm이하, Titmus test는 1.5 mm 이하에서 입체시가 유의하게 감소하는 영향은 보였으나, 정상적인 생리학적 범위의 동공크기의 차이는 입체시를 임상적으로 받아들일 수 없는 수준으로는 감소시키지 못했다고 보고한 바 있다. 따라서 본 연구에서 검사 대상자들이 정상 동공크기를 가진 사람으로 실시된 점에서 동적입체시의 유의한 차이점이 나타나지 않았을 가능성이 크다. 단, Lovasik 등^[21]은 Randot test와 Titmus test로 정적입체시를 측정한 점이 삼간계로 동적입체시를 측정한 본 연구와는 다른 점이므로, 동공크기가 동적입체시에 미치는 영향은 좀 더 많은 대상자를 추가적으로 연구해서 더 많은 데이터를 비교, 분석해 볼 필요가 있다고 사료된다.

입체시검사는 정신물리학적(psychophysical) 또는 작업지향(task oriented), 역치(threshold) 또는 비역치(nonv), 국소적 또는 전체적(global), 실제공간이나 기구 공간(instrument space), 미세함(fine) 또는 거침(coarse), 양적(quantitative)이나 질적(qualitative)으로 분류할 수 있다고 했다.^[31] 또한 질적 측면에서 동적입체시는 자연시 상태에서 단안단서가 포함되어 있는 경우^[15] 우세안의 방향이나 강도,^[32] 개인의 성별, 생리학적 요인 등 여러 환경에 의해 달라질 수 있으므로^[31] 적합한 작업환경이나 생활의 요구에 맞게 동적입체시를 다양한 검사거리별로 다르게 측정한 결과가 개인별 시기능을 판단할 때에 유용한 자료가 될 것으로 생각된다.

본 연구의 제한점은 사위, 난시, 우세안 등의 안위이상 등의 구분 없이 모든 실험 대상자들의 굴절이상만을 완전 교정 후 실험에 참여한 점, 검사속도를 35 mm/sec 한 가지 속도로 제한해서 측정한 점 등이다. 차후에는 여러 안위이상 등 시기능에 영향을 미치는 요소들이 검사거리별 동적입체시에 미치는 영향이나 또는 일정한 검사거리에서 검사 속도 변화에 따른 동적입체시 등 다양한 연구가 더 필요하다고 사료된다.