Ⅰ. 서 론

과거에 비해 현대인은 자동화된 첨단기술의 발전으로 육체적 활동이 감소하고 정신적 활동이 많은 생활을 하 고 있다. 이러한 환경 변화는 부족해진 육체적 활동 시 간에 따라 건강을 증진시킬 수 있는 방법에 관심을 가지 게 했으며, 그 결과 스포츠 활동의 참여를 증가시켰다. 세계적인 스포츠 활동 인구의 저변 확대는 과거 전문가 들에게 주로 제공되었던 관련 용품을 일반인들도 폭넓게 사용할 수 있도록 형상 및 기능 변화를 요구하였으며, 이 중 스포츠 고글과 같은 눈 관련 용품은 현재 지속적 으로 증가하고 있는 대한민국 비정시자에 대한 굴절이상 의 교정뿐만 아니라 스포츠 활동 시 눈을 보호해야하는 목적을 충족시켜야 한다.

대한안경사협회 및 한국갤럽의 공동조사에 따르면, 만 19세 이상 성인의 안경 및 콘택트렌즈 착용률은 2019년을 기준으로 약 55%를 차지하는 것으로 나타났 으며,¹⁾ 과거 정시자만 주로 활동했던 특정 스포츠 분야 까지 비정시자가 차지하는 비율이 증가하고 있다는 것을 의미하고, 스포츠 고글을 착용하는데 있어 비정시자를 위한 별도의 굴절이상 교정법이 다양하게 요구된다고 알 려졌다.^2-4)

하지만 스포츠 고글은 선행연구에서도 보고된 것으 로, 비정시자가 평소에 사용하는 일반 안경과 비교했을 때, 약 5° 이상 증가된 안면각 및 경사각을 가지고, 약 10 mm 이상 증가된 정점간거리에 따라 비정시자가 적 절한 보정 없이 착용하는 경우 비점수차가 유발되고, 교 정시력의 감소, 주변부 어지러움, 울렁임과 같은 시각적 부작용이 발생되는 것으로 나타났다.^5-9)

대한민국 국군이 사용하는 military goggle 역시 전 투 시 눈 및 얼굴 보호라는 사용 목적에 따라 스포츠 고 글과 유사한 형태로 제작되었으며, 일반 안경과 비교했 을 때 안면각, 경사각 및 정점간거리가 증가된 상태로 착용하고 있다(Fig. 1). 선행 연구에 따르면 비정시 군 인의 굴절이상 교정은 오직 insert frame을 통해 이루 어지며, 현재 국군의 안경 청구 방법에 의해서는 비점수 차 발생에 따른 유효굴절력 변화에 대한 보정을 수행할 수 없어 착용 군인이 시각적 불편함을 많이 느끼는 것으 로 보고되었다.^10,11)

하지만, 아직까지 비정시 군인의 굴절이상 교정을 위 한 insert frame이 결합된 military goggle을 착용할 때 발생되는 여러 가지 특성이나 불편함에 대한 연구는 미비하며, 유발된 시각적 부작용은 전투력뿐만 아니라 생명에 중대한 영향을 미칠 수 있으므로 이를 해결하기 위한 연구가 필요한 실정이다.

따라서 본 연구는 현재 비정시 군인에게 제공되는 military goggle 및 insert frame의 특성과 문제점을 분석하고, 이를 개선하기 위한 새로운 형태의 insert frame을 3D 프린팅 및 스캐닝을 통하여 제작하였으며, 실제로 착용한 후 성능 평가를 통해 비정시 군인의 시력 향상에 기여하고자 하였다.

Ⅱ. 대상(재료) 및 방법

1. 대상

1) 대상 선정

본 연구는 기관생명윤리위원회(Institutional Review Board, IRB(승인번호: EU18-64)의 승인을 받아 실시 하였으며, 대상자들에게 검사 목적과 내용을 충분히 설 명하고 동의를 구한 후 실시하였다. 또한 일부 국군의 보안과 관련된 내용은 익명으로 처리하였다.

본 연구의 취지에 동의하는, 전신질환 및 안질환 처치 경험이 없는 평균 연령 21.08±0.89세의 비정시 군인 37 명을 대상으로 하였으며, 이때 대상자수는 표본수 산출프로 그램 G*Power Ver3.0.10 (Heinrich-Heine-Universiät Düsseldorf, Germany)을 통해 산출하였고, 프로그램 으로 산출된 대상자 수 34명 및 연구 수행 시 손실자료 에 따른 제외 인원을 감안하여 총 37명으로 선정하였다.

2. 연구 방법

1) Military goggle 및 Insert frame의 제원 계측 분석

박싱 시스템(boxing system)을 기반으로 1개씩 수집된 비정시 군인용 일반 안경(D004, OOopric, Korea), military goggle 및 insert frame(OOFF FALCON, OOTEC, Korea)의 길이(렌즈 삽입부, 연결부, 전면부, 대각선 및 정 점간거리) 및 각도(안면각 및 경사각)를 측정했다. 이때, 사 람의 얼굴과 유사한 마네킹을 사용했으며, 길이의 측정은 안 경자(Optical Ruler, Rodenstock, Germany), 정점간거리 는 디스토미터(Distometer, Western Ophthalmics, USA) 및 각도는 각도기(PRO160M, INCRA, USA)를 각각 사용 하였고, 모든 항목은 3회 측정 후 평균값을 산출했다.

2) MFU insert frame의 설계

본 연구에서 제작된 MFU(multi-functional unit) insert frame의 설계는 제공된 military goggle의 물 리적 형상을 변화시키지 않고 시각적 문제점을 개선시켜 야 하는 제한사항이 존재했다. 이를 위해 다수의 시도에 따른 설계 및 모델링 변경이 용이하고, 소량 생산에 상 대적으로 경제적인 3D 프린팅 및 스캐닝 기술을 도입하 여 제작하기로 결정되었으며, 안경테 재질은 착용 시 땀 에 노출이 많은 군인의 직업적 특성을 고려하여 피부 과 민 반응이 없는 바이오레진(bioresin) 재질로 선정하였 다. 이와 같은 조건에서 렌즈삽입부 및 다리와 같은 일 반 안경의 구성품 외에, 전용 다기능 유닛(MFU) 및 코 받침이 별도로 제작되었으며, 실제 military goggle과 의 결합을 통해 드러나는 문제점을 개선하기 위해 제원 계측, 설계 및 제작의 과정을 반복했다.

MFU insert frame의 제작은 최근 급속히 발달된 3D 스캐닝 및 프린팅 기술로 가능했다. 설계 구성은 렌 즈삽입부, MFU 및 코받침을 별도로 설계하고 이를 결 합하는 방법을 사용했다.

1차 설계에서 MFU insert frame의 전체 크기는, 기존 insert frame을 기준으로 3D 스캐닝을 통한 역 설계를 실 시하여 취득하였다. 이때, 기존 insert frame의 렌즈삽입 부 크기가 매우 작아 military goggle에 결합하여 사용하 는 경우 양안의 시야가 감소할 수 있는 문제가 제시되었다.

2차 설계에서는 military goggle의 전면부를 벗어나 지 않는 범위에서 수평 및 수직 방향의 렌즈삽입부 크기 를 각각 4 mm씩 최대한 증가시켰으며, 별도의 조합용 홈을 갖는 MFU를 설계하여 MFU insert frame의 연결 부에 조합되도록 했으며, 이 과정에서 안면각과 경사각 이 일반 안경과 동일한 수준으로 유지하도록 조정했다.

3차 설계는 2차 설계에서 제작된 MFU의 기능을 좀 더 보완하도록 수행되었다. 이때, 코받침은 일반 안경과 동일한 정점간거리가 유지될 수 있도록 안경테의 연결부 후면부터 MFU 전면까지 관통하여 결합될 수 있도록 설 계했다. 3차 설계 이후 광학적 지식이 없는 비정시 군인 이 안경을 착용할 때, MFU insert frame을 military goggle에 너무 높거나 낮게 결합하는 경우 광학중심점 높이 오차가 발생될 수 있는 문제점이 제시되었다.

따라서, 4차 설계는 비정시 군인이 스스로 광학중심 점 높이를 인지하고 조정할 수 있도록 insert frame의 렌즈 삽입부 수직 림의 중간에 광학중심점 높이를 나타 내는 참고 마크를 표시했다. 또한 MFU에 코받침의 수 평 높이를 조정하기 위한 2단계의 홈을 제작하여 1단계 당 2 mm씩 높이를 조정할 수 있도록 설계했다(Fig. 2).

3) Insert frame 및 MFU insert frame의 비교 분석

제작된 MFU insert frame를 통해 상기 제원 계측, 결합 상태의 광학적 및 임상적 평가를 반복했으며, 기존 insert frame과 비교하였다.

(1) 결합 상태의 광학적 평가

제원 계측 결과, 결합된 상태의 military goggle 및 insert frame은 안면각, 경사각 및 정점간거리가 증가 된 구조에 따라 굴절이상 교정 시 원하지 않는 비점수차 발생이 예상되었다. 따라서 본 연구는 새로운 형태의 insert frame 제작 전에, 선행 연구에서 제시된 방법으로 결합된 상태의 military goggle 및 기존 insert frame의 안면각, 경사각 및 정점간거리 변화에 따른 수차 및 유 효 굴절력 변화를 확인했으며, 이후 제작된 MFU insert frame과 비교하였다.¹²⁾

(2) 결합 상태의 임상적 평가

모든 대상자는 국군에서 제공되는 일반 안경과 military goggle, insert frame 및 MFU insert frame을 각 각 결합된 상태로 착용하고 원거리 고대비 및 저대비 교정 시력, 양안 시야 및 주관적 만족도를 측정했다. 이때, 원 거리 고대비 및 저대비 교정시력은 측정거리 6 m에서 고 대비(100%) 및 저대비(10%) 시력표(EDTRS, Precision Vision, USA)를 사용하여 단안 및 양안의 교정시력(log MAR)을, 양안 시야는 측정거리 30 cm에서 양안으로 시야 시표의 중심점을 주시하는 동안 근거리 0.2 log MAR 시력의 숫자로 구성된 주시막대를 상하좌우 방향 으로 1초당 1 cm로 이동시켰을 때, 더 이상 숫자를 읽 을 수 없는 명시 범위의 각도(°)를 측정하였으며, 각각 3 회 측정 후 평균값을 산출했다. 주관적 만족도는 5점 척 도의 14문항(시각적, 호환성 및 전반적 만족도)을 구성 하였으며, “매우 그렇다” 5점, “그렇다” 4점, “보통이다” 3점, “거의 그렇지 않다” 2점 및 “전혀 그렇지 않다” 1 점으로 점수를 부여하고 비교하였다.

4) 통계분석

통계분석은 Microsoft Windows용 PASW Statistics (SPSS) Ver. 18(IBM, Co., USA) 및 Origin Ver. 8.5 (OriginLab, Co., USA) 프로그램을 사용하여 Paired-t 검정을 실시했으며, 유의수준은 p＜0.050을 적용하였다.

Ⅲ. 결 과

1. 대상의 일반적 특성

대상자의 평균 나이는 21.08±0.89세, 평균 굴절이상 도는 구면, 원주굴절력 및 축방향에서 각각 –3.31±1.64 D, -0.95±0.85 D 및 130.79±74.83°로 나타났다. 평균 단안 교정시력은 0.02±1.05 logMAR였으며, 평균 단안 동공간거리는 32.14±1.67 mm로 나타났다(Table 1).

2. Military goggle 및 insert frame의 제원 계측

Military goggle에 결합되기 전 insert frame 렌즈 삽입부의 수평 및 대각선 길이와 전면부 길이, 안면각은 각각 42.67±0.24 mm, 47.33±0.24 mm, 120.33± 0.24 mm 및 10.67±0.24°이었다.

Military goggle에 결합되었을 때 insert frame 렌 즈삽입부의 수평 및 대각선 길이와 전면부 길이, 안면각 은 각각 40.50±0.24 mm, 46.17±0.24 mm, 115.50± 0.41 mm 및 20.17±0.24°로 변형된 것으로 나타났다 (Table 2).

3. MFU insert frame의 제작

1차부터 4차까지 수정된 내용이 반영된 렌즈삽입부, MFU 및 코받침을 각각 제작했다(Fig. 3).

1차 제작 결과, 기존 insert frame과 유사한 렌즈삽 입부 크기를 갖는 안경테가 제작되었으며, MFU가 별도 의 조합용 부품으로 제작되었다. 이때, 제작된 1차 MFU insert frame의 수평, 수직, 대각선, 전면부 및 연결부 길이(mm)는 각각 40.50±0.24 mm, 26.53±0.24 mm, 46.17±0.24 mm, 115.50±0.41 mm 및 31.33±0.24 mm이었고, MFU의 수평 및 수직 길이(mm)는 각각 17.90± 0.24 mm 및 11.01±0.12 mm이었다.

2차 제작에서 기존 insert frame의 렌즈삽입부보다 수평 및 수직 렌즈 삽입부가 더 큰 안경테가 제작되었다. 이때, 제작된 2차 MFU insert frame의 수평, 수직, 대 각선, 전면부 및 연결부 길이(mm)는 각각 46.67±0.24 mm, 30.68±0.24 mm, 48.86±0.24 mm, 119.50± 0.24 mm 및 21.01±0.24 mm이었다.

3차 제작에서 정점간거리 보정을 위한 코받침이 조합 용 부품으로 추가되었다. 이때, 제작된 코받침의 수평, 수 직 및 전·후폭(mm)은 각각 30.94±0.12 mm, 22.54± 0.23 mm 및 13.41±0.12 mm이었다.

4차 제작에서 광학중심점 높이를 확인하기 위한 참고 선이 각인되었으며, MFU에 2단계의 코받침 높이 조정 홈이 천공되었다. 이때, 참고선은 렌즈삽입부의 전면에 서 하측 림으로부터 수직으로 15.50±0.12 mm 위쪽 지점에 표시되었다.

4. Insert frame 및 MFU insert frame의 비교분석

1) 제원 계측 비교

MFU insert frame은 기존 insert frame보다, 렌즈 삽입부의 수평, 수직, 대각선 및 전면부 길이가 더 크고, 연결부 길이, 안면각 및 경사각은 더 작은 것으로 나타 났다(Table 3, Fig. 4).

2) 결합 상태의 광학적 평가

Insert frame이 military goggle에 결합된 상태에서 교 정렌즈의 유효굴절력은 구면굴절력, 원주굴절력 및 원주축 에서 각각 -3.88±1.88 D, -1.01±0.76 D 및 107.71± 56.94°로 일반 안경의 굴절력과 비교하여 구면굴절력, 원주굴절력 및 원주축에서 모두 유의한 변화를 보였다(p＜0.050).

MFU insert frame이 military goggle에 결합된 상 태에서 교정렌즈의 유효굴절력은 구면굴절력, 원주굴절 력 및 원주축에서 각각 -3.36±1.68 D, -1.03±0.86 D 및 136.29±48.87°로 일반 안경의 굴절력과 비교하여 모두 유의한 변화가 없는 것으로 나타났다(p＞0.050) (Table 4).

3) 결합 상태의 임상적 평가

(1) 원거리 고대비 및 저대비 교정시력

Insert frame이 결합된 military goggle을 착용했을 때, 단안 및 양안의 원거리 고대비 및 저대비 교정시력 은 일반 안경과 비교했을 때 모두 감소하였으며, 통계적 으로 유의한 차이가 발견되었다(p＜0.050).

MFU insert frame이 military goggle에 결합되었 을 때 원거리 고대비 및 저대비 양안 및 단안 교정시력 (logMAR)은 insert frame이 military goggle에 결합 되었을 때와 비교하여 모두 통계적으로 유의한 증가를 보였다(p＞0.050)(Table 5).

(2) 양안 시야

Insert frame이 결합된 military goggle을 착용했을 때 양안 시야는 상하좌우 방향에서 각각 16.95±5.14°, 30.93±9.10°, 44.75±8.65° 및 44.77±8.51°로 나타났다.

MFU insert frame이 military goggle에 결합되었을 때 양안 시야(°)는 기존 insert frame military goggle 에 결합되었을 때와 비교하여 상하좌우 4방향에서 모두 증가하였으나, 아래쪽 방향에서만 유의한 차이를 보였다 (p＜0.050)(Table 6).

(3) 주관적 만족도

Insert frame이 결합된 military goggle을 착용했을 때 주관적 만족도(점수)는 흐릿하게 보임, 왜곡되어 보 임, 선명 범위 좁음, 시야 범위 좁음, 시선 이동 어색, 바 닥과 거리감, 어지러움, 울렁거림, 고정 어려움, 분리 어 려움, 휴대 어려움, 관리 어려움, 안경 이탈됨 및 전반적 만족도 항목에서 각각 2.95±1.05점, 2.81±1.20점, 3.11±1.05점, 3.14±1.08점, 3.16±1.28점, 2.95± 1.25점, 3.43±1.32점, 3.03±1.24점, 3.07±1.05점, 2.81±1.27점, 2.05±1.05점, 2.00±1.05점, 1.43± 0.80점 및 2.24±1.09점으로 나타났다.

MFU insert frame이 military goggle에 결합되었을 때 주관적 및 전반적 만족도(점수)는 기존 insert frame 이 military goggle에 결합되었을 때와 비교하여 높은 것으로 나타났으며, 흐릿하게 보임, 왜곡되어 보임, 시 선 이동이 어색함, 바닥과의 거리감, 어지러움 및 전반 적인 만족도 항목에서 유의한 차이가 있었다(p＜0.050) (Table 7).

Ⅳ. 고 찰

Kim 등¹³⁾은 246명의 성인 안경 착용자를 대상으로 안경 착용에 따른 불편함을 조사한 연구에서, 시력저하 및 안정피로가 시각적인 불편함의 주된 원인임을 확인하 였으며, 각각 17.3%, 10.6%를 차지한다고 보고하였다. 안경 착용자에서 발생되는 불편함은 대부분 사용 중 발 생하는 것으로 동공중심점에 일치되지 못하는 교정 렌즈 의 광학적 중심점 이탈에 따른 것이나, 이외 안경테의 물리적 형상에 따른 경우도 있다.

Seo 등¹²⁾의 연구와 같이 비정시자가 평소에 사용하는 일반 안경에 비해 증가된 안면각과 경사각을 가지는 스포 츠 고글은 시각적 부작용을 줄이기 위해 변화된 유효굴절 력을 보정하는 별도의 굴절력을 산출하여 insert frame 에 삽입할 필요가 있으나, 현재 국군의 비정시 군인용 안 경청구 및 보급체계에서는 전문가에 의한 교정렌즈 굴절 력의 측정과정이 미비하여, 유효굴절력 변화에 따른 보정 량을 산출하고 적용하는데 명확한 한계가 존재한다.

제원 계측을 통해 분석된 것으로, 비정시 군인용 일반 안경의 교정굴절력과 동일하게 복제되는 기존 insert frame은 안경테의 물리적 구조가 일반 안경과 상이하여 정점간거리, 안면각 및 경사각이 증가하고, 이에 따라 렌즈의 유효굴절력 변화로 비점수차 등을 유발하여 시각 적 불편함이 보다 증가할 것으로 예상되었다.

이를 위해, MFC insert frame을 설계 및 제작함에 있 어서 비점수차를 최소화 시킬 수 있는 설계 조건을 마련 하기 위해, 국제표준화기구(International organization for standozartion: ISO)에서 제시된 단일 및 다초점 렌즈의 상측정점 굴절력의 허용오차 범위를 확인하였다. 그 결과 안면각은 약 5°, 경사각은 약 8~12° 및 정점간 거리는 약 10~12 mm의 범위에서 비점수차 발생 정도 가 가장 낮았으며, 비정시 군인이 필요로 하는 굴절력을 충족시킬 수 있는 것으로 예상되었고, 이를 MFU insert frame 설계에 반영했다.

따라서, 시각적 불편함을 최소화할 수 있도록 일반 안 경과 유사한 정점간거리, 안면각 및 경사각의 변화가 거 의 없는 MFU insert frame이 제작되었고 비정시 군인 이 1주일 동안 실제로 착용하고 평가하도록 하였다.

MFU insert frame은 연결부에 위치하는 다기능 유 닛(MFU)의 물리적 형상에 따라 military goggle에 조 합 시 정점간거리와 안면각 및 경사각을 일반 안경과 비 교했을 때 최대로 유사한 수준으로 유지할 수 있도록 설 계 및 제작되었고, 렌즈 삽입부 역시 시야 확보를 위해 military goggle의 전면렌즈 형상을 변화시키지 않고 최대한 증가시켰다. 이에 따라 MFU insert frame을 military goggle에 조합하여 사용할 때 원거리 교정시 력 및 양안시야의 증가가 확인되었으며, 시각적 부작용 에 대한 전반적 만족도 역시 증가했다.

하지만, MFU insert frame의 제작에 사용된 바이오 레진 재질은 땀이나 습기에 강하고, 피부 접촉면에 과민 반응이 없는 장점이 있었으나, 안경테에 주로 사용되는 재질에 비해 강도가 낮은 단점이 존재했다. 따라서 본 MFU insert frame을 군인의 훈련이나 실제 전투에서 사용하기 위해서는 추후 재질 개선을 통해 강도를 보강 할 필요가 있다. 또한, 다기능 유닛을 통과하여 장착되 는 코받침의 경우도 보다 높은 착용감과 광학중심점 높 이의 변형을 안정되게 제공하기 위해서 탄성이 우수하고 변형이 적은 별도의 재질을 선정할 필요가 있다.

따라서, 후속 연구를 통해, 강도 및 변형성이 적게 개 선된 재질의 MFU insert frame을 사용한 보다 강도 높은 장기간의 실제 훈련 상황 조건에서 면밀한 분석이 반드시 필요할 것으로 생각된다.

Dain¹⁴⁾의 보고에 따르면 스포츠 고글과 관련하여 최 근 강조되는 문제 중 하나는 처방된 교정안경에 대한 2 차적인 것으로, 일상생활의 달리기와 같은 비교적 단순 한 활동에 따른 위험이 적은 경우라도 보호를 위한 적절 한 기준이 필요하다고 제시하였다.

본 연구에서 개발된 MFU insert frame은 안경테의 내구도 및 재질이 실제 사용되는 안경테와 다르며, 이후 비정시 군인들에게 실제 전투 상황 등에서 사용할 목적 으로 제작하는 경우, 적합한 재질의 선정과 보다 극한조 건에서 사용을 통한 세밀한 검증이 필요하고, 안경테 및 삽입되는 교정렌즈의 기준도 군인의 직업적 특성에 적합 하도록 별도로 마련할 필요가 있다고 생각된다.

Ⅴ. 결 론

이상으로, 본 연구에서 제작된 MFU insert frame은 비정시 군인의 시력 및 시각적 만족도를 향상시키고 전 투력 증진에 기여할 것으로 생각된다.