스마트안경 사용이 양안시에 미치는 영향

Effects of Smart Glasses on the Binocular Vision and Ocular Fatigue

Article information

Ann Optom Contact Lens. 2024;23(1):26-35
Publication date (electronic) : 2024 March 25
doi : https://doi.org/10.52725/aocl.2024.23.1.26
1Department of Mechatronics Engineering, Konkuk University Glocal Campus, Chungju, Korea
2Department of Ophthalmology, Konkuk University Medical Center, Konkuk University School of Medicine, Seoul, Korea
3Research Institute of Medical Science, Institute of Biomedical Science & Technology, Konkuk University School of Medicine, Seoul, Korea
강현규1, 신현진,2,3
1건국대학교 메카트로닉스학과
2건국대학교 의과대학 건국대학교병원 안과학교실
3건국대학교 의과대학 의생명과학연구원, 의과학연구소
Address reprint requests to Hyun Jin Shin, MD, PhD Department of Ophthalmology, Konkuk University Medical Center, Konkuk University School of Medicine, 120-1 Neungdong-ro, Gwangjin-gu, Seoul 05030, Korea Tel: 82-2-2030-8198, Fax: 82-50-4156-4511 E-mail: shineye@kuh.ac.kr
Received 2023 July 19; Revised 2023 September 29; Accepted 2023 December 4.

Abstract

목적

스마트안경 사용이 양안시에 미치는 영향을 알아보고자 하였다.대상과

방법

건강한 만 13세에서 만 45세 사이의 지원자 중 17명을 대상으로 양안 스마트안경 착용 후 20분간 영상을 시청하도록 하고 양안시와 눈피로에 대해 분석하였다. 피로에 대한 설문은 Virtual Reality Symptom Questionnaire를 사용하였다. 눈피로의 객관적 평가는 조절미세파동검사의 고진동수 영역을 측정하였다. 조절력의 변화는 Push-up method를 이용하였으며 자동굴절검사기를 이용해 구면렌즈대응치의 변화를 측정하였다. 이 외에도 6 m와 33 cm 거리에서 원, 근거리 사시각 측정, Pelli-Robson을 이용한 대비감도검사, 계단적검사법을 이용한 조절눈모음비 측정을 시행하였다.

결과

양안 스마트안경을 이용해 영상 시청 후 주관적인 설문 평가에서 눈피로가 증가하였다(p = 0.001). 우세안과 비우세안 모두에서 조절미세파동검사의 고진동수 영역검사상 눈피로 증가와, Push-up method를 통한 조절력검사에서 조절력 감소, 그리고 구면렌즈대응치 검사에서 일시적 근시화가 관찰되었다(p < 0.05). 설문평가에서 전신적인 피로의 증가는 관찰되지 않았고, 사시각, 조절눈모음비, 대비감도 등에도 유의한 변화(p > 0.05)가 없었다.

결론

조절미세파동검사의 고진동수 영역 증가, 조절력 감소, 눈피로에 대한 설문조사 등을 바탕으로 양안 스마트안경 사용이 눈피로 증가와 연관이 있음을 추정할 수 있다. 추후 스마트안경 사용으로 인한 눈피로의 감소 방법과 장기간 스마트안경 사용 시 일시적 근시화에 대한 안전성 연구가 필요할 것으로 생각된다.

Trans Abstract

Purpose

The aim of this study was to investigate binocular visual function and ocular fatigue after the use of smart glasses.

Methods

A total of 17 healthy volunteers (age range 13-45 years) were examined for ocular fatigue before and after watching videos for 20 minutes with a binocular smart glasses device. Subjective ocular fatigue was evaluated using a Virtual Reality Symptom Questionnaire (VRSQ). Objective fatigue was measured using the high-frequency component of accommodative microfluctuation. Accommodation amplitude was measured using the push-up method. Changes in the spherical equivalent were also measured using an autorefractometer. Strabismus angles were measured at distant (6 m) and near fixation (33 cm) in primary. Contrast sensitivity tests using the Pelli-Robson chart was performed. Accommodative convergence/accommodation (AC/A) ratio was measured by gradient methods.

Results

Subjective ocular fatigue, as indicated by the VRSQ scores, significantly increased after using the smart glasses (p = 0.001). The high-frequency component of accommodative microfluctuation increased in both eyes (p < 0.05). Accommodation amplitude was decreased, and temporary myopia was observed in both eyes (all p < 0.05). However, there was no significant increase in general fatigue according to the VRSQ. Parameters including strabismus angle, AC/A ratio, and contrast sensitivity showed no significant differences before and after smart glasses usage (p > 0.05).

Conclusions

The increased high-frequency component of accommodative microfluctuation, decreased accommodation amplitude, and elevated ocular fatigue scores measured by the VRSQ indicate a potential association between the use of smart glasses and ocular fatigue. Further investigations are warranted to explore methodologies for mitigating ocular fatigue and elucidating the potential risk of temporary myopic shifts arising from the utilization of smart glasses.

서 론

스마트안경은 투시 기능과 컴퓨터를 탑재한 안경 형태의 프레임을 가진 착용컴퓨터기기(wearable computer device)를 일컫는다. 스마트안경은 2012년 구글(Google) 사에서 단안으로 영상을 볼 수 있도록 ‘구글 글래스(Google Glasses)’를 출시하며 주목을 받기 시작했다. 종래 대부분의 스마트안경은 단지 가상 이미지만을 디스플레이 하지만, 최근 현실에 가상이미지를 겹쳐 디스플레이하여 증강현실이나 혼합 현실로 나타나도록 진화하고 있다[1]. 많은 전문가들이 스마트안경을 스마트폰 다음으로 우리 삶을 새롭게 뒤바꿀 전자제품으로 꼽고 있는 가운데, 스마트안경은 게임과 교육 분야를 비롯한 여러 산업분야에서 사용이 확대되고 있다. 특히 의료에서는 환자의 검사, 진단, 치료 및 재활 등에 활용되며, 의사에게는 각종 교육 혹은 수술 계획 수립을 위한 시뮬레이션 제공에 사용되고 있다[2-6].

최근 출시되는 양안으로 영상을 보는 스마트안경은 입체시를 사용해 영상을 시청하는 것이 목적이다. 사물을 볼 때 사람의 두 눈은 주시 편차에 의해 사물의 형태를 조금씩 다른 각도로 인식한다. 각각의 눈에서 들어온 정보를 뇌에서 합쳐져 하나로 인식되는 과정에서 3차원적인 입체감을 느끼게 된다. 하지만 스마트안경이 양안 시차에 의한 가상 정보를 눈 앞에 시현하는 방식으로 작동하여, 고정된 초점거리에서 현실의 물체 깊이와 상관없이 가상의 이미지가 증강되기 때문에 수렴-조절 불일치(vergence-accommodation-conflict)가 발생할 수 있다. 또한 스마트안경 착용시 근거리 작업으로 인해 발생하는 조절과 눈모음의 과도한 사용은 눈의 안정피로(asthenopia)에 영향을 미치며, 조절력 감소, 눈모음부족, 근거리 사위 등을 유발시킬 수 있다[7,8]. 또한 시청자에게 3차원의 넓은 시야를 현장감 있게 제공하는 스마트안경은 사용자에게 오심, 어지러움, 눈피로 등의 부작용을 유발할 수 있다[8,9].

현재까지 가상현실(virtual reality, VR) 기기를 사용하고 발생하는 눈의 피로나[10] 단안을 이용한 스마트안경을 착용한 후의 사위 변화에[11] 대한 국내 연구가 있었으나 양안을 이용한 스마트안경이 양안시나 눈피에 미치는 영향에 대한 연구는 거의 이루어 지고 있지 않다. 앞으로 스마트안경이 우리 일상에 더욱 밀접하게 활용될 것을 고려할 때, 양안 스마트안경 사용이 눈에 미치는 영향을 알아보는 것은 매우 중요하고, 나아가 이를 해결하기 위한 노력이 필수적일 것이라 생각된다. 이에 본 연구에서는 설문 등을 이용한 주관적 평가와 조절미세파동 고진동수영역의 변화와 같은 객관적인 검사를 이용하여, 양안용 스마트안경 착용이 양안 시기능과 눈과 전신 피로에 주는 영향을 알아보고자 하였다.

대상과 방법

본 연구는 헬싱키선언(Declaration of Helsinki)을 준수하였으며, 건국대학교병원 의학연구 윤리심의위원회(Institutional Review Board, IRB)의 승인(승인 번호: 2021-09-044)을 얻어 진행하였다. 건강한 만 13세 이상과 이전에 노안 증상을 경험한 적이 없는 만 45세 사이의 지원자를 대상으로 연구를 진행하였다. 대상자들은 연구에 참여하기 전 안과적 검진을 시행하여 색각이상, 안검하수나 안진과 같은 시기능에 영향을 미칠 수 있는 안질환이 있는 경우, 8 프리즘디옵터(prism diopter, PD) 이상의 외편위, 4 PD 이상의 내편위, 2 PD 이상의 수직편위 있는 경우, 굴절이상이 -6 디옵터(diopter, D)에서 +6 D를 초과하는 경우, 난시가 -3 D를 초과하는 경우 그리고 양안의 최대교정시력이 각각 0.9 이하인 경우는 연구 대상자에서 제외하였다. 또한 신경과 또는 정신건강의학과적 이상으로 약물을 복용 중인 경우, 정신지체 등으로 적합하지 않은 검사 수행 능력을 가진 대상자도 본 연구에서 제외하였다.

양안용 스마트안경은 U+ Real Glasses (Nreal, Seoul, Korea) 장치를 사용하였다(Fig. 1). 디스플레이는 복합형 광가이드(combined lightguide)를 사용하였으며, 무게 110 g, 해상도는 1,950 × 1,080픽셀, 주사율은 90 Hz, 시야각은 52° 범위였다. 대상자는 스마트안경을 착용하고 빠른 움직임이 있는 동일한 운동경기 영상물을 20분간 시청하였다. 평소 안경을 사용하는 피험자의 경우에는 착용하던 안경을 끼고 영상을 시청하였다.

Figure 1.

Subjects watched the video for 20 minutes with smart glasses (U+ Real Glasses; Nreal, Seoul, Korea).

우세안은 반대쪽 눈보다 시각 정보를 더 선호하여 받아 들이려는 성향이 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 같은 정도의 시각자극에 대해 우세안과 비우세안의 반응이 다를 것으로 가정하여 두 눈을 비교하였다. 우세안은 Hole-in-the-card test를 이용하여 확인하였다. 중심에 3 cm의 둥근 구멍이 뚫린 검은 카드를 들고 4 m 떨어진 곳의 사물을 양안으로 주시하게 하면서 양안을 교대로 가려 검사하였을 때, 구멍을 통하여 마지막까지 사물을 볼 수 있는 방향의 눈을 우세안으로 결정하였다[10]. 시력은 Snellen 차트를 이용하여 5 m에서 원거리 교정시력을 측정하여 logMAR 시력으로 전환하였다. 사시각은 굴절이상이 교정된 상태에서 프리즘 교대 가림 검사로 6 m와 33 cm에서 측정하여 PD로 나타내었다. 대비감도검사는 대비의 감소를 이용한 Pelli-Robson (Vector Vision, Dayton, OH, USA) 시표를 사용하였으며, 결과 수치를 log 값으로 사용하였다. Pelli-Robson chart의 연령대별 정상 범위는 Mäntyjärvi and Laitinen [12]의 연구를 참고하였다. Push-up method를 사용한 주관적 조절력평가는 대상자의 굴절이상을 교정하고 한 눈을 가린 후 Royal Air Force rule (Good-Lite Company, Elgin, IL, USA)을 이용하였다. 40 cm 거리에서 시표를 들고 글씨를 선명하게 볼 수 있도록 한 후 피검사자의 가리지 않은 눈 앞으로 시표를 가까이 당기면서 최초 흐림이 발생하는 거리를 3회 이상 반복 측정하여 조절 근점을 확인하였다. 측정된 거리는 그 역수를 구해 조절력을 디옵터 단위로 나타내었다. 양안시 검사를 위해 근거리 입체시를 측정하였다. 티트무스 원(Stereo Optical Co., Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 40 cm 거리에서 편광 안경을 착용케 하여 검사용 책자와 피검자의 시축이 수직이 되게 하여 측정하였다. 티트무스 원의 시차는 800, 400, 200, 140, 100, 80, 60, 50, 40 seconds of arc (seconds)였다. 입체시가 없는 경우는 통계학적 처리를 위해 nil로 표시하였으며, 통계처리를 위해 각각 log 3.20(nil), 2.90, 2.60, 2.30, 2.15, 2.00, 1.90, 1.78, 1.70, 1.60으로 변환해주었다. 조절눈모음비(accommodative convergence/accommodation, AC/A)는 계단적검사법을 이용하여 근거리에서 +3.00 D 렌즈를 사용하여 렌즈를 대기 전 사시각(△l)과 렌즈를 댔을 때 사시각(△o)을 각각 측정하여 구하였다(AC/A = (△l - △o) / 3). 조절미세파동과 구면렌즈대응치(spherical equivalent)는 자동굴절검사기(Speedy-I; Right Mfg Co., Tokyo, Japan)를 이용해 측정하였다. AC/A의 정상 범위는 Jackson and Arnoldi [13]의 연구를 참고하였다. 조절미세파동 고진동수 영역(high-frequency component of accommodative microfluctation) 검사는 조절연축으로 인한 눈피로를 객관적으로 측정하기 위한 방법 중 하나이다. 조절미세파동은 0.6 Hz 미만의 저진동수 영역과 1.0-2.3 Hz 이상의 고진동수 영역으로 나눌 수 있는데 이 중 고진동수 영역은 수정체의 조절력이 미세하게 계속적으로 변동하는 것을 반영한다. 수정체의 조절력이 지속적으로 변화하게 되면 섬모체근이 수축과 이완을 반복하게 되는데 이 때 섬모체근에 부담을 주며 눈피로를 유발할 수 있다[10]. 기기는 대상자에게 0 (1단계)부터 -3 D (4단계)까지 1 D 단위로 증가하는 조절 자극을 주는 동시에 목표를 바라보게 하면서, 조절자극량에 따라 변화하는 굴절력과 조절미세파동 고진동수영역의 변화를 지속적으로 측정해 자동적으로 결과값이 계산되어 제시된다(Fig. 2). 조절미세파동의 고진동수 영역검사는 대상자에서 안경을 착용하지 않고 기기에 내장된 굴절 교정 기능 사용하여 검사를 시행하였다.

Figure 2.

Representative result of measurement report using the Speedy-i instrument (Speedy-I; Right MfgCo., Tokyo, Japan) to analyze the high-frequency component (HFC) of microfluctuation in response to accommodative demand before (A) and after (B) using smart glasses. (A) The graph's horizontal axis represents the target distance, while the vertical axis represents accommodation responses, with graph bar color denoting HFC levels. (B) Following the usage of smart glasses, significant alterations in HFC values were observed, indicating increased eye strain.

피로에 대한 설문으로는 Ames et al [14]이 제시한 눈과 전신 증상에 대한 설문지(Virtual Reality Symptom Questionnaire, VRSQ)를 사용하였다. 설문지는 전신 피로와 관련된 8문항과 눈피로와 관련한 증상 5문항으로 구성되었다. 각 문항마다 피로에 따라 증상이 전혀 없음(1점)부터 매우 심함(7점)까지 제시하였고 피로는 각 항목의 점수를 더하여 계산하였다(Appendix 1). 연구는 먼저 병력 확인, 교정시력, 사시각 측정, 세극등현미경검사 등 기초 검진을 시행하여 대상자 선정이 완료되면, 이후 순서대로 입체시검사, 대비감도 검사, AC/A 측정, 조절력 측정, 구면렌즈 대응치 및 조절미세파동검사를 시행하였다. 이후 양안용 스마트안경으로 착용 후 영상을 20분간 시청하였다. 시청 후 다시 순서대로 입체시검사, 대비감도검사, AC/A 측정, 조절력 측정, 구면렌즈 대응치 및 조절미세파동검사를 시행하여 평가를 완료하였다. 이후 눈과 전신 증상에 대한 설문조사를 실시하였다.

통계분석은 SPSS 22.0 for Windows (IBM Corp., Armonk, NY, USA)를 이용하였다. Shapiro-Wilk를 이용한 정규성 검정 후, 두 군의 비교는 Mann–Whitney U test를 이용하였다. 양안용 스마트안경 착용 전후에 따른 설문 점수, 조절력 변화 등은 Wilcoxon signed rank test를 통해 분석하였다. 모든 통계 분석에서 p-value는 0.05 미만인 경우 통계적으로 유의성이 있다고 분석하였다.

결 과

총 17명의 피험자가 연구에 참여하였으며, 평균 연령은 33.2 ± 8.1세였고 남성 8명, 여성 9명이 포함되었다. 피험자 중 8명은 우안이 우세안이었고 9명은 좌안이 우세안이었다. 대상자의 우세안의 원거리 최대교정시력은 0.00 ± 0.04 logMAR, 비우세안의 원거리 교정시력은 0.00 ± 0.04 logMAR였으며, 우세안과 비우세안 간에 유의한 차이는 없었다(p = 0.687). 굴절이상의 구면렌즈대응치는 우세안 -1.44 ± 1.70 D와 비우세안 -1.31 ± 2.66 D로 유의한 차이는 없었다(p = 0.601). 대비감도검사는 우세안이 1.86 ± 0.15, 비우세안은 1.83 ± 0.17로 유의한 차이가 없었다(p = 0.172). 피험자의 평균 원, 근거리 사시각은 각각 0.50 ± 0.89 PD (range, 0-2), 0.38 ± 0.81 PD (range, 0-2)였으며, 계단적검사법에 의한 AC/A는 3.03 ± 0.67이었다(Table 1). 근거리 입체시 log값 평균은 1.65 ± 0.09 (40-60 arcsec)이었다.

Subjects characteristics of 17 enrolled subjects

피로에 대한 설문에서는 양안용 스마트안경 영상 시청 전 총 점수가 20.81 ± 6.84에서 시청 후 26.75 ± 9.89로 유의하게 피로의 총점이 증가하였다(p = 0.001). 전신적인 피로와 눈피로로 나누어 분석하였을 때 전신 피로는 11.63 ± 4.53에서 스마트안경영상 시청 후 12.19 ± 4.58로 증가하는 경향이 나타났으나 통계적으로 유의하지는 않았다(p = 0.063). 그러나, 눈피로는 9.18 ± 2.53에서 스마트안경 영상 시청 후에 14.56 ± 5.89로 유의하게 증가하는 것으로 확인되었다(p = 0.001) (Table 2). 설문 문항 중에서는 “눈이 시리다(Q10)”와 “눈이 흐리게 보인다(Q11)” 항목이 가장 많이 점수가 증가하였다.

The results of subjective symptom questionnaire

사시각, 대비감도, AC/A는 기저 검사와 비교하여 유의한 변화를 보이지 않았으며, 모두 정상 범위에 속했다(Table 3). 그러나 자동굴절검사기를 이용한 구면렌즈대응치, Push up method를 이용한 조절력, 미세조절파동을 이용한 눈피로도는 모두 증가하는 경향을 보였다. 스마트안경영상 시청으로 인한 구면렌즈대응치의 변화는 우세안의 경우 -1.44 ± 1.70 D에서 시청 후에 -1.69 ± 1.58 D로, 비우세안은 -1.31 ± 1.82 D에서 시청 후에 -1.60 ± 1.84 D로, 우세안과(p = 0.001), 비우세안(p = 0.002) 모두에서 유의하게 근시로 진행하는 것이 확인되었다. Push-up method를 사용한 주관적 조절력 검사에서는 우세안의 경우 9.93 ± 2.43 D에서 시청 후에 8.43 ± 2.33 D로, 비우세안은 10.00 ± 2.44 D에서 시청 후에 8.68 ± 2.52 D로, 우세안과(p = 0.001), 비우세안(p = 0.001) 모두에서 조절력이 통계적으로 유의하게 감소하였다(Table 3).

The changes of variables before and after using smart glasses

조절미세파동의 고진동수 영역 검사는 우세안의 경우 58.79 ± 4.81 dB에서 시청 후에 60.20 ± 5.73 dB로, 비우세안은 60.12 ± 5.60 dB에서 시청 후에 61.77 ± 5.83 dB로, 우세안과 비우세안 모두에서 스마트안경 영상 시청 후 증가하였다(Table 4).

The changes of high-frequency component of accommodative microfluctuation before and after using smart glasses

고 찰

본 연구 결과 양안 스마트안경으로 영상 시청 후 설문조사 결과 눈피로가 증가되었고, 우세안과 비우세안 모두에서 Push-up method를 이용한 주관적 조절력검사에서 조절력 감소가 나타났다. 객관적인 평가에서 우세안과 비우세안 모두에서 조절미세파동검사의 고진동수 영역 검사에서 눈피로가 증가하는 경향을 보였다. 또한, 구면렌즈대응치 값이 근시로 진행하는 소견을 보였다.

본 연구에서는 환자의 주관적인 피로를 VRSQ 설문지를 사용하여 분석하였다. 전신 증상에서는 피로가 증가되는 경향은 관찰되었지만 통계적으로 유의하지는 않았던 반면, 눈피로는 유의하게 증가하였다. 2차원 디스플레이보다 스마트안경은 훨씬 넒은 시야를 제공하며 뇌에 더 많은 정보가 입력되어 상대적으로 시각적인 부하가 많기 때문에 눈피로가 유발될 수 있어, 2차원 디스플레이와 다른 양상의 눈피로가 나타날 수 있다[8,9]. 또한 디스플레이 장치 시청자에서 공통적으로 나타날 수 있는 visual display terminal의 부작용인 눈 깜박임 감소와 안구건조 증가, 과도한 빛 자극 역시 스마트안경 착용 후 눈피로 증가의 원인이 될 수 있다[15]. 이와 유사하게 Lee et al [10]은 VRSQ 일부 변형한 설문에서 head mounted display (HMD) 형태의 VR 기기 시청 후 눈피로가 전신적인 피로보다 더 뚜렷하게 나타날 수 있음을 보고한 바 있다. 또한 Kaufeld et al [16]은 스마트안경이나 VR 기기와 같은 디스플레이 기술은 기존 시스템에 비해 다양한 장점을 가지고 있는 반면, 눈의 피로와 시각 유발 멀미(visually induced motion sickness)를 유발할 수 있다고 보고한 바 있다.

눈피로의 변화를 보다 객관적으로 확인하기 위하여 본 연구에서는 조절미세파동의 고진동수를 측정하였다. 본 연구에서는 미세파동의 고진동수가 전체 조절 영역에서 산출한 값에서 유의미한 차이를 보였으나, 0부터 -3 D까지의 구간별 조절자극량에 따른 분석에서 통계적 유의한 차이를 보이지 않았다. 이는 상대적으로 적은 표본 수에 기인한 것으로 생각된다. 기존 연구에서 조절미세파동은 안정피로의 객관적인 평가에 유용한 것으로 알려진 바 있다[17]. 조절미세파동은 정지된 사물을 볼 때 조절 체계에서 0.5-1.0 D 단위의 조절자극에 대한 조절반응이 일어날 때 생긴다. 조절미세파동은 0.6 Hz 이하의 저진동수 영역과 1.0-2.3 Hz의 고진동수 영역으로 나누는데, 이 중 고진동수영역은 섬모체근 및 섬모체띠, 수정체 등의 조절에 기여하는 장치에서 발생하는 물리적인 잡음을 반영한다고 알려져 있다[18,19]. 수정체의 조절력이 지속적으로 변화하게 되면 섬모체근이 수축과 이완을 반복하게 되는데 이때 섬모체근에 부담을 주며 눈피로를 유발할 수 있다[20]. Kajita et al [18]은 특히 안정 시 발생하는 조절미세파동이 눈피로 환자에서 유의하게 증가할 수 있다고 하였다. 안정 피로가 있는 피검자의 고진동수영역 조절미세파동의 스펙트럼파워는 일반적인 피검자의 고진동수영역 조절미세파동의 스펙트럼파워보다 높은 진동수를 보였다고 보고했다. Lee et al [10]은 VR 시청 후 미세파동의 고진동수가 증가하는 경향을 보이며 특히 우세안에서 유의한 증가가 관찰된다고 보고하였다. 향후 HMD 형태의 기기 평가 시 조절미세파동은 조절성 안정피로를 객관적으로 평가하는 데 유용하게 활용될 것이다.

HMD를 활용하면 기존의 디스플레이에 비해 사용자의 눈이 화면에 훨씬 더 가깝기 때문에 몰입형 환경을 구현할 수 있는 장점을 가지고 있는 반면, 화면에서 관찰자의 눈까지의 거리가 짧기 때문에 기존 디스플레이보다 사용자의 눈에 더 많은 스트레스를 주어 조절력 감소가 나타날 수 있다. 본 연구의 Push-up method를 이용한 주관적 조절력검사 결과에서 우세안과 비우세안 모두에서 조절력 감소가 나타났다. 이와 유사하게 Yoon et al [11]은 30분 동안 몰입형(immersive)와 비몰입형(non-immersive) VR을 시청하며 비디오 게임 후 우세안과 비우세안 모두 조절력이 감소하였다고 하였다. 그러나 Tanahashi et al [15]은 cathode-ray tube 화면을 시청 전후에 조절력을 검사했을 때 우세안에서만 조절력이 통계적으로 유의미하게 감소했다고 보고하였으며, 그 이유는 우세안이 상대적으로 시각적인 부하가 많기 때문이라고 하였다. Lee et al [10]은 Push-up method는 주관적인 방법으로 피검자의 피로, 조도 등의 영향에 의해 객관적 평가가 어려운 단점이 있는 반면 동적조절력검사는 자동굴절검사기 앞에 시표를 두고 시표를 앞뒤로 움직일 때 피검자의 조절기능의 변화를 측정하여 객관적이고 조절의 정성적인 분석이 가능하다는 장점이 있다고 하였다. Win-Hall et al [21]의 연구에서는 Push-up method가 자동굴절검사기를 통한 객관적 검사보다 조절력을 과대평가할 수 있다고 하였다. 따라서 향후 디스플레이 장치의 눈피로에 대한 연구에서 주관적 그리고 객관적인 조절력 평가 방법을 같이 평가하여 비교 분석이 필요할 것으로 보인다.

본 연구에서 양안 스마트안경으로 영상물 시청 후에는 구면렌즈대응치의 값이 우세안과 비우세안 모두에서 근시로 진행하는 것이 관찰되었다. 이는 3차원 영상물 시청 후 일시적으로 근시가 유발되었다는 기존 보고와 일치하는 결과이다[16]. 근거리 작업 후에는 일시적으로 근시가 유발될 수 있고 이를 ‘일시적 근시화(nearwork-induced transient myopia)’라고 하는데, 근거리 작업이 근시를 유발하는 데 중요한 환경적 요소로 알려져 있다[22]. 근거리 작업은 소아에서 근시 진행을 유발할 수 있으며[23], 성인에서는 가성근시를 초래할 수 있다[24]. 또한 디스플레이 시청 후 일시적인 근시가 발생한 경우 눈피로를 더 호소한다는 보고가 있다[25,26]. 따라서 장시간의 스마트안경 사용자에서 근시 진행을 일으킬 위험이 있는지에 대한 평가와 더불어 눈피로와 연관성에 대한 연구가 필요할 것이다.

본 연구에서는 스마트안경 착용 전후, 사시각이나 AC/A의 변화는 없었다. 그러나 Munsamy et al [27]은 30분 동안 VR 시청 연구에서 VR에 불편감이 있는 피험자는 AC/A가 감소했다고 보고하였다. 양안을 이용한 스마트안경이 제공하는 영상이 가상으로 원거리와 근거리를 번갈아 가면서 다양한 거리를 주시하는 효과를 유발하게 된다. 또한 고정된 주시거리에서 발생하는 조절과 눈모음의 부조화에 의해 눈운동의 균형에 영향을 주어 AC/A가 변화할 수 있다는 의견이다. 사시각에 대해서는 기존 연구에서 Bergqvist and Knave [28]와 Lee et al [10]은 3D 영상 시청 후 내사위로 변화가 나타났다고 보고한 바 있다. 이는 스마트안경 프레임을 착용한 상태에서의 좌우 분리된 영상을 하나로 융합시키는 과정에서 눈모음을 담당하는 내직근의 자극으로 내사위로의 변화가 일어났을 것이라 추정할 수 있다.

본 연구의 제한점을 살펴보면, 첫째로 17명의 피험자로 상대적으로 표본 수가 적다는 것이다. 둘째, 본 연구의 대상자들은 연구에 참여하기 전 노안 증상이 없었다는 것이다. 향후 노안 증상 경험이나 VR 기기 사용 경험과 여부에 따라 눈 피로도의 차이는 없는지 분석해야 한다. 셋째, 디스플레이 시청 후 일시적인 근시가 소실되는 시간을 측정하지 않았는데, 기존 연구에서 Ha et al [29]은 30분간 HMD 형태의 VR 기기를 이용해 영상물을 시청 후 일시적 근시가 회복되는 데 평균 6.7분이 소요되었다고 보고하였다. 따라서 추후 스마트안경 사용시간에 따라, 일시적 근시가 회복되는 데 걸리는 시간의 상관 관계를 조사하는 것이 필요하다. 넷째, 본 연구에서의 양안 스마트안경을 사용한 영상 시청 시간이 20분으로 눈피로를 유발하기에는 다소 짧은 편인 점을 감안할 때 추후 보다 장시간, 장기간 착용 시 양안시기능 및 눈피로에 대한 연구가 필요하다. 다섯째, Push-up method를 이용한 조절력검사에서 조절력 감소가 나타났지만 이는 주관적인 검사로, 추후 시표가 움직이는 동적조절력검사기를 이용해 객관적인 시청 전후 조절력 변화 평가가 필요하다. 여섯째, 본 연구는 8 PD 이상의 외편위, 4 PD 이상의 내편위, 2 PD 이상의 수직편위가 있는 경우는 배제하였다. 개개인의 양안시기능 상태에 따라 융합력이 다르므로 발생되는 안정피로도가 다르게 나타날 수 있다. 따라서 추후 시축의 잠재적인 편위가 있어 정위를 유지하기 위한 부담 있는 사위나, 간헐사시 환자를 대상으로 한 연구가 필요하다.

결론적으로 양안 스마트안경은 눈피로를 증가시킬 수 있고 조절력의 감소, 일시적인 근시화를 유발할 수 있다고 추정할 수 있다. 최근 스마트안경의 단점인 기기의 무게, 컴퓨터 간 연결이 필요해 활동에 제약이 있는 한계들이 점진적으로 개선되고 있으며 사용이 증가하는 추세이다. 앞으로도 스마트안경 사용은 게임산업을 넘어 교육, 의료 여러 분야에서 활용될 것이다. 따라서 향후 양안 스마트안경 사용으로 인한 부작용을 해결하고 선명한 양안시를 제공하기 위한 연구가 지속적으로 행해져야 한다.

Notes

The authors have no conflicts to disclose.

References

1. Suh YW. Virtual reality in ophthalmology field. Ann Optom Contact Lens 2019;18:6–9.
2. Moro C, Štromberga Z, Raikos A, Stirling A. The effectiveness of virtual and augmented reality in health sciences and medical anatomy. Anat Sci Educ 2017;10:549–59.
3. Winkler-Schwartz A, Bissonnette V, Mirchi N, et al. Artificial intelligence in medical education: best practices using machine learning to assess surgical expertise in virtual reality simulation. J Surg Educ 2019;76:1681–90.
4. Lareyre F, Adam C, Carrier M, et al. Artificial intelligence for education of vascular surgeons. Eur J Vasc Endovasc Surg 2020;59:870–1.
5. Shorten G, Srinivasan KK, Reinertsen I. Machine learning and evidence-based training in technical skills. Br J Anaesth 2018;121:521–3.
6. Brewer ZE, Fann HC, Ogden WD, et al. Inheriting the learner's view: a Google glass-based wearable computing platform for improving surgical trainee performance. J Surg Educ 2016;73:682–8.
7. Hirota M, Kanda H, Endo T, et al. Comparison of visual fatigue caused by head-mounted display for virtual reality and two-dimensional display using objective and subjective evaluation. Ergonomics 2019;62:759–66.
8. Kwon J, Kang SY, Kim KH, et al. The ocular fatigue of watching three-dimensional (3D) images. J Korean Ophthalmol Soc 2012;53:941–6.
9. Song EJ, Jung AL. A study for reducing of cyber sickness on virtual reality. J DCS 2017;18:429–34.
10. Lee SH, Kim M, Kim H, Park CY. Relationship between ocular fatigue and use of a virtual reality device. J Korean Ophthalmol Soc 2020;61:125–37.
11. Yoon MH, Choi YS. A study on changes of near phoria before and after wearing smart glasses. Korean J Vis Sci 2017;19:241–8.
12. Mäntyjärvi M, Laitinen T. Normal values for the Pelli-Robson contrast sensitivity test. J Cataract Refract Surg 2001;27:261–6.
13. Jackson JH, Arnoldi K. The gradient AC/A ratio: what's really normal? Am Orthopt J 2004;54:125–32.
14. Ames SL, Wolffsohn JS, McBrien NA. The development of a symptom questionnaire for assessing virtual reality viewing using a head-mounted display. Optom Vis Sci 2005;82:168–76.
15. Tanahashi M, Miyao M, Sakakibara H, et al. The effect of VDT work on the fluctuations of accommodation. Ind Health 1986;24:173–89.
16. Kaufeld M, Bourdeinik J, Prinz LM, et al. Emotions are associated with the genesis of visually induced motion sickness in virtual reality. Exp Brain Res 2022;240:2757–71.
17. Park SM, Lee HM. Objective evaluation of asthenopia using accommodative microfluctuation in the high-frequency region. J Korean Ophthalmic Optics Soc 2018;23:477–84.
18. Kajita M, Ono M, Suzuki S, Kato K. Accommodative microfluctuation in asthenopia caused by accommodative spasm. Fukushima J Med Sci 2001;47:13–20.
19. Charman WN, Heron G. Fluctuations in accommodation: a review. Ophthalmic Physiol Opt 1988;8:153–64.
20. Nakatsuka C, Hasebe S, Nonaka F, Ohtsuki H. Accommodative lag under habitual seeing conditions: comparison between adult myopes and emmetropes. Jpn J Ophthalmol 2003;47:291–8.
21. Win-Hall DM, Ostrin LA, Kasthurirangan S, Glasser A. Objective accommodation measurement with the Grand Seiko and Hartinger coincidence refractometer. Optom Vis Sci 2007;84:879–87.
22. Vera-Díaz FA, Strang NC, Winn B. Nearwork induced transient myopia during myopia progression. Curr Eye Res 2002;24:289–95.
23. Hepsen IF, Evereklioglu C, Bayramlar H. The effect of reading and near-work on the development of myopia in emmetropic boys: a prospective, controlled, three-year follow-up study. Vision Res 2001;41:2511–20.
24. Shin KM, Chung SA, Lee JB. Comparative study on the efficacy of different cycloplegic agents in myopic adults. J Korean Ophthalmol Soc 2011;52:141–6.
25. Luberto F, Gobba F, Broglia A. [Temporary myopia and subjective symptoms in video display terminal operators]. Med Lav 1989;80:155–63. Italian.
26. Iwasaki T, Tawara A, Miyake N. Reduction of asthenopia related to accommodative relaxation by means of far point stimuli. Acta Ophthalmol Scand 2005;83:81–8.
27. Munsamy AJ, Paruk H, Gopichunder B, et al. The effect of gaming on accommodative and vergence facilities after exposure to virtual reality head-mounted display. J Optom 2020;13:163–70.
28. Bergqvist UO, Knave BG. Eye discomfort and work with visual display terminals. Scand J Work Environ Health 1994;20:27–33.
29. Ha SG, Na KH, Kweon IJ, et al. Effects of head-mounted display on the oculomotor system and refractive error in normal adolescents. J Pediatr Ophthalmol Strabismus 2016;53:238–45.

Appendices

Appendix 1.

Virtual Reality Symptom Questionnaire (VRSQ).

aocl-2024-23-1-26-app1.pdf

Article information Continued

Figure 1.

Subjects watched the video for 20 minutes with smart glasses (U+ Real Glasses; Nreal, Seoul, Korea).

Figure 2.

Representative result of measurement report using the Speedy-i instrument (Speedy-I; Right MfgCo., Tokyo, Japan) to analyze the high-frequency component (HFC) of microfluctuation in response to accommodative demand before (A) and after (B) using smart glasses. (A) The graph's horizontal axis represents the target distance, while the vertical axis represents accommodation responses, with graph bar color denoting HFC levels. (B) Following the usage of smart glasses, significant alterations in HFC values were observed, indicating increased eye strain.

Table 1.

Subjects characteristics of 17 enrolled subjects

Variable Value p-value*
Age (years) 33.20 ± 8.09
Sex (male:female) 8:9
Dominant eye (right:left) 8:9
Pupillary distance 62.70 ± 2.59
Visual acuity (logMAR) 0.687
 Dominant eye 0.00 ± 0.04
 Non-dominant eye 0.00 ± 0.04
Spherical equivalent (diopter) 0.601
 Dominant eye -1.44 ± 1.70
 Non-dominant eye -1.31 ± 2.66
Contrast sensitivity test 0.172
 Dominant eye 1.86 ± 0.15
 Non-dominant eye 1.83 ± 0.17
Alternate cover test (prism diopter)
 Far 0.50 ± 0.89
 Near 0.38 ± 0.81
Accommodative convergence/accommodation ratio 3.03 ± 0.67

Values are presented as mean ± standard deviation or number only.

*

Comparison between dominant and non-dominant eye.

Table 2.

The results of subjective symptom questionnaire

Question Pre Post Difference p-value*
General symptom 11.63 ± 4.53 12.19 ± 4.58 0.56 ± 1.09 0.063
 Q1 1.31 ± 0.47 1.31 ± 0.48 0.00 ± 0.38
 Q2 2.06 ± 1.23 2.00 ± 1.12 0.07 ± 0.25
 Q3 1.56 ± 0.89 1.62 ± 0.80 0.13 ± 0.35
 Q4 1.43 ± 0.72 1.43 ± 0.63 0.00 ± 0.65
 Q5 1.31 ± 0.60 1.50 ± 0.63 0.20 ± 0.41
 Q6 1.25 ± 0.58 1.68 ± 0.79 0.47 ± 0.52
 Q7 1.43 ± 0.72 1.38 ± 0.50 -0.13 ± 0.63
 Q8 1.25 ± 0.58 1.25 ± 0.58 0.13 ± 0.64
Ocular symptom 9.18 ± 2.53 14.56 ± 5.89 5.38 ± 3.95 0.001
 Q9 2.12 ± 0.62 3.18 ± 1.60 1.06 ± 1.16
 Q10 1.87 ± 0.72 3.12 ± 1.60 1.33 ± 1.11
 Q11 1.56 ± 0.63 2.88 ± 1.26 1.33 ± 1.11
 Q12 1.50 ± 0.63 2.32 ± 1.14 0.80 ± 0.68
 Q13 2.12 ± 0.62 3.06 ± 1.66 1.00 ± 1.13
Total score 20.81 ± 6.84 26.75 ± 9.89 5.93 ± 4.32 0.001

Values are presented as mean ± standard deviation.

*

Wilcoxon test.

Table 3.

The changes of variables before and after using smart glasses

Variable Eyes Pre Post Difference p-value*
AC/A ratio 3.03 ± 0.67 3.03 ± 0.46 0.00 ± 0.78 0.787
Angle of deviation (prism diopter) Far 0.50 ± 0.89 0.75 ± 1.24 0.25 ± 0.68 0.689
Near 0.38 ± 0.81 0.63 ± 1.20 0.25 ± 0.68 0.702
Contrast sensitivity (Log) D 1.86 ± 0.15 1.90 ± 0.14 0.04 ± 0.10 0.726
ND 1.83 ± 0.17 1.87 ± 0.17 0.04 ± 0.10 0.748
SE (diopter) D -1.44 ± 1.70 -1.69 ± 1.58 0.34 ± 0.18 0.001
ND -1.31 ± 1.82 -1.60 ± 1.84 0.30 ± 0.18 0.002
Amplitude of accommodation with push up (diopter) D 9.93 ± 2.43 8.43 ± 2.33 1.50 ± 0.63 0.001
ND 10.00 ± 2.44 8.68 ± 2.52 1.32 ± 0.48 0.001

Values are presented as mean ± standard deviation.

AC/A = accommodative convergence/accommodation ratio; D = dominant eye; ND = non-dominant eye; SE = spherical equivalent.

*

Wilcoxon test.

Table 4.

The changes of high-frequency component of accommodative microfluctuation before and after using smart glasses

Variable Eyes Pre Post Difference p-value*
0 diopter D 54.50 ± 4.07 55.29 ± 3.85 0.80 ± 3.62 0.463
ND 57.85 ± 3.83 60.42 ± 7.62 2.56 ± 6.54 0.062
-1 diopter D 58.60 ± 2.43 59.07 ± 4.2 0.47 ± 3.78 0.719
ND 58.59 ± 5.19 60.33 ± 5.67 1.74 ± 5.53 0.371
-2 diopter D 60.23 ± 4.11 62.45 ± 4.92 2.16 ± 4.87 0.079
ND 62.30 ± 6.09 62.58 ± 5.74 0.28 ± 5.98 0.884
-3 diopter D 61.75 ± 4.22 63.99 ± 5.88 2.23 ± 5.45 0.086
ND 62.05 ± 5.15 63.96 ± 3.56 1.91 ± 4.82 0.202
Total (dB) D 58.79 ± 4.81 60.20 ± 5.73 1.42 ± 5.17 0.017
ND 60.12 ± 5.60 61.77 ± 5.83 1.61 ± 5.76 0.047

Values are presented as mean ± standard deviation.

D = dominant eye; ND = non-dominant eye.

*

Wilcoxon test.