KR100371280B1 - 컴퓨터에 의한 객관적 시력검사 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컴퓨터에 의한 객관적 시력검사 시스템에 관한 것으로서, 이는 특히 시운동안진 반응을 검사하기 위한 컴퓨터 프로그램과 에치엠디(Head Mounted Display;HMD), 안전도 수단을 이용한 객관적 시력검사를 통하여 좀더 신뢰성 있고 정밀한 시력검사와 함께 이러한 시운동안진 반응의 분석을 전산화로 가능케 한 것이다.

본 발명은 시운동안진 반응을 유발하는 시운동안진 프로그램과, 이 시운동안진 프로그램과 함께 객관적 시력검사를 수행하면서 등거리 조도 자극을 피검자 시야에 자극할 수 있으면서 동시에 외부환경을 차단하는 에치엠디와, 시운동안진의 객관적 검사와 기록 및 판정을 위한 안전도(眼電圖)수단으로 이뤄져 있는 컴퓨터에 의한 객관적 시력검사 시스템을 제공하는데 있다.

이러한 본 발명은 시력검사시 피검자의 의지가 필요한 주관적 검사로 인하여 얻어지는 피검자 시력의 비 정밀성과 비 정확성을 좀더 신뢰성 있고 정밀한 객관적 검사를 수행할 수 있다.

Description

컴퓨터에 의한 객관적 시력검사 시스템{The objective visual acuity test system by computer device}

본 발명은 컴퓨터에 의한 객관적 시력검사 시스템에 관한 것으로서, 이는 특히 시운동안진 반응을 검사하기 위한 컴퓨터 프로그램과 에치엠디(Head Mounted Display;HMD) 및 안전도(眼電圖) 수단을 이용한 객관적 시력검사를 통하여 좀더 신뢰성 있고 정밀한 시력검사와 함께 이러한 시운동안진 반응의 분석을 전산화로 가능케 한 컴퓨터에 의한 객관적 시력검사 시스템에 관한 것이다.

시력측정 방법은 검사에서 피검자의 반응에 따라 주관적(자각적;Subject) 방법과 객관적(타각적;Object) 방법이 있으며, 현재 임상에서 쓰이는 스넬렌시력표 (Snellen acuity), 한천석시력표 등을 이용한 시력측정 방법은 주관적 방법이다.

상기 주관적 방법은 시력측정을 환자의 구두반응(Verval response)에 의존하며, 이는 피검자의 반응을 쉽게 평가할 수 있으나 협조가 잘되는 정상범위의 대상환자에서 가능한 방법이고, 협조가 잘 안되는 영아나 소아, 거짓말하는 사람, 히스테리아 환자 등에서는 구두 반응이 불가능 하거나 가능하더라도 신뢰할 수 없는 경우가 있으므로 비구두적 반응으로 검사할 수 있는 객관적 시력측정 방법이 요구되는 것이었다.

종래 이러한 비구두적 반응을 이용하여 시력을 측정하는 객관적 시력측정 방법들은 주관적 시력검사와 어느 정도 상관관계를 가지고 시력유무를 판단하거나 대략의 시력을 예상하는 수준에 그치고 있으며, 시력의 단계별 측정이 미흡하고 실제 각 검사방법에도 일치도에 차이가 있다.

그리고, 상기와 같은 객관적 시력측정 방법은 시운동안진(Optokinetic nystagmus, OKN: 이하 오케이엔이라 약칭한다) 반응을 이용한 측정방법들이 알려져 있으며, 상기 오케이엔이란 시야를 가로질러 움직이는 반복적인 시표에서 유발되는 일련의 안구운동으로 눈이 반복되는 시표 하나를 따라보다가(슬로우 페이스:slow phase) 다음 시표가 나타나면 무의식적으로 그 시표를 보기위해 눈이 처음의 위치로 되돌아가는(fast phase:훼스트 페이스)의 두 가지 성분으로 되어 있고 이중 슬로우 페이스는 시표의 움직임을 감지할 수 있는 시력이 있어야 가능하다.

상기 오케이엔 반응은 중심시력이 있어야 나타나며 피검자가 오케이엔 반응을 억제하기 어려워 불수의적으로 발생한다는 장점으로 인해 객관적 시력측정을 위한 연구가 있어왔다.

일례로, 이러한 객관적 시력측정 방법은 고먼(Goman) 등이 처음으로 신생아에서 측정하였고, 데이톤(Dayton) 등은 오케이엔 유무를 판정하기 위해 안전도(眼電圖)를 도입하였다.

이렇게 오케이엔을 이용한 시력측정이 시도되고 있으나 아직까지는 객관적 시력검사로서 임상적으로 널리 사용하고 시력을 단계별로 추정하는데는 미흡하여 시력의 유무와 어느 정도 예상만이 가능할 뿐 실제 임상적으로 사용할 수준의 검사장비는 알려져 있지 않고 있다.

이러한 원인으로는 자극의 크기, 속도, 방향 등을 균등하게 하기 어렵다는 점과, 시운동안진에 영향을 미치는 기타 외부 자극들을 차단하기 어렵다는 점 등이 고려 될 수 있다.

또, 오케이엔 유발에는 중심망막이 중요하지만 그 외에도 주변부 망막이 관여하며 반응 경로에는 뇌피질인지의 시력이 중요하지만 이외의 엑스트라제니큘로-스트라이에이트 패스웨이(extrageniculo- striate pathway) 도 관여한다고 알려져 있다.

그러므로, 오케이엔을 이용한 시력검사에는 중심 시력 외의 관여 기전적 인자가 있음을 의미하지만 정확한 반응 경로가 밝혀져 있지 않아 연구가 어렵다.

오케이엔 반응의 유발에 중요한 변수로 작용하는 것들은 조도, 자극의 횟수, 속도 등이며, 반응 검사의 기술적 측면에서 종래에는 작은 통을 돌리는 등의 방법으로 하고 있어 주변시야에서 상 왜곡 등의 문제로 자극에 규칙적이며 일정한 변화를 주는 어려움으로 종래에는 반응의 유무를 아는 정도에 머물고 있다.

또, 종래에는 오케이엔 유발자극을 컴퓨터 프로그램에 의하여 제어하거나 안구의 움직임 파형을 컴퓨터에 의해 분석하는 노력이 있었다.

일례로, 아사프(Assaf)는 오케이엔 유발자극을 개인용컴퓨터의 모니터에 투영하는 베이직 언어의 프로그램을 제시하고 있고, 오케이엔 안구운동을 감지한 전기 안전도 파형을 마이크로 컴퓨터로 분석하는 등의 형태가 알려져 있으며, 컴퓨터를 이용하여 자극의 폭과 진행속도를 변화시킬 수 있는 오케이엔 유발 프로그램을 모니터에 투영하고 이엔지(ENG) 파형은 다른 컴퓨터에 연결하여 오케이엔 파형을 저장하고 분석할 수 있는 시스템 등 도 알려져 있다.

또, 1994년부터 발표된 그라프(Graf) 등에 의한 연구가 알려져 있고, 이는 바탕화면에 움직이는 일정한 자극을 주고 화면의 중간부에 2초 간격으로 자극을 주어 시운동안진이 억제되는 억제법을 사용하고 있고, 또한 여기서는 종래 기술에서 활발하지 못하였던 억제법을 사용하였으며 컴퓨터 시스템과 적외선 안진도검사시스템(infrared nystagmogram)을 결합시켜 보다 객관적이면서도 많은 부분이 전산화된 유형이다.

그러나, 이러한 종래 기술들은 좀더 신뢰성 있고 정밀한 객관적 시력측정 수단으로 성취 될 수 있으면서 종합적이며 자동화적으로 이뤄 질 수 있는 유형으로 진전되어져 있지 않아 바람직한 것이 못되었다.

본 발명의 목적은 객관적 시력의 검사 결과를 통하여 주관적 시력을 추정할 수 있어 주관적 시력검사의 보조 역할을 할 수도 있고 객관적 시력 측정만으로 완전한 시력검사가 가능한 컴퓨터에 의한 객관적 시력검사 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 의한 시운동안진 프로그램은 윈도우 어플리케이션 (Window Application)이 가능하며, 윈도우에서 제공하는 다양한 API 함수들의 사용과 함께 하드웨어(이식 ENG amp)와의 통신과 제어에 대한 인터페이스의 용이성이 있고, 윈도우상에서 구동됨으로 인하여 GUI(Graphic User Interface)환경으로 비전문가가 쉽게 사용할 수 있으며, 이후 프로그램의 보완의 경우 프로그램을 수정하면 항상 재 사용할 수 있도록 한 컴퓨터에 의한 객관적 시력검사 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 안구운동의 인식기능이 에치엠디에 의하여 언제나 일정한 조도의 밝기로 피검자의 눈을 자극할 수 있고, 피검자 시야에서 가장 중요한 중심 30도의 시야를 자극 할 수 있으며, 외부환경과의 차단을 통해 검사의 집중을 기할 수 있도록 한 컴퓨터에 의한 객관적 시력검사 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 본 발명에 의한 이엔지(ENG) 앰프장치는 각막과 망막사이의 전압차를 검출하고 이를 기록하는 종래 이오지 (EOG) 안구반응 인식장치에 비하여 매우 저렴한 가격으로 제공할 수 있으면서 높은 측정이득을 얻을 수 있어 안구의 미세한 운동까지도 측정이 가능하게 하며, 아날로그 노치 필터 및 저역필터에 의하여 검출신호 노이즈성분을 최대한 줄일 수 있고, 에이디 컨버터(A/D Converter)에 의해 수집된 이오지 정보는 시리얼 통신을 통하여 컴퓨터로 실시간 전달이 가능하여 검사가 실시됨과 동시에 결과의 분석이 가능한 컴퓨터에 의한 객관적 시력검사 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 한천석시력표 등에서 0.1이하의 시력을 비교적 정밀하게 파악할 수 없다는 제한성을 없앨 수 있고 0.1 이하의 낮은 시력 측정을 단계별로 파악할 수 있도록 한 컴퓨터에 의한 객관적 시력검사 시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 객관적 시력검사 시스템의 참고도

도 2는 본 발명에서 모니터 상에 표시된 시운동 안진반응 검사를 위한 시표

패턴도

도 3은 본 발명에 의한 안운동 검출 원리를 나타낸 참고도

도 4는 본 발명에 의한 안운동 검출수단의 시스템회로 블록도

도 5는 본 발명에서 10초간 두번의 시운동안진 검사 반응을 판정하기 위한 참고도

도 6은 도 5예의 시운동안진 검사 반응이 컴퓨터 화면으로 판정된 결과를 나타내는 참고도

도 7은 본 발명에서 주관적 시력의 단계적 샘플 값과 주관적 시력의 단계적 샘플 값에 상응하는 객관적 시력검사를 위한 최소자극 평균치를 나타낸 참고도

도 8은 도 7을 그래프로 나타낸 참고도

도 9는 본 발명에 의한 객관적 시력과 주관적 시력의 상관관계를 나타낸 참고도

도 10은 본 발명에서 주관적 시력과 객관적 시력검사를 위한 최소자극 분포도를 나타낸 참고도

본 발명은 상기와 같은 목적을 구현할 수 있도록 시운동안진 반응을 유발하는 시운동안진 프로그램과; 이 시운동안진 프로그램과 함께 객관적 시력검사를 수행하면서 등거리 조도 자극을 피검자 시야에 자극할 수 있으면서 동시에 외부환경을 차단하는 에치엠디와, 시운동안진의 반응 측정과 객관적 기록 및 판정을 위한 안전도(眼電圖)수단으로 이뤄져 있는 컴퓨터에 의한 객관적 시력검사 시스템에 특징이 있다.

이하에서 이를 좀더 구체적으로 설명함으로서 본 발명의 보다 상세한 특징들이 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 시스템 구성을 개략적으로 나타내었다.

여기서는 시운동안진 프로그램이 탑재된 개인용 컴퓨터 본체 및 외부 모니터와, 개인용 컴퓨터 본체에 연결되어 등거리 조도 자극을 피검자 시야에 자극할 수 있으면서 동시에 외부환경을 차단하는 에치엠디와, 검사된 시운동안진의 객관적 기록 및 판정을 위한 안전도(眼電圖)수단이 구비되어져 있다.

상기 시운동안진 프로그램은 도 3과 같은 화면에서 흑백 수직줄 무늬의 시운동안진 유발자극의 방향, 속도, 크기를 자유롭게 조절할 수 있도록 되어져 있으며 흰줄과 검은 줄의 폭에 따라 자극하는 시각이 결정되고 속도 변화와 함께 이것을 단계적으로 적용하여 시력의 단계를 측정할 수 있도록 구성되어져 있다.

상기 프로그램상의 화면 픽셀은 460, 자극의 속도는 지연시간으로 나타내었으며, 자극의 크기는 줄무늬 두께로 결정되는데 1 픽셀 두께를 1로 하였다.

줄무늬는 수평으로 움직이며 자극의 방향은 귀 쪽에서 코 쪽으로 움직이도록 되어져 있고 도 3은 시운동 안진 자극을 모니터에 투영한 것으로서 줄무늬 굵기는 20에 해당하는 것이다.

상기 에치엠디는 초점거리가 11피트(약 3.34M)이고 단안 시야 30도를 자극하게되며 상기 시운동안진 프로그램을 구동할 때 최소 줄무늬두께의 시각은 0.067도에 해당하도록 구성하였다.

상기 안전도수단은 각막과 망막사이의 전압을 검출 할 수 있도록 눈의 내외측 안각에 부착되는 Ag-AgCl 전지전극과 귀의 하측에 부착한 접지전극들에 의한 이오지와, 이 이오지의 전극들에서 검출된 신호를 증폭하고 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 컴퓨터로 제공하는 이엔지 앰프장치와, 안운동유발자극에 대한 안구 운동을 기록하는 안전도 출력수단으로 이뤄져 있다.

또, 상기 안전도수단의 전극들은 종래 방법과 같은 유형이며 이엔지 앰프장치는 도 4와 같이 이오지에서 검출된 신호를 증폭하는 전단 신호증폭기와, 이 전단 신호증폭기의 출력에 연결되어 노이즈 신호를 제거하는 아날로그 노치 필터 및 저역필터로 이뤄진 아날로그 필터와, 이 아날로그 필터의 출력에서 이어져서 신호를 증폭하는 후단 신호증폭기와, 이 후단 신호증폭기에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 컴퓨터(PC)에 제공하는 에이디컨버터로 이뤄져 있다.

이러한 구성의 본 발명은 도 1과 같이 피검자는 메인 컴퓨터에 에치엠디와 안전도수단의 이엔지 앰프장치를 연결한다.

이후 피검자는 안전도수단의 이오지인 Ag-AgCl 전지전극을 눈의 내외측 안각 피부에 부착하고 접지전극은 귀의 하측에 부착하며, 상기 에치엠디는 피검자에게 착용시킨 후 메인컴퓨터 내의 시운동안진 프로그램을 구동하여 객관적 시력검사를 수행한다.

상기 시스템에서 피검자가 에치엠디를 착용하면 시운동안진 프로그램에 의하여 폐쇄된 공간의 에치엠디 화면상에는 도 4와 같은 줄무늬 화면이 나타나고 이 화면 상의 줄무늬는 좌에서 우로 이동하면서 피검자의 시운동안진을 유발한다.

상기 피검자의 시운동안진이 유발되면 도 4와 같은 이엔지 앰프장치는 시운동안진에 의하여 발생되는 신호를 이오지로 검출하고, 다시 이 검출된 신호를 전단 신호증폭기로 증폭하며, 다시 이 신호는 아날로그 필터에 의하여 신호의 노치 부분과 저역 성분만 필터링하여 후단 신호증폭기로 보낸다.

상기 후단 신호증폭기에서 적절히 증폭된 신호는 에이디컨버터에서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 컴퓨터에 제공하면 컴퓨터는 이를 검출데이터로 사용하게 되는 것이다.

상기 컴퓨터는 상기 검출데이터를 근거로 시운동안진 분석프로그램을 구동하여 도 5와 같이 시운동안진이 유발되는 2회의 피크점들을 파형으로 형성한 후 도 6과 같은 판정 결과를 화면에 출력한다.

이때의 안진 판정기준은 기울기가 0 되는 지점을 찾아 모든 피크(Peak) 위치를 찾고, 상위문턱치(Upper threshold)와 하위문턱치(Lower threshold)를 결정하여 전극의 위치, 전극의 접촉상태, 피실험자의 자극 반응에 대한 이오지의 증폭도가 다른 것을 고려하여 각각의 신호를 적절하게 결정하며, 상위문턱치보다 낮은 곳에 위치한 피크점을 제외하고, 피크점의 좌우 기울기를 비교하여 좌측 기울기가 우측보다 작은 피크치는 제외하고 블링크(Blink)에 의하여 생겨난 신호도 제외한다.

한편, 상기와 같은 시스템을 통하여 실시한 본 발명의 객관적 시력검사와 주관적 시력과의 비교를 위하여 다음과 같은 작업을 하였다.

굴절이상 외의 다른 안과적 질환이 없는 대상안을 만들기 위하여 10인의 10안을 구면렌즈 이용으로 인위적으로 한천석 시력표를 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.15, 0.1, 0.1이하까지 각 12단계로 저하시켰으며, 대상안에는 뇌질환, 뇌성마비 등이 있거나 병력이 있는 경우와 안구에 장애가 있거나 병력이 있는 경우, 사시수술을 받았던 경우, 나이가 15세 미만으로 자각적 시력측정에 협조도가 떨어지는 경우 등은 제외하였다.

실제로 한천석시력표상 상기 시력을 가진 피검자는 이들의 주관적 시력을 검사할 때 마다 차이가 있어 정확한 단계별 측정이 어려우며 구면렌즈를 통한 인위적 근시변화가 실제 굴절이상과 큰 차이가 없어 구면렌즈로 저하된 정상안을 대상으로 하였으며, 실제로 대상안에 0.25 디옵터 차이의 렌즈를 대어가며 여러 차례 반복검사를 하여 결과를 산출함으로서 보다 정확한 주관적 시력검사를 가능케 한다.

이렇게 대상안을 12단계로 주관적 시력검사를 측정한 후에 상기 시자극유발 프로그램, 에치엠디, EOG로 구성된 본 발명을 사용하여 객관적 시력을 측정한다.

이때의 검사는 한쪽 눈을 가리고 각 대상안에서 3회 반복해서 측정하여 안진유무 판정의 결과가 달라질 때에는 다시 측정하여 동일한 결과를 얻을 때까지 반복하고 10초간 자극에서는 도 3 및 4와 같이 안진이 2회 이상 나올 때를 의미 있는 반응으로 하였고 이렇게 반응이 나타나는 유발자극의 가장 작은 줄무늬 굵기를 최소자극으로 하여 이를 객관적 시력측정치로 정의하였다.

이러한 근거에 의하여 대상안에서 단계별 자각적 시력을 측정한 후에 본 발명을 시행하여 줄무늬 자극에 따라 시운동안진이 나타난 경우의 최소자극 크기는 8.3±1.87 내지 21.4±3.13까지로 나타났고 주관적시력의 변화에 비례하였으며, 각 주관적 시력 단계에 해당하는 최소 자극의 평균치는 도 7과 같고, 이들을 그래프로 도 8과 같이 나타내었다.

이 결과로 자각적 시력과 타각적 시력의 관계를 분석할 수 있으며, 이들의 상관 분석을 이용하여 상호 연관 관계를 알아본 결과 도 9 및 도 10과 같이 통계적으로 의미 있는 높은 상관관계를 보이고 있고(Pearson correlation coefficient=0.809. r2=0.654, p<0.00), 또, 선형 회귀분석을 통하여 y= -12.874x + 21.303(y=타각적 시력, x=자각적 시력)의 회귀직선을 구하며, 상기 자각적 시력을 logMAR(minimum angle of resolution) 형태로 치환하여 상관분석을 알아보았을 때 역시 통계적으로 의미 있는 높은 상관관계를 보였으며(Pearson correlation cofficient= 0.801, r2=0.642, p<0.01), 자각적(주관적) 시력과 타각적(객관적) 시력의 선형회귀분석을 통해 도 9와 같은 회귀직선을 얻을 수 있었고 95% 신뢰구간을 구하여 타각적 시력 결과를 가지고 자각적 시력의 추정치를 구할 수 있다.

이러한 본 발명은 시력검사시 피검자의 의지가 필요한 주관적 검사로 인하여 얻어지는 피검자 시력의 비정밀성과 비정확성을 좀더 신뢰성 있고 정밀한 객관적 검사를 수행할 수 있으며, 본 발명은 특히 주관적 시력측정이 어려운 경우 및 영아,유아의 경우 또는 법적인 감정문제, 군대징집 및 변화된 장애등급을 받기 위해 검사하는 등의 객관성 유지에 필요한 시력검사를 가능케 한다.

이외에도 한천석시력표 등으로 0.1 이하의 시력을 측정하는 경우 그 시력의 정도파악이 정확하지 않다는 문제점 등을 개선할 수 있고, 낮은 시력의 확실한 구별이 요구되는 여러 감정환자 및 장애진단판정환자에서 주관적 시력으로 측정할 수 없는 등의 문제점도 객관적 시력 검사 방법으로 해결할 수 있는 것이다.

Claims (3)

1. 시운동안진 반응을 유발하는 시운동안진 프로그램과; 이 시운동안진 프로그램과 함께 객관적 시력검사를 수행하면서 등거리 조도 자극을 피검자 시야에 자극할 수 있으면서 동시에 외부환경을 차단하는 에치엠디와, 검사된 시운동안진의 객관적 기록 및 판정을 위한 안전도(眼電圖)수단으로 이뤄져 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에 의한 객관적 시력검사 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 안전도수단은 각막과 망막사이의 전압을 검출 할 수 있도록 눈의 내외측 안각에 부착되는 Ag-AgCl 전지전극과 귀의 하측에 부착한 접지전극들에 의한 이오지와, 이 이오지의 전극들에서 검출된 신호를 증폭하고 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 컴퓨터로 제공하는 이엔지 앰프장치와, 안운동유발자극에 대한 안구 운동을 기록하는 안전도 출력수단으로 이뤄져 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에 의한 객관적 시력검사 시스템.
3. 제 2항에 있어서, 상기 이엔지 앰프장치는 이오지에서 검출된 신호를 증폭하는 전단 신호증폭기와, 이 전단 신호증폭기의 출력에 연결되어 노이즈 신호를 제거하는 아날로그 노치 필터 및 저역필터로 이뤄진 아날로그 필터와, 이 아날로그필터의 출력에서 이어져서 신호를 증폭하는 후단 신호증폭기와, 이 후단 신호증폭기에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 컴퓨터(PC)에 제공하는 에이디컨버터로 이뤄져 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에 의한 객관적 시력검사 시스템.