증강현실 안구 운동 훈련 실시 전·후 시기능 및 피로도 변화에 대한 연구

1. 대상

본 연구에서는 사시, 약시 등의 안과적 질환이나 양안시 기능에 문제가 없고 타각적 굴절검사를 통하여 굴절력을 측정한 값을 이용하여 나안시력 또는 교정시력이 1.0 이상인 자로 평균 연령 22.40세±1.30세의 성인 남녀 30명 (남:12명, 여:18명)을 대상으로 실시하였다.

2. 방법

정시인 피검사자는 나안의 상태로 진행하였으며 굴절이상이 있는 피검사자는 자동 굴절력계(URK-800, Unicos, Korea)의 검사 값을 바탕으로 한 양안 완전 교정 값을 자동 포롭터(HDR-9000, Huvitz, Korea)에 장입하여 검사를 진행하였다. 안구 운동 훈련 실시 전·후 28가지의 자각증상에 대한 설문이 구성되어 있는 SSQ(Simulator sickness questionnaire) 설문지를 자기기입식으로 먼저 실시하고 시기능 검사를 진행하였다.^[12]

안구 운동 훈련은 본 실험을 위해 개발된 기기로 반투과거울과 프레넬렌즈 등으로 구성된 기기를 3D프린터를 통해 제작하여 사용하였으며 사용된 스마트폰은 LG G7 ThinQ(LM-G710N, LG Electronics, Korea)이고, 디스플레이 사양은 대각선 길이 154.7 mm, 해상도는 3120×1440, 564 ppi이다, 안구운동훈련 애플리케이션은 추종 안구 운동, 충동 안구 운동, 원근거리 교대 보기 운동, 곡선 안구운동, 나선 운동, 눈 깜빡임 운동으로 이루어져 있다(Fig. 1). 각 훈련은 1분씩 구성되어 있으며, 추종안구운동은 좌우로 천천히 이동하는 물체를 따라보는 운동이며, 충동안구운동은 상하좌우 및 대각선에 나타나는 물체를 도약운동으로 바라보게 구성되었다. 원근거리 교대 보기 운동은 움직이는 물체가 화면의 아래쪽에서 작게 나타났다가 점점 커치면서 멀어지는 것을 지속적으로 따라보며 원-근거리 교대보기 훈련을 할 수 있도록 구성되었으며, 곡선은 무한대 모양의 움직임을 따라보고, 나선은 가운데에서 바깥쪽으로 회전하면서 나가는 물체를 따라보게 구성되었다. 마지막으로 눈 깜빡임 운동은 1초에 1회, 1초에 2회, 1초에 3회 순으로 증가하면서 깜빡이게 하였고 이후에는 다시 2초간 감고있다가 다시 같은 동작을 반복하였다. 6가지 안구 운동 훈련에 소요되는 시간은 총 6분이었다.

Fig. 1.

Eye movement training application examples.

원/근거리의 수평 사위 검사(phoria)는 수정된 토링톤(modified Thorington)법을 사용하여 검사하였으며, 원/근거리에서의 융합력 검사, 조절력 검사 등을 진행 후 개발된 증강현실 기기와 안구 운동 훈련 애플리케이션을 사용하여 각각의 안구 운동 훈련 6가지를 실시한 뒤 자각증상에 대한 SSQ 설문을 실시하고 원거리 시기능 검사와 근거리 시기능 검사를 진행하였다.

SSQ 설문은 크게 눈의 불편함, 전반적인 불편함, 메스꺼움, 집중력, 두통으로 총 5가지로 나뉜다. 눈의 불편함(eye related discomfort)의 11개의 항목, 전반적인 불편함(general discomfort)의 7개의 항목과 메스꺼움(nausea)의 3개 항목, 집중력(focusing difficulty)의 4개 항목, 두통(headache)의 3개 항목으로 총 28개의 증상에 대한 설문으로 구성되며 0(증상없음)~7(매우 심함) 점으로 나누어 응답하도록 하였다. 눈의 불편함 항목은 세부적으로 흐려 보이거나 번져 보임(blurry), 건조함과 뻑뻑함(dry eye), 눈의 피로함(eye strain), 이물감(gritty), 안구의 통증(eyeache), 따가움과 쓰라림(sting), 눈의 졸음·몽롱함(eyes heavy), 안개 낀듯 희뿌옇게 보임(hazy), 안구의 발열(warm eyes), 자극을 받아 깜박임(flickering), 눈물 남(watery eyes)으로 11가지로 구성된다. 전반적인 불편함 항목으로는 머리가 무거운 느낌(feeling heavy in the head), 몸이 무거운 느낌(feel heavy), 집중하기 어려움(difficulty concentrating), 어지럽고 핑 도는 느낌(dizzy), 어깨의 뻐근함(stiff shoulder), 목의 뻐근함(stiff neck), 졸림(sleepy)으로 7개의 항목으로 구성, 메스꺼움의 항목으로는 구토(vomiting), 현기증과 어지러움(vertigo), 메스꺼움(nausea)으로 3가지 항목으로 구성된다. 집중력 항목은 한곳을 보기 어려움(difficulty focusing), 복시(double vision), 가까운 것이 잘 안 보임(near vision difficulty), 먼 곳이 잘 안 보임(far vision difficulty)으로 4개의 항목으로 구성되며 마지막으로 두통(headache)의 항목으로는 관자놀이 쪽 두통(pain in the temple), 이마나 머리 앞쪽 두통(pain in the middle of the forehead), 뒤통수 쪽 두통(pain in the back of the head)으로 3가지의 항목으로 구성된다.

3. 통계처리

본 실험에서의 통계분석은 SPSS를 이용하여 안구운동훈련 전·후의 변화를 paired t-test를 통해 비교·분석하였다. 각각의 test에서 신뢰도 95%를 기준으로 할 때, 유의수준(p-value)이 0.05 이하이면 유의한 차이가 있는 것으로 판단하였다.

1. 안구운동 훈련 전·후 시기능 변화

안구 운동 훈련 실시 전과 안구 운동 훈련 실시 후의 원거리 사위 검사 결과와 근거리 사위 검사 결과는 Fig. 2와 같다.

Fig. 2.

Change in distance and near phoria before and after eye movement training.

안구 운동 훈련 실시 전과 실시 후의 원거리 사위 검사결과는 4.00±3.54 △ 외사위에서 3.27±3.25 △ 외사위로 약 0.73 △ 감소하였지만, 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 하지만 안구 운동 훈련 실시 전과 실시 후의 근거리 사위 검사 결과는 6.10±6.58 △ 외사위에서 4.17±7.13 △ 외사위로 변화하였으며 약 1.93 △ 감소하였고 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 이는 본 증강현실 기기로 구현된 안구 운동 훈련 애플리케이션의 경우 원/근거리 모두 외사위를 줄이는 경향을 보였으며, 그 효과는 근거리에서 크게 나타난 것으로 볼 수 있다.

안구 운동 훈련 실시 전과 후의 원거리 융합력과 근거리 융합력을 측정한 값을 Fig. 3에 나타내었다. 원거리 검사 결과를 살펴보면, 개산여력 분리점은 10.63±4.43 △에서 10.50±4.28 △으로 약 0.13 △ 감소하였고, 폭주여력 분리점의 경우 16.37±9.57 △에서 17.80±9.79 △으로 약 1.43 △ 증가하였지만 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 원거리에서의 개산여력 회복점은 6.10±3.27 △에서 6.30±3.43 △으로 약 0.2 △ 증가하였고, 폭주여력 회복점의 경우 9.53±6.87 △에서 10.13±7.67 △으로 약 △ 0.6증가하였고, 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다.

Fig. 3.

Change in distance and near vergence before and after eye movement training.N.F.R: negative fusional reserve, P.F.R: positive fusional reserve

안구 운동 훈련 실시 전과 실시 후의 근거리 검사결과를 살펴보면, 개산여력 분리점은 18.87±6.71 △에서 20.83±6.87 △으로 약 1.96 △ 증가하였고, 폭주여력 분리점의 경우 19.83±8.53 △에서 19.57±9.05 △으로 약 0.26 △ 감소하였지만, 통계적으로 유의한 변화를 보이지 않았다. 근거리 개산여력 회복점은 13.17±5.56 △에서 15.33±6.13 △으로 약 2.16 △ 증가하였으며 이는 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05). 근거리 폭주여력 회복점의 경우 11.93±7.76 △에서 12.23±7.62 △으로 안구 운동 훈련 실시 후 약 0.3 △ 증가하였지만 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다.

원/근거리 개산여력 및 폭주여력의 흐린점, 분리점, 회복점의 경우 일부 변화가 관찰되었지만 일관성 있는 유의미한 변화는 관찰할 수 없었으며, 근거리 개산 여력의 회복점에서만 안구 운동 훈련 후 증가하는 경향을 보였다. 따라서 융합력의 경우에서도 일부 긍정적인 변화를 관찰할 수 있었다.

안구 운동 훈련 전과 후의 양안 최대 조절력은 14.28±4.27 D에서 14.96±5.02 D로 약 0.68 D 증가하였으나 통계적으로 유의한 차이를 보이지는 않았다(Fig. 4). 양안 조절용이성은 안구 운동 훈련 전에는 15.20±5.65 cycle/min이었지만 안구 운동 훈련 후에는 16.77±4.85 cycle/min으로 약 1.57 cycle/min 증가하였고 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05).

Fig. 4.

Changes in binocular amplitude of accommodation and accommodative facility before and after eye movement training.

최대 조절력과 양안 조절 용이성의 경우 모두 증가하는 경향을 보였으며, 양안 조절 용이성의 경우 통계적으로 유의한 증가를 보여 조절기능 훈련의 효과가 있음을 확인할 수 있었다.

안구 운동 훈련 전과 후의 양성 상대 조절력은 –3.04±1.95 D에서 –2.64±1.89 D로 변화하였으며 안구 운동 훈련으로 약 0.40D 감소하였고 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(Fig. 5). 음성 상대 조절력은 2.69±0.92 D에서 2.53±0.92 D로 약 0.16 D로 감소하였지만, 통계적으로 유의한 차이는 아니었다. 조절래그의 경우 0.08±0.42 D에서 0.16±0.53 D로 변화하였으며 이는 약 0.8 D 증가하였지만, 양성/음성 상대 조절력과 조절래그는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 조절래그의 경우 일반적인 평균값은 0~+0.75 D로 알려져 있으나 본 실험에서는 시기능훈련 전후의 조절래그의 평균값이 적게 나온 경향이 있다. 이는 실험에 참가한 피실험자가 대부분 20대 초반의 조절관련 시기능의 이상이 거의 없는 경우이기 때문인 것으로 추측한다.

Fig. 5.

Change in positive and negative relative accommodation and accommodation lag before and after eye movement training.N.R.A: negative relative accommodationP.R.A: positive relative accommodation

본 연구에서는 근거리 외사위도의 감소, 근거리 개산여력 회복점의 증가, 양안 조절 용이성의 증가 등 안구 운동훈련을 통한 일부 시기능의 긍정적인 변화를 확인할 수 있었다. 이는 단기간의 훈련으로 인한 일시적인 변화로 장시간의 훈련 효과에 대해서는 추가 검증이 필요할 것으로 생각된다. 또한 대부분의 실험참가자가 시기능에 이상이 없는 20대 초반이었으므로 시기능 이상이있는 환자에서의 효과를 확인하는 추가 실험이 필요할 것으로 사료된다.

2. 안구운동 훈련 전·후 설문 변화

SSQ 설문지는 크게 눈의 불편함, 전반적인 불편함, 메스꺼움, 집중력, 두통으로 총 5가지로 나뉜다(Fig. 6).

Fig. 6.

Change in eye fatigue in simulator sickness questionnaire before and after eye movement training.

눈의 불편함 범주에서 유의한 변화를 보인 것은 건조함과 뻑뻑함 항목이었으며, 2.87±1.73 점에서 2.00±1.10 점으로 약 0.87점으로 감소하였고, 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05). 눈의 피로함 항목 또한 2.63±1.74 점에서 2.20±1.08 점으로 약 0.43점으로 감소하였고, 눈의 졸음·몽롱함 항목은 2.07±1.57 점에서 1.77±1.09 점으로 약 0.30점 감소하였지만, 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다.

전반적인 불편함 범주에서 집중하기 어려움 항목은 1.70±1.07 점에서 1.37±0.80 점으로 약 0.33점 감소하였으며, 어깨의 뻐근함 항목은 2.03±1.56 점에서 1.47±0.92 점으로 약 0.56점 감소하였지만, 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 목의 뻐근함 항목은 2.07±1.44점에서 1.37±0.91 점으로 약 0.70점 감소하였고, 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05).

사이버 멀미에 해당하는 메스꺼움 범주에서는 구토 항목은 1.03±0.18 점에서 1.07±0.36 점으로 약 0.04점 증가하였고, 현기증과 어지러움의 항목은 1.27±0.81 점에서 1.33±0.83 점으로 약 0.06점 증가하였다. 메스꺼움은 1.10±0.40 점에서 1.30±0.94 점으로 약 0.20점 증가하였지만, 메스꺼움과 관련된 범주에서는 통계적으로 유의한 변화는 관찰되지 않았다.

집중력 범주의 초점 맞추기 어려움은 1.47±1.12 점에서 1.17±0.45 점으로 약 0.30점으로 감소하였지만, 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 복시 항목은 1.53±1.06점에서 1.20±0.75 점으로 약 0.33점으로 감소하였으며 이는 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05). 가까운 것이 잘 안 보임 항목은 안구 운동 훈련 전과 후 모두 1.10±0.40 점으로 변화를 보이지 않았다. 먼 곳이 잘 안 보임 항목은 1.83±1.27 점에서 1.60±1.11 점으로 약 0.23점으로 감소하였지만, 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다.

두통의 범주에서 관자놀이 쪽 두통은 1.30±0.82 점에서 1.20±0.60 점으로 약 0.10점으로 감소하였다. 이마나 머리앞쪽 두통은 1.30±0.82 점에서 1.23±0.88 점으로 약 0.07점으로 감소하였다. 뒤통수 쪽 두통의 항목에서는 1.03±0.18 점에서 1.00±0.00 점으로 약 0.03점으로 감소하였지만, 두통과 관련된 범주에서의 유의한 변화는 관찰할 수 없었다.

따라서 눈의 불편함에 해당하는 범주에서는 건조함이 감소하였고, 전반적인 불편함 범주에서의 목의 뻐근함, 집중력 범주에서의 복시 항목으로 총 3가지에서 감소된 결과를 보여 일부 눈과 전신의 피로가 감소되는 경향을 확인할 수 있었다. 또한 증강/가상현실 영상 시청으로 발생할 수 있는 메스꺼움, 어지러움, 멀미 등의 항목에서는 큰 변화를 보이지 않았으며, 통계적인 변화도 관찰할 수 없었다.

가상현실은 움직임 추적 에러로 사용자의 얼굴의 이동과 가상현실 영상의 딜레이가 있을 경우 사용자가 혼란을 느껴 멀미를 느낀다고 알려져 있다.^[13] 하지만 본 실험에 사용한 증강현실은 실제 주변 사물 위에 컴퓨터 그래픽 영상을 보여주는 기술을 사용하여 일반적으로 가상현실에서 멀미가 발생할 수 있는 요인인 딜레이 된 영상의 움직임이 발생하지 않은 것으로 볼 수 있다. 또한 본 실험에 사용된 증강현실 구현 기기는 양안 분리형이 아닌 단일 프레넬을 사용한 기술을 적용하여 잘못된 PD나 OH 설정오류 등의 문제가 발생하지 않았음을 원인으로 생각할 수 있다. 잘못된 PD나 OH의 경우 개인의 PD와 HMD(head-mounted display)의 렌즈 간 거리가 맞지 않으면 폭주(convergence)나 개산(divergence)의 강요로 VR 사용자에게 안구 운동 부담을 주게 되는데 본 실험에서 사용한 증강현실 기기의 경우 단일 프레넬렌즈를 사용한 방식이기 때문에 사이버 멀미가 거의 발생하지 않았다고 볼 수 있다.