Ⅰ. 서 론
검안렌즈(trial case lens)는 시력검사에서 가장 기본적이고, 필수적인 장비로 1조씩의 (+), (-) 구면렌즈 세트, (+), (-) 원주렌즈 세트, 프리즘 세트, 부속품 등으로 구성된다.1) 검안렌즈로 구성되어 있는 프리즘(prism) 렌즈는 삼각형 모양으로 초점을 맞추는 능력이 없으며, 빛은 프리즘에서 항상 베이스 쪽으로 굴절되며 프리즘 렌즈의 두꺼운 부분이 베이스(base)를 형상하고, 얇은 부분이 프리즘의 정각(apex)을 형성한다.2) 프리즘에 의한 빛의 꺾임 증상에 대한 굴절력을 프리즘 디옵터라고 하며 1 m의 거리에 서 1 cm 변화가 있을 때 1 프리즘 디옵터(Δ)라고 한다.3) 이때 빛의 꺾임은 기저방향(base)으로 꺾이며, 상은 그 반대 방향인 정각(apex)쪽으로 이동하게 된다.3) 프리즘 렌즈는 일반적으로 안구 근육이 양안 시력을 얻는 기능을 할 수 없는 경우에 사용된다.2) 프리즘 렌즈는 굴절검사와 착용 검사에 사용되며, 정확한 검안 데이터를 얻기 위해서는 정밀하고, 균일하게 제조가 되어야 할 것이다.1) 현재 많은 안경사가 양안시에 대한 관심이 커지면서 양안시 검사에 대한 교육이 많이 이루어지고 있으며, 이에 따라 임상에서 프리즘 처방도 활발히 이루어지고 있다. 프리즘 렌즈는 임상에서 눈 운동과 관련된 기능 이상 교정이나 안정 피로 완화를 위해 흔히 사용된다.4) 안위 이상으로 인해 불편함을 느낄 때, 이를 해소하는 대표적인 방법으로 안경의 프리즘 처방이 있다. 검사에 사용되는 프리즘 렌즈 종류는 프리즘 바(prism bar), 낱개 프리즘(individual square prism), 프레넬 프리즘(fresnel prism)이 있다. 프리즘은 유리와 플라스틱으로 두 가지이다. 유리 프리즘은 굴절률이 더 높아 플라스틱 프리즘보다 빛을 더 많이 편향시키는 반면, 플라스틱 프리즘은 후면이 면과 평행하여 정면 위치에 고정되어 최소편의각(angles of minimum deviation for a prism) 위치에 가깝다.11) 프레넬 프리즘은 폴리염 화비닐(polyvinyl chloride, PVC)로 만들어져 고배율(30 Δ)에서도 외관상 적합하여 프리즘 실습에 많이 사용되고 있다.13) 그러나 기저 방향에서 시력 감소로 비정상적인 머리 자세를 유발할 수 있으며, 대비감도 및 색수차의 감소를 초래할 수 있다.11) Wessels의 연구12)에 따르면 낱개 프리즘을 접착식 벨크로(velcro sticky back tape)로 고정하여 이 방법의 정확성을 평가한 결과, 안구 편차의 임상적 평가에 큰 도움이 될 수 있지만, 각도를 제대로 유지하지 못하면 정확성이 떨어져 큰 각도의 외사시 또는 수직 편차가 발생하여 상태가 악화될 수 있다. 이전 연구에서도 낱개 프리즘을 기울기를 주었을 때, 프리즘 양(power)이 커지면 더 큰 오차율을 보여주었다. 따라서 본 연구에서는 서로 다른 프리즘 종류를 사용하여 프리즘 양에 따라 측정할 때 발생하는 오차를 분석하고자 한다. 이를 위해 수평 프리즘 바(horizontal prism bar), 수직 프리즘 바(vertical prism bar), 낱개 프리즘(individual square prism), 프레넬 프리즘(fresnel prism)을 사용한다. 각 프리즘 종류 에서 발생하는 오차를 비교하여 어떤 프리즘이 가장 큰 오차를 유발하는지 확인하여 볼 것이다. 또한, 낱개 프리즘을 측정할 때 수평을 유지하지 못하여 생기는 기울기에 따른 오차도 비교 분석할 것이다. 이러한 연구를 통해 정확한 시력검사에 도움이 되고자 한다.
Ⅱ. 대상 및 방법
1. 연구 방법
1) 측정 장비
레이저 수평계(LevelPRO 3, JS Yuanfeng Industrial, Jurong, China)를 이용하여 수평을 맞춘 후, 1 m 거리에 자(ruler)를 붙여놓은 뒤에 0 cm 눈금에 레이저 포인터 (PAN1000, Wiggle International, Yongsan, Korea)를 사용하여 프리즘 렌즈 총 4가지 종류로 수평 프리즘 바(VB 15, Canton, Shanghai ,China), 수직 프리즘 바(HB 16, Canton, Shanghai, China), 낱개 프리즘(LS-22, Nova, Guangdong, China), 프레넬 프리즘(SET-7 Ring SET, Fresnel Prism and Lens, Bloomington, USA)을 사용하였다. 수평 프리즘 바, 수직 프리즘 바, 낱개 프리즘, 프레넬 프리즘을 사용하여 측정하였고, 렌즈미터(LM-8, Topcon, Tokyo, Japan)를 사용하여 낱개 프리즘의 정점을 찍어 수평선을 맞춰 수평 방향을 측정하고 각도계를 이용하여 프리즘 기울기(degree)를 측정하였다.
2) 검사방법
모든 측정은 1 m 거리에서 측정하였으며, 값에서의 변수를 최소화하기 위해서 레이저 포인트와 프리즘 위치를 맞춰 흔들리지 않게 프리즘을 바닥에 놓고 측정하였 고, 총 네 가지의 프리즘 모두 한 종류마다 같은 제품 네 개씩 준비하여 하나씩 측정하여 각각 총 4번씩 측정하여 오차를 비교하였다(Fig. 2).
(1) 4가지 프리즘 오차 측정
수평 프리즘 바, 수직 프리즘 바, 낱개 프리즘은 2, 4, 8, 12, 16, 20 및 30 Δ을 사용하여 측정하였고, 프레넬 프리즘은 12, 20 및 30 Δ을 사용하여 측정하였다. 모든 프리즘은 수평 방향으로 통일하여 측정하였다.
(2) 수평, 수직 프리즘 바 오차 비교
프리즘 바 세트의 수평, 수직 프리즘 바 2, 4, 8, 12, 16 및 20 Δ을 사용하여 서로 측정 목적이 다른 프리즘 바를 같은 방향으로 사용했을 때, 오차가 적고 정확성이 유지되는지 비교 측정하였다.
(3) 낱개 프리즘 기울기 측정
낱개 프리즘의 수평 방향은 2, 4, 8, 12, 16, 20, 30 및 40 Δ을 사용하여 측정하였고, 수직 방향은 2, 4, 8, 12, 16 및 20 Δ을 사용하여 각각 1, 3 및 5° 방향으로 기울였을 때 오차를 비교하였다.
2. 통계 분석
연구를 통하여 측정된 데이터는 통계 분석 프로그램 IBM SPSS Statistics(SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 를 사용하였고, T 검증 및 ANOVA 통계 분석을 이용하여 비교하였으며, 통계 분석 결과 p<0.050일 때 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 판단하였다.
Ⅲ. 결 과
1. 4가지 프리즘 렌즈의 수평 오차 비교
1 m 거리에서 4가지 프리즘 렌즈를 측정한 결과 2 Δ 에서 수평 프리즘 바는 2.14±0.05, 수직 프리즘 바는 2.28±0.10, 낱개 프리즘은 2.12±0.05 cm이었고, 4 Δ에서 수평 프리즘 바는 4.18±0.05, 수직 프리즘 바는 4.33±0.10, 낱개 프리즘은 4.16±0.05 cm이었으며, 8 Δ에서 수직 프리즘 바는 8.15±0.06, 수직 프리즘 바는 8.38±0.10, 낱개 프리즘은 8.09±0.06 cm이었고, 16 Δ에서는 수평 프리즘 바는 16.38±0.12, 수직 프리즘 바는 15.15±0.13, 낱개 프리즘은 16.18± 0.13 cm로 측정되었다. 2, 4, 8 및 16 Δ에서는 수평 프리즘과 낱개 프리즘에서는 오차가 없었다. 그러나 수직 프리즘 바에서 2, 4 및 8 Δ에서(p<0.050), 16 Δ에서는 (p<0.010) 수평 프리즘 바와 낱개 프리즘 사이에서 오차가 있었다(Fig.4 (a)). 프레넬 프리즘을 포함해 4가지를 비교해 보았을 때, 12 Δ에서 수평 프리즘 바는 11.81±0.03, 수직 프리즘 바는 11.85±0.17, 낱개 프리즘은 11.9±0.08, 프레넬 프리즘은 12.38±0.10 cm 이었고, 20 Δ에서 수평 프리즘 바 20.5±0.08, 수직 프리즘 바 19.43±0.10, 낱개 프리즘 19.88±0.10, 프레넬 프리즘 19.55±0.13 cm이었으며, 30 Δ에서는 수평 프리즘 바 32.88±0.33, 수직 프리즘 바 28.8±0.34, 낱개 프리즘 31.3±0.22, 프레넬 프리즘 26.3±0.85 cm 로 측정되었다. 12 Δ 크기에서 수평, 수직, 낱개 프리즘에서 차이를 보이지 않았으며, 프레넬 프리즘과 모두 차이가 있음을 보였다(p<0.050). 20 Δ에서 수평 프리즘 바에서는 측정값이 상대적으로 높게 나왔고 수직, 낱개, 프레넬 프리즘에서는 측정값이 상대적으로 낮았다. 20 Δ 크기에서는 수직프리즘과 프레넬 프리즘 사이에서 오차가 비슷했으며, 수평 프리즘과 낱개 프리즘은 다른 모든 프리즘과 오차 있었다(p<0.050). 30 Δ 크기에서는 4가지 프리즘에서 서로 간의 유의한 차이(p<0.010)를 보여 주었다(Fig. 4 (b)). 20 Δ에서 크기 이상부터는 수직 프리즘과 프레넬 프리즘에서 크게 오차를 보여주었고, 30 Δ 크기부터는 모든 프리즘 종류에서 오차가 발생하였다. 오차가 발생한 이유는 다음과 같다. Fig. 6을 보면, 수평 프리즘 바를 수직 방향으로 측정했을 때, 프리즘 양이 증가함에 다라 오차가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 수직 프리즘 바는 수직 방향이 아닌 다른 방향으로 측정하면서 프리즘 양이 커짐에 따라 오차가 발생했다. 또한 프레넬 프리즘은 위에 플라스틱 시트에 얇고 좁게 배열된 프리즘으로,13) Aggarwal의 연구11)에서 프레넬 프리즘은 기저 방향에서 시력 감소로 비정상 적인 머리 자세를 유발할 수 있으며, 대비감도 및 색수 차의 감소가 초래될 수 있어 안경렌즈 소재와 프리즘의 굴절률을 밀접하게 일치시키면 완화될 수 있다고 하였다. 이러한 이유로 프리즘 양이 커질수록 오차가 측정된 것 같다. 가장 오차가 적은 낱개 프리즘과 오차를 많이 보였던 프레넬 프리즘과 두 가지를 따로 비교해 보았을 때(Fig. 5), 12, 20 및 30 Δ 크기 모두에서 유의한 차이 (p<0.010)가 있음을 보여주었다(Table 1).
2. 수평 프리즘 바와 수직 프리즘 바의 수평, 수직 방향 측정 오차 비교
Fig 4를 보면 2 Δ에서 수평 프리즘 바는 2.03± 0.05, 수직 프리즘 바는 1.98±0.05 cm이었고, 4 Δ에 서 수평 프리즘 바는 4.03±0.05, 수직 프리즘 바는 3.95±0.10 cm이었으며, 8 Δ에서 수평 프리즘 바는 8.25±0.06, 수직 프리즘 바는 8.05±0.24 cm이었고, 12 Δ에서 수평 프리즘 바는 12.43±0.10, 수직 프리즘 바는 12.2±0.08 cm으로 측정되었다. 2~12 Δ 크기까지는 수평, 수직 프리즘 바에서 차이를 보이지 않았다. 16 Δ에서 수평 프리즘 바는 18.15±0.13, 수직 프리즘 바는 15.7±0.26 cm이며, 20 Δ에서 수평 프리즘 바는 24.1±0.22, 수직 프리즘 바는 20.58±0.68 cm로 16, 20 Δ 크기에서 서로 간의 차이(p<0.010)를 보여주었다 (Fig 6).
3. 낱개 프리즘의 수평 방향 측정 시 각도에 따른 오차 비교
낱개 프리즘을 1, 3 및 5도 세 가지 각도를 비교한 결과 2 Δ에서 1도 2.15±0.06, 3도 2.15±0.06, 5도 2.05±0.06 cm로 서로 차이가 나타나지 않았고, 4 Δ 에서 1도 4.08±0.05, 3도 4.05±0.06, 5도 3.85± 0.06 cm로 1도와 3도는 차이가 없었으며 1도와 3도, 3도와 5도에서 유의한 차이가 있었다(p<0.010). 8 Δ에 서 1도 8.15±0.06, 3도 8.1±0.08, 5도 7.98±0.10 로 1도와 3도, 3도와 5도는 차이가 없었고, 1도와 5도에서 유의한 차이가 있었다(p<0.050). 12 Δ 크기에서는 1도 11.8±0.08, 3도 11.68±0.13, 5도 11.48± 0.13 cm로 1도와 3도, 3도와 5도는 차이가 없었고, 1도와 5도에서 유의한 차이가 있었다(p<0.010). 16 Δ에서 16.18±0.05, 3도 16±0.08, 5도 15.68±0.13 cm 로 1도와 3도는 차이가 없었고 1도와 3도, 3도와 5도 에서 유의한 차이가 있었다(p<0.010). 20 Δ 크기에서는 1도 19.75±0.06, 3도 19.53±0.05, 5도 19.25± 0.13 cm로 1도와 3도는 차이가 없었고 1도와 5도에서 (p<0.010), 3도와 5도에서(p<0.050) 유의한 차이가 있었다. 30 Δ 크기에서는 31.55±0.33, 3도 31.28± 0.29, 5도 31.1±0.39 cm로 1도와 3도에서(p<0.010), 1도와 5도에서(p<0.010), 3도와 5도에서(p<0.050) 세 가지 각도 모두에서 유의한 차이가 있었다. 40 Δ 크기에서는 1도 41.73±0.22, 3도 41.25±0.25, 5도 40.88± 0.67 cm로 1도와 3도, 3도와 5도는 차이가 없었고, 1도와 5도에서 유의한 차이가(p<0.050) 있었다 (Fig. 7).
4. 낱개 프리즘의 수직 방향 측정 시 기울기 정도에 따른 오차 비교
반대로, 기울기 정도에 따라 수직 방향으로 측정했을 때 오차를 확인하였다. 2 Δ 크기에서는 1도 2.15± 0.06, 3도 2.15±0.06, 5도 2.05±0.06 cm로 서로 차이가 나타나지 않았다. 4 Δ 크기에서는 1도 4.13± 0.05, 3도 4.05±0.06, 5도 3.95±0.06 cm로 1도와 3도에서(p<0.050), 1도와 5도, 3도와 5에서 유의한 차이가 있었다(p<0.010). 8 Δ 크기에서는 1도 8.08±0.05, 3도 8.03±0.05, 5도 7.93±0.05 cm로 1도와 3도는 차이가 없었고 1도와 5도에서(p<0.010), 3도와 5도에서 (p<0.050) 유의한 차이가 있었다. 12 Δ 크기에서는 1도 11.8±0.22, 3도 11.7±0.14, 5도 11.43±0.22 cm로 1도와 3도는 차이가 없었고 1도와 3도, 3도와 5도에서 유의한 차이가 있었다(p<0.010). 16 Δ 크기에서는 1도 16.18±0.13, 3도 16.08±0.13, 5도 15.78±0.17 cm 로 1도와 3도는 차이가 없었고 1도와 3도, 3도와 5도에서 유의한 차이가 있었다(p<0.010). 20 Δ 크기에서는 1도 20.08±0.17, 3도 20±0.14, 5도 19.58±0.30 cm 로 1도와 3도는 차이가 없었고 1도와 3도, 3도와 5도에서 유의한 차이가(p<0.010) 있었다(Fig. 8).
Ⅳ. 고 찰
프리즘을 통과하는 광선은 매질의 성질에 따라서 속도의 차이에 의해 진행 방향이 꺾이는 스넬의 법칙을 따르고,5) 광학에서 프리즘은 굴절을 이용해 빛의 방향을 바꾸는 장치이다.6) 과거부터 현재까지 프리즘 렌즈는 주로 사위를 보정하는 목적으로 널리 처방되어 왔지만,7) 실제 프리즘 검사 시 발생할 수 있는 프리즘 렌즈의 오차를 크게 고려하지 못하고 있다고 판단된다. 본 연구에서는 임상 검사에 도움을 주기 위해 오차가 가장 적은 검사용 프리즘 렌즈를 비교 분석하고자 하였다.
프레넬 프리즘은 두께를 줄이기 위하여 몇 개의 띠 모양으로 나누어 수차를 작게 한 렌즈로 두께가 얇고 가벼워 많이 사용하고 있다.8) Fig. 1(b)와 Table 1을 같이 보면 프레넬 프리즘이 가장 오차가 높은 것을 알 수 있었다. 수평, 수직 프리즘 바와 낱개 프리즘은 측정 오차가 많이 나지 않았지만, 프리즘 양이 올라갈수록 낱개 프리즘에서 오차가 적었다.
Table 1에서 수평, 수직 프리즘 바 수평 방향 오차 차이를 따로 T검정으로 비교해보았을 때 2, 4 및 8 Δ 크기에서 차이가 없었으며, 12 Δ 크기에서 서로 차이가 있음을(p<0.050) 보여주었고, 16, 20 및 30 Δ 크기에 서도 유의한 차이가 있었다(p<0.010). Table 1과 Table 2를 같이 보면 수직 프리즘 바를 수평으로 사용할 경우 보다 수평 프리즘 바를 수직으로 사용할 경우 프리즘 크기가 커질수록 오차가 더 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 그렇기 때문에 방향에 맞게 사용하는 것을 권장한다.
Table 3과 Table 4를 비교한 결과, 수평과 수직 방향 모두에서 기울기가 커졌을 때 유의한 차이가 있었으며, 이와 동시에 기울기가 커질수록 프리즘 크기가 감소하는 것을 볼 수 있었다. 그 이유는 프리즘은 Atchison의 연구14)에서 평면 프리즘은 일반적으로 0.25 D를 초과하는 굴절 오류를 가질 수 있으며, Base-Up(BU) 방향에서 기울기가 있는 경우 양의 오류로 수치가 커졌으며, 반대로 Base-Down(BD) 방향에서 기울기를 주어 측정했을 때 반대로 음의 오류로 수치가 작아졌다. 또 Repka의 연구15)에서 Base-In(BI) 방향으로 35 Δ 크기 이상의 경우 10도 회전하면 상당한 오차가 발생했고, 프리즘 양이 작으면 더 많은 기울기를 주었을 때 상당한 오차가 발생했다. 본 연구에서는 수평 방향은 Base-Out(BO) 방향으로 측정했고, 수직 방향은 BD 방향으로 측정했다. 이로 인해 프리즘을 기울기가 증가하면 수치가 감소 했던 것으로 보인다. 또한, 프리즘 기저 방향에 따라서 기울기에 따른 오차가 다르게 나타날 것으로 예상된다. 평균값을 살펴보면 프리즘 크기에 따라 기울기가 증가할 때 본래 프리즘 크기가 나타나는 경우도 있었고 그렇지 않은 경우도 있었다. 그러나 프리즘 효과는 각도 단위가 분 단위에서 호 단위이므로 통계적으로 유의미하다.10) 따라서 각도가 잘못 설정되면 측정값이 달라질 수 있으므로 주의가 필요하다고 사료된다. 또한 수평 방향과 수직 방향의 프리즘은 Prentice’s Rule에 따라 교정 굴절력이 높은 안경에서 더 큰 영향을 미치기 때문에,9) 검사용 프리즘 렌즈를 처방할 때 발생할 수 있는 오차를 고려하여 선택해야 한다고 사료된다.
본 연구를 종합한 결과, 임상 상황에서 사용되는 검사용 프리즘 4종류의 오차를 비교해 보았다. 이에 따라 임상 검사 시 프리즘 양을 측정할 때는 안경원에서 낱개 프리즘으로 측정하는 것을 권장한다.
Ⅴ. 결 론
본 실험의 결과, 모든 방향에서 측정할 때 낱개 프리즘이 가장 적은 오차를 보였으며, 프리즘 바와 프레넬 프리즘 렌즈는 오차가 유의하게 증가하는 순서로 나타났다. 특히, 프레넬 프리즘 렌즈는 다른 프리즘 렌즈에 비해 오차가 높았습니다. 프리즘 바의 경우, 수평 및 수직 방향으로 나누어져 있어 다른 방향으로 측정할 때 프리즘 크기가 작을 경우 오차는 미미했으나, 크기가 커질수록 오차가 증가했다. 따라서, 프리즘 바를 사용할 때는 용도에 맞는 방향을 정확히 맞춰 사용해야 오차를 줄일 수 있다. 낱개 프리즘은 각도가 5도부터 오차가 나타났으며, 프리즘 기울기가 커질수록 오차가 커졌다. 낱개 프리즘은 수평을 맞춰 사용해야 한다. 전반적으로 프리즘 바는 오차가 크게 나타나지는 않았으나, 프리즘 크기가 커질수록 오차가 증가하는 경향이 있어, 임상에서는 오차가 적은 낱개 프리즘 사용을 권장한다.
