Ⅰ. 서 론

1970년대에 적외선을 이용한 자동굴절계 (autorefractometer)가 임상에 처음 적용된 후 측정 의 편리성과 신속성 때문에 이 검사기기는 안경원과 안과병원에 널리 보급되어 사용되고 있다.¹⁾ 통계청에 서 제시한 의료 장비현황²⁾에 따르면 2016년도에 타 각식 굴절검사의 방법으로 사용되는 자동굴절계는 전 국적으로 안과병원에서 1,551대가 사용되고 있으며 9,000여개의 안경원에서 한대씩 사용된다고 가정하 면 우리나라에서 총 10,000여대가 사용되고 있는 안 광학기기라 할 수 있다.

자동굴절계는 사용방법이 간단한 타각적 굴절검사 이기 때문에 많은 대상자의 검사에 용이하며, 자각식 굴절검사에 협조가 잘 되지 않는 어린아이들의 굴절 검사 정보를 얻을 수 있다는 장점이 있다.^3-5) 자동굴 절계는 광학적 원리를 이용하여 눈의 굴절이상을 측 정하는 타각적 굴절검사 방법이기 때문에 그 측정값 을 안경처방을 위한 결과값으로 사용할 수 없다는 단 점이 있지만,⁶⁾ 자각식 굴절검사를 시행하기 위한 예 비정보를 얻을 수 있어⁷⁾ 임상에서는 자각식 굴절검사 를 실시하기 전에 타각적 검사로써 자동굴절계를 사 용하고 있다.⁸⁾

과거의 자동굴절계는 굴절이상도를 좀 더 정확하 게 측정할 수 없는 한계성을 가지고 있었으나 최근에 는 이러한 단점을 개선하기 위해 다양한 이론과 기술 이 접목되고 있으며 그 중 Scheiner⁹⁾ 원리를 이용한 자동굴절계가 널리 사용되고 있다. 또한, 최근에는 새로운 기술의 진보로 파면 측정기술이 발달되어 고 위수차와 저위수차인 굴절이상을 측정할 수 있는 파 면수차계도 보급되고 있으며, Hartmann-Shack 방 식의 원리¹⁰⁾를 적용한 수차분석기기도 널리 사용되고 있다.

주시 타깃이 기기 내부에 있는 내부형 자동굴절계 인 KR-8100P(Topcon, Tokyo, Japan)는 Scheiner 방식의 원리가 적용된 자동굴절계이고, Nvision K-5001(Shin-nippon, Tokyo, Japan)은 Scheiner 의 원리가 적용된 기기이지만 주시 타깃이 기기 외부 에 있고, 굴절검사 기능 이외에 근거리 시표를 이용 해 근거리 굴절이상과 조절력을 측정할 수 있으며, 양안 개방 검사로 외부의 원거리 주시 타깃을 사용함 으로써 기계근시와 조절개입을 방지할 수 있는 자동 굴절계이다. 파면수차계인 KR-1W(Topcon, Tokyo, Japan)는 Hartmann-Shack의 원리가 적용된 기기 로 고위수차 뿐 만 아니라 굴절이상도, 각막 형상, 동 공 크기 등을 자동으로 측정할 수 있는 기기이다.

이러한 자동굴절계를 임상에서 적절하게 활용하기 위해서는 측정값의 정확도(accuracy)가 평가되어야 하고, 특히 자각식 굴절검사와 비교한 평가가 필요하 다. 측정방식이 비슷한 다양한 자동굴절계를 비교 분 석한 선행 연구는 있지만,^11-14) 측정방식이 각각 다른 자동굴절계로 측정한 검사값을 비교한 연구는 아직까 지 미미한 실정이다.

따라서 본 연구에서는 임상에서 사용되고 있는 자 동굴절검사기능을 수행하는 측정방식이 다른 3 종류 의 기기를 자각식 굴절검사 결과와 비교하여 검사기기 로 측정된 굴절이상도의 정확도를 평가하고자 하였다.

Ⅱ. 연구대상 및 방법

1. 연구 대상

본 연구는 각막굴절교정술과 각막굴절교정렌즈를 경험한 적이 없고 안질환이 없으며 교정시력이 1.0 이상인 건강한 성인을 대상자로 하였으며, 근시성 난 시안 42명(남: 14, 여: 28, 평균 연령 23.90±2.39 세)이 연구에 참여하였다. 본 연구는 기관생명윤리위 원회(Institutional Review Board, IRB)의 승인을 받았으며, 연구에 참여한 대상자는 연구의 목적과 검 사 내용을 충분히 이해하고 참여에 동의하였다.

2. 연구 방법

자동으로 굴절이상을 측정할 수 있는 내부형 자동 굴절계 KR-8100P(Topcon, Japan), 개방형 자동굴 절계 Nvision K-5001(Shin-nippon, Japan), 파면 수차계 KR-1W(Topcon, Japan)를 사용하여 굴절이 상도를 각각 측정하였다. 주시 타깃이 기기 내부에 있는 내부형 자동굴절계와 파면수차계(KR-8100P, KR-1W)는 대상자에게 기기 내부의 타깃을 보도록 지시하였고, 주시 타깃이 기기 외부에 있는 개방형 자동굴절계(Nvision K-5001)는 대상자에게 3 m 전 방의 레이저 포인터 점광원시표를 주시하도록 하였 다. 검사과정에서 기기를 정렬하는 동안 대상자는 자 연스럽게 눈을 깜빡이도록 하였으며 검사기기의 스크 린에 나타나는 마이어상의 초점이 중앙에 선명하게 정렬이 잘 이루어졌을 때 연속으로 3회를 측정하여 평균값을 분석에 사용하였다. 검사기기는 검사자 한 사람에 의해 내부형 자동굴절계, 개방형 자동굴절계, 파면수차계 순서로 각각 측정하였고 검사는 한 기기 의 검사가 끝난 후 5분 간격으로 측정이 이루어졌다.

자각식 굴절검사는 포롭터(VT-SE, Topcon, Japan)와 투영식 시시력표를 이용하여 5 m 거리에서 검사하였다. 단안 교정의 최대시력은 1.0 이상으로 하 였으며, 구면굴절이상도는 최저도수를 선택하여 과교 정을 배제하였고 원주굴절이상도와 축은 포롭터의 크 로스 실린더를 이용하여 정밀검사를 시행하였다.

검사기기의 정확도를 평가하기 위하여 자각식 굴 절검사 및 각각의 기기로 측정한 값을 구면굴절이상 도(spherical refractive error), 원주굴절이상도 (cylinder refractive error), 축(Axis)으로 측정하였 지만, 모든 굴절이상도는 서로 독립적인 성분이 아니 기 때문에 Thibos 등¹⁵⁾이 제시한 Power vector 성분 M, J₀, J₄₅ 로 나타내어 비교 분석하였다. Power vector에 적용된 공식은 다음과 같다.

3. 자료 분석

통계분석은 두 그룹의 연속변수 비교에는 대응표 본 T 검정(paired T-test)을 하였고, 자각식 굴절검 사의 상관성을 알아보기 위해 Pearson 상관관계 분 석을 시행하였다. 검사기기의 정확도(accuracy)는 정 확성계수(coefficient of accuracy, COA)를 사용하 여 평가하였고, 정확성계수는 자각식 굴절검사와 검 사기기 기기 측정값의 차이값에 대한 평균값의 표준 편차에 1.96을 곱한 값으로¹⁶⁾ 0.00에 근접할수록 높 은 정확도를 나타낸다. 자각식 굴절검사값과 각각의 자동굴절계 측정값의 차이에 대한 신뢰도는 Bland-Altman¹⁶⁾이 제시한 95%의 신뢰구간[차이값 평균 ± 표준편차 × 1.96]으로 나타내었다.

모든 통계처리는 SPSS 22.00(SPSS, Inc., Chicago, IL, USA)을 사용하였고, p 값이 0.05 미만 일 때 유의하다고 판단하였다.

Ⅲ. 결 과

1. 자각식 굴절검사와 자동굴절계에 의한 굴절이상도

포롭터를 사용한 자각식 굴절검사의 구면굴절이상도 와 원주굴절이상도는 각각 3.41 ± 2.56 D(0.00 ~ 9.50 D)와 0.86 ± 0.81 D(0.00 ~ -3.00 D)로 나타났고, 검사값을 power vector 성분인 M, J₀, J₄₅ 성분으로 분석한 결과 등가구면 굴절성분인 M의 평균값 은 3.97 ± 2.27 D, 수평 또는 수직 난시성분을 나타내 는 J₀ 의 평균값은 0.42 ± 0.50 D, 45° 또는 135° 축에 서의 난시성분을 나타내는 J₄₅ 의 평균값은 0.02 ± 0.19 D로 나타났다. 내부형 자동굴절계 KR-8100P로 측정 한 구면굴절이상도와 원주굴절이상도는 각각 3.74 ± 2.19 D(0.00 ~ 9.25 D)와 1.13 ± 0.91 D(0.00 ~ 4.00 D), M 성분은 4.31 ± 2.28 D, J₀ 성분은 0.47 ± 0.50 D, J₄₅ 성분은 0.06 ± 0.22 D로 나타났 다. 개방형 자동굴절계 Nvision K-5001로 측정한 구면 굴절이상도와 원주굴절이상도는 각각 3.27 ± 2.14 D (+0.25 ~ -9.00 D)와 1.00 ± 0.74 D(0.00 ~ -3.00 D)로 나타났고, M 성분은 3.77 ± 2.24 D, J₀ 성분은 0.38 ± 0.44 D, J₄₅ 성분은 0.01 ± 0.23 D로 나타났다. 파면수차계 KR-1W로 측정한 구면굴절 이상도와 원주굴절이상도는 각각 3.63 ± 2.21 D(+0.50 ~ -8.75 D)와 0.97 ± 0.79 D(0.00 ~ -3.50 D)로 나타났고, M 성분은 4.11 ± 2.27 D, J₀ 성분은 0.40 ± 0.45 D, J₄₅ 성분은 0.00 ± 0.19 D로 나타났다(Table 1), (Table 2).

2. 자각식 굴절검사와 자동굴절계 측정값의 상관성 분석

자각식 굴절검사값의 M, J₀, J₄₅ 성분과 KR-8100P 측정값의 M, J₀, J₄₅ 성분의 상관계수 r 은 각각 0.983, 0.906, 0.738 (p=0.000)로 모든 성분에서 강 한 양적 상관성을 보였다(Fig. 1). Nvison K-5001 측 정값의 M, J₀, J₄₅ 성분의 상관계수는 각각 0.978, 0.900, 0.719 (p=0.000)(Fig. 2), KR-1W 사이의 M, J₀, J₄₅ 성분에 대한 상관계수는 각각 0.985, 0.933, 0.732 (p=0.000)로 모두 강한 양적 상관성을 나타내 었다(Fig. 3), (Table 3).

3. 자동굴절계의 정확도 분석

자동굴절검사 기능이 있는 세 종류의 자동굴절계 측정값의 정확도를 비교하기 위해 자각식 굴절검사값 기준으로 차이값을 구한 결과 KR-8100P 측정값의 차이는 M, J₀, J₄₅ 성분에서 각각 0.34 ± 0.42 D (p=0.000), 0.06 ± 0.22 D (p=0.022), 0.08 ± 0.15 D (p=0.000)로 모든 성분에서 자각식굴절검사 값과 유의한 차이를 나타내었다. KR-8100P 측정값 의 M 성분과 J₄₅ 성분은 자각식 굴절검사값보다 음의 값으로 더 크게 측정되었고, 난시성분 J₀ 성분은 양의 값으로 더 크게 측정되었으다. 자각식굴절검사값과 자동굴절계 검사값의 차이값 평균의 표준편차에 1.96 을 곱하여 얻은 정확도계수는 각각 0.823, 0.431, 0.294로 나타났다(Fig. 4), (Table 4).

자각식 굴절검사값과 Nvision K-5001 측정값의 차이는 M, J₀, J₄₅ 성분에서 각각 0.20 ± 0.47 D (p=0.000), -0.03 ± 0.22 D (p=0.171), -0.01 ± 0.16 D (p=0.684)로 두 그룹 사이에서 M 성분만 유 의한 차이를 보였으며, 난시성분 J₀ 성분과 J₄₅ 성분 은 음의 값으로 측정되었으나 유의한 차이는 없었다. NVision K-5001으로 측정한 M 성분은 자각식 굴절 검사값보다 양의 값으로 더 크게 측정되었고, M, J₀, J₄₅ 성분의 정확도계수는 각각 0.921, 0.431, 0.313 로 나타났다(Fig. 4), (Table 4).

자각식 굴절검사값과 KR-1W 측정값의 차이는 M, J₀, J₄₅ 성분에서 각각 0.14 ± 0.39 D (p=0.001), -0.02 ± 0.18 D (p=0.431), -0.02 ± 0.14 D (p=0.050)로 M 성분만 유의한 차이가 있었고, 난시성 분 J₀ 성분과 J₄₅ 성분은 유의한 차이가 없었다. KR-1W 측정값이 M 성분은 자각식 굴절검사값보다 음 의 값으로 더 크게 측정되었고, M, J₀, J₄₅ 성분의 정확 도계수는 각각 0.764, 0.352, 0.274로 나타났다(Fig. 4), (Table 4). 검사기기별로 M 성분에 대한 정확도는 KR-1W(0.764), KR-8100P(0.823), Nvision K-5001(0.921) 순서로 KR-1W가 다른 기기들보다 M 성분에 대한 정확도가 더 높았고, J₀ 성분에 대한 정확 도 순서는 KR-1W(0.352), KR-8100P(0.431), Nvision K-5001(0.431)로 KR-1W가 다른 기기들보 다 높았으며, J₄₅ 성분에 대한 정확도도 KR-1W (0.274), KR-8100P(0.293), Nvision K-5001(0.313) 로 M, J₀, J₄₅ 성분 모두 KR-1W가 높게 나타나 모든 성분에서 이들 검사기기에 대한 정확도는 KR-1W가 가장 높은 것으로 나타났다.

자동굴절계의 정확도를 계수로 평가하면 M, J₀, J₄₅ 성분 모두 KR-1W에서 가장 낮은 값을 나타내어 정확 도가 가장 높은 것으로 평가된다. Fig. 5는 두 기기 사이의 측정값 차이에 대한 95% 신뢰구간을 나타낸 것이다. M 성분은 KR-8100P와 KR-1W(p=0.000), KR-8100P와 Nvision K-5001(p=0.000), KR-1W와 Nvision K-5001(p=0.000) 각각의 모든 검사기기 사 이에서 유의한 차이가 나타났고, J₀ 성분은 KR-8100P와 KR-1W(p=0.000) 및 KR-8100P와 Nvision K-5001(p=0.001)의 기기 사이에 유의한 차 이가 나타난 반면, KR-1W와 Nvision K-5001(p=0.557)에서는 차이가 없었다. J₄₅ 성분의 측정값은 KR-8100P와 KR-1W(p=0.000) 및 KR-8100P와 Nvision K-5001(p=0.001)의 기기 사 이에 유의한 차이가 나타났고, KR-1W와 Nvision K-5001(p=0.331)에서는 차이가 없었다.

이 결과로 측정값 중 M 성분은 3가지 자동굴절계 사이에 유의한 차이가 있었고 J₀ 와 J₄₅ 성분은 KR-1W와 Nvision K-5001에서만 차이가 없었다.

4. 자동굴절계의 신뢰도 분석

자동굴절계로 측정한 굴절이상도 사이에 차이가 있 는 것으로 나타나 자각식 굴절검사값을 기준으로 자동 굴절계의 신뢰도를 평가하였다. Fig. 6, Fig. 7, Fig. 8은 M, J₀, J₄₅ 성분에 대하여 Bland-Altman이 제시 한 자각식 굴절검사값과 자동굴절계 측정값의 차이에 대한 95%의 신뢰구간을 나타낸 것으로 KR-8100P의 신뢰구간은 M 값은 +0.48 D ~ -1.16 D, J₀ 값은 +0.49 ~ -0.37 D, J₄₅ 값은 +0.21 ~ -0.37 D로 나 타났고 모든 성분에서 굴절이상도 측정범위에 따라 자 각식 굴절검사값과 차이가 없었다(p=0.826, p=0.847, p=0.086). Nvision K-5001에서 신뢰구간 은 M 값은 +1.12 ~ -0.72 D, J₀ 값은 +0.40 ~ -0.46 D, J₄₅ 값은 +0.30 ~ -0.32 D로 나타났고, M 성분은 굴절이상도 측정범위에 따라 차이가 없었으나 (p=0.632), J₀ 와 J₄₅ 성분은 유의한 차이가 있었다 (p=0.008, p=0.028). KR-1W의 신뢰구간은 M 값은 +0.62 ~ -0.90 D, J₀ 값은 +0.33 ~ -0.37 D, J₄₅ 값은 +0.25 ~ -0.29 D로 나타났고 M 과 J₄₅ 성분은 굴절이상도 측정범위에 따라 차이가 없었으나 (p=0.835, p=0.969) J₀ 성분은 유의한 차이가 있었다 (p=0.006).

이상과 같이 신뢰도 분석에서 M 값은 모든 기기에 서 유의한 차이가 없었으나 J₀ 값은 Nvision K-5001 과 KR-1W가 유의한 차이가 있었고 J₄₅ 값은 Nvision K-5001이 유의한 차이를 보여 구면굴절이 상도보다 원주굴절이상도에서 자각식굴절검사와 측 정범위에 따라 차이가 있었다.

Ⅳ. 고 찰

자동굴절계는 1970년대에 상용화된 이후 안경원 및 안과병원에서 시력검사를 위해 널리 사용하고 있 고 지금까지 자동굴절계와 자각식 굴절검사를 비교한 연구는 꾸준히 진행되어 왔다. 본 연구에서도 임상에 서 많이 사용하고 있는 굴절이상도 측정방식이 다른 자동굴절검사에 이용할 수 있는 세 종류의 검사기기 KR-8100P, Nvision K-5001, KR-1W를 자각식 굴 절검사와 비교분석 하였다.

내부형 자동굴절계(KR-8100P)인 경우 김 등⁶⁾은 자각식 굴절검사와 비교해 등가구면 굴절력을 나타내 는 M 성분은 음의 방향으로 더 크게 측정되고 수평 및 수직방향에서의 난시성분인 J₀ 성분은 양의 방향 으로 더 크게 측정되며 45°및 135°에서 난시성분을 나타내는 J₄₅ 성분은 음의 방향으로 더 크게 측정된다 고 하였다. 본 연구에서도 선행 연구결과와 유사하게 내부형 자동굴절계(KR-8100P)의 측정값이 자각식 굴절검사보다 M 과 J₄₅ 성분은 음의 값으로 더 크게 측정되었고, J₀ 성분은 양의 방향으로 더 크게 측정되 었다. 개방형 자동굴절계(Nvision K-5001)인 경우, Davies 등¹¹⁾은 자각식 굴절검사와 비교해 M 성분은 양의 방향으로 크게 측정되었고 J₀ 과 J₄₅ 성분은 음 의 방향으로 크게 측정된다고 하였는데 본 연구에서 도 각각 M 성분은 양의 방향으로 더 크게 측정되었으 나, J₀ 성분(p=0.171)과 J₄₅ 성분(p=0.684)은 차이가 없었다. 파면수차계(KR-1W)의 경우, 박 등¹⁷⁾은 자각 식 굴절검사와 비교해 M 성분은 음의 방향으로 크게 측정되었고 J₀ 성분은 양의 방향, J₄₅ 성분은 음의 방 향으로 크게 측정되었다고 보고하였는데, 본 연구에 서는 M 성분은 음의 방향으로 크게 측정되었으나, 수 평 및 수직방향 난시성분을 나타내는 J₀값(p=0.431) 과 J₄₅값(p=0.050)은 유의한 차이가 없었다.

세 가지 검사기기 모두 자각식 굴절검사와 상관분 석을 하였을 때 M 성분은 90% 이상 일치한 것으로 나타났고 J₀ 와 J₄₅ 성분을 포함해도 상관계수가 70% 이상 나타나 Portney와 Watkins¹⁸⁾가 제시한 상관성 기준 75%에 거의 근접해 우수한 성능을 보였다고 평 가된다.

M, J₀, J₄₅ 각 성분의 정확도계수는 파면수차계 (KR-1W)에서 0.764, 0.352, 0.274로 나타나 다른 자동굴절계들에 비해 상대적으로 우수한 것으로 나타 났다. 굴절검사값 M 성분은 자각식 굴절검사와 비교 에서 모든 기기에서 유의한 차이가 있는 것을 확인할 수 있었지만, 굴절이상도에 따라서는 차이가 없는 것 으로 나타났다. KR-8100P에서는 J₀ 성분과 J₄₅ 성분 이 자각식 굴절검사값과 유의한 차이가 있었지만 굴 절이상도에 따라서는 차이가 없는 것으로 나타났고, 반대로 Nvision K-5001과 KR-1W는 J₀와 J₄₅ 성분 모두 유의한 차이가 없었으나 굴절이상도에 따라서 J₀ 성분은 유의한 차이가 있었다(Fig. 4, Fig. 6, Fig. 7, Fig. 8). 종합해보면 원주굴절이상도에서만 자각식 굴절검사와 차이가 있는 것을 확인 할 수 있 었다. 이는 측정방식이 다른 기기들 사이에 굴절이상 도 측정값이 다르다는 것을 의미하지만 그 차이 값이 임상적인 관점에서 적다고 판단되며 자각식 굴절검사 와 상당히 높은 상관성을 보여 측정방식이 달라도 모 두 성능이 뛰어난 것으로 평가된다.

그러나 본 연구와 같이 자동굴절계를 자각식 굴절 검사와 비교하는 것이 과연 적절한 것인지에 대해 의 문점이 있다고 보고되었으며,¹⁹⁾ Davies와 Mallen¹¹⁾ 은 성인을 대상으로 자각식 굴절검사를 할 때 조절마 비 굴절검사가 아닌 현성굴절검사를 하기 때문에 자 동굴절계와 비교하는 것이 오류를 범할 수 있어 다양 한 방법으로 연구를 진행해야 할 것이라고 제안하였 다. 본 연구에서도 선행연구와 비교하였을 때 자동굴 절계의 정확도를 자각식 굴절검사와 비교하는 것이 적절한지 의문점이 있을 수 있지만 그럼에도 불구하 고 자각식 굴절검사를 기준으로 한 것은 안경원 및 안과병원과 같은 임상에서 자각식 굴절검사와 자동굴 절계를 보편적으로 사용하고 있기 때문에 서로 비교 하는 것이 필요하다고 생각되었다.

Ⅴ. 결 론

측정방식이 다른 자동굴절계 중 파면수차계가 내 부형 자동굴절계와 개방형 자동굴절계보다 정확도가 높은 것을 알 수 있었다. 그러나 자각식 굴절검사와 비교했을 때 모든 기기에서 굴절검사값의 차이가 적 었고, 정확도가 높고 상관성 분석에서도 75% 이상 높 은 상관성을 보여 측정방식이 달라도 모두 우수한 성 능을 보였다. 따라서 임상에서 자각식 굴절검사를 실 시하기 전 타각적 굴절검사로 사용하기에 적절하다고 판단된다. 다만, 원주굴절이상도가 -0.75 D 이하로 낮은 경우 원주축의 정확도가 낮게 측정된다는 선행 연구¹¹⁾가 있어 추가적으로 차후 연구에서는 근시성 난시안 뿐 만 아니라 원시안이나 복합성 난시안을 포 함하고 사난시를 비롯한 난시 축까지 비교하는 다양 한 연구가 필요하다고 생각되며, 본 연구결과는 측정 방식이 다른 자동굴절계에 대한 비교는 임상에서 사 용하고 있는 기기에 대한 이해도를 높이는데 기여할 수 있을 것으로 생각된다.