입체시와 입체시 검사

한눈에 보는 포인트

입체시는 양안 시차를 뇌가 감지하여 깊이로 환산하는 기능이며, 양안시의 최고 단계에 위치합니다.
양안시는 동시시→융합→입체시의 3단계로 구성되며, 입체시는 융합이 이루어진 후에야 획득됩니다.
입체시는 생후 3~~6개월에 발달을 시작하며, 미세한 입체시 획득에는 임계기(생후 수주~~수개월 이내)의 안위 교정이 필요합니다.
초각(seconds of arc)으로 정량화되며, 값이 작을수록 정밀한 입체시를 나타냅니다.
입체시 검사는 정적 검사(Titmus·TNO·Lang·Frisby stereo test 등)와 동적 검사(삼간법 등)로 크게 나뉩니다.
사시·약시·선천백내장·부등시는 입체시 결손의 주요 원인입니다.
3D 비디오 게임을 통한 훈련으로 정상 성인의 입체시가 33% 향상되었다는 보고가 있습니다.

1. 입체시란

입체시(stereopsis)는 시각 대상이 좌우 망막에 투영될 때 발생하는 상의 수평 방향 차이(양안 시차)를 뇌가 감지하여 깊이로 환산하는 기능입니다. 양안 시차의 재구성을 통해 깊이 지각을 얻는 양안시의 최상위 기능에 위치합니다.

어원은 그리스어로 ‘입체(solid)‘와 ‘시력(power of sight)‘에서 유래합니다. 1830년대 후반, Charles Wheatstone이 양안 시차 개념을 제창하고, 두 눈을 공간 내 한 점에 고정하면 가까운 물체와 먼 물체가 망막의 다른 위치에 상을 맺는다는 것을 보여주었습니다.

양안시의 3단계 구조로 동시시(simultaneous perception) → 융합(fusion) → 입체시(stereopsis) 순으로 성립합니다. 입체시는 융합이 이루어진 후에야 획득할 수 있습니다.

입체시의 정밀도는 초각(seconds of arc)으로 정량화됩니다. 360°→각도 60분각→각 분 60초각의 관계이며, 값이 작을수록 정밀합니다. 정상적인 입체시가 있는 경우, 10m 앞에서 8cm의 깊이 차이를 식별할 수 있을 정도로 정밀한 깊이 지각이 가능합니다.

입체시와 일상적인 원근감의 차이에 대해서도 정리가 필요합니다. 입체시는 양안의 정보 처리로 얻어지는 감각이지만, 이른바 입체감은 단안의 깊이 단서(투시도법·크기·텍스처 등 단안성 단서)로도 성립합니다. 입체시를 획득하지 못해도 세상이 평면적으로 보이는 것은 아니며, 일상 동작에 큰 지장을 초래하는 경우는 드뭅니다.

발달과 임계기에 대해서는 다음과 같다. 입체시는 출생 시에는 존재하지 않으며, 안위가 안정되는 생후 3개월경부터 발달하기 시작한다. 민감도는 생후 6개월~~1세에 최대가 되며, 15세경에 소실된다. 미세 입체시(fine stereopsis)를 획득하려면 생후 수주~~늦어도 수개월 이내에 안위 교정이 필요하며, 그 이후 2세 전후까지의 수술로는 거친 입체시(coarse stereopsis)만 획득할 수 있다.

Q 입체시가 없어도 일상생활에 지장이 없는가?

입체시가 없어도 투시도법이나 크기 변화 등 단안 단서에 의해 깊이 지각이 가능하므로 일상 동작에 큰 지장을 초래하는 경우는 드물다. 단, 10m 앞에서 8cm 차이를 식별하는 것과 같은 정밀한 깊이 지각은 입체시로만 가능하며, 구기 종목의 캐치나 정밀한 작업에 어려움을 느끼는 경우가 있다.

2. 주요 증상과 임상 소견

자가 증상

입체시 결손의 자각 어려움: 단안 단서로 일상생활이 가능하기 때문에 입체시 결손 자체를 자각하기 어렵다.
3D 영상에서의 이상: 3D 영화, 3D TV, 3D 게임에서 물체가 튀어나와 보이지 않는 경우 입체시 결여를 시사한다.
정밀 작업에서의 어려움: 바늘에 실을 꿰기, 구기 종목의 캐치 등 깊이 정밀도가 필요한 상황에서 어려움을 느낄 수 있다.
복시: 사시를 동반하는 경우, 복시(물체가 이중으로 보임)를 호소할 수 있습니다.

임상 소견(의사가 확인하는 소견)

사시(현성 사시): 두 눈의 정렬 불량. 커버-언커버 검사로 현사시(tropias)를 검출합니다.
비정상 두위: 비공동성 편위에 적응하여 양안시를 유지하려는 징후입니다.
약시: 시력 차이가 뇌에서 극복할 수 있는 한계를 초과할 때 발생합니다. 뇌가 나쁜 쪽 눈을 억제하여 약시가 형성됩니다.
억제: 한쪽 눈의 시각을 뇌가 억제하는 소견입니다. Worth 4등 검사나 Bagolini 줄무늬 렌즈로 검출합니다.
망막 이상 대응: 사시에 동반되는 비정상적인 감각 적응입니다. Bagolini 검사나 afterimage test로 평가합니다.

3. 원인 및 위험 요인

정상적인 양안 시기능이 성립되기 위해서는 다음의 세 가지 조건이 필요합니다.

항상성 사시가 없을 것
양안의 시력·굴절 이상 차이가 작아 융합이 가능할 것
정상 망막 대응이 있을 것

이를 방해하는 다음 요인들이 입체시 결손의 주요 원인이 됩니다.

사시(strabismus) : 가장 중요한 원인입니다. 항상성 사시에서는 정상적인 양안 시기능이 발달하지 않습니다. 외사시는 간헐성으로 시작되므로 양안시가 비교적 잘 유지되지만, 내사시는 처음부터 정위가 아니므로 조기에 프리즘 안경이나 수술로 교정해야 합니다.
미소각 사시(microtropia) : 사시각이 매우 작아도 억제가 쉽게 일어나며, 정상적인 양안시를 얻기 어렵습니다.
약시(amblyopia) : 부등시 약시, 사시 약시, 형태각 차단 약시 모두 입체시 결손의 원인이 됩니다.
부등시(anisometropia) : 좌우 굴절 오차의 차이가 융합을 방해하여 입체시 결손에 이릅니다.
선천백내장(congenital cataract) : 충분히 조기에 교정되지 않으면 동시시를 발달시킬 수 없습니다.
부등상시 : 망막에 투영되는 대상의 크기에 양안 간 큰 차이가 있는 경우입니다.

출생 후 8년간의 시각 중단은 중증도·기간에 관계없이 시각 인지 발달을 방해할 수 있습니다. 이 시기를 지나 발생한 시각 중단에서는 입체시가 소실되지 않지만, 적응적 변화가 발생합니다.

Q 아이의 입체시는 몇 살까지 발달하나요?

입체시는 생후 3개월경부터 발달하기 시작하여 6개월~~1세에 민감도가 최대가 됩니다. 세밀한 입체시 획득에는 생후 수주~~수개월 이내의 안위 교정이 필요하며, 그 이후에는 거친 입체시만 획득할 수 있는 경우가 있습니다. 시력의 결정적 시기는 8세까지(실제 임상에서는 10세 전후까지 개선 가능)이지만, 양안시 기능의 민감기간은 입체시·시력보다 일찍 종료됩니다.

4. 진단 및 검사 방법

입체시 검사는 모두 자각적 검사이며, 피검자의 반응을 올바르게 판단하기 위해서는 정상 및 이상 양안시 기능의 이해와 각 검사법의 특성 파악이 필수적입니다.

검사 조건 선택 원칙: 융합은 방이 어두워질수록 어려워집니다. 억제는 일상시에 가까울수록 잘 걸리고, 일상시에서 멀어질수록 잘 걸리지 않습니다. ‘일상시에서의 양안시 상태를 알고 싶은지, 잠재적인 양안시 능력을 알고 싶은지’에 따라 검사 방법과 조건을 변경할 필요가 있습니다. 또한 감각 기능 검사는 해리 검사(가림 검사 등) 전에 시행해야 합니다.

입체시 검사는 정적 검사와 동적 검사로 크게 나뉩니다. 또한 정적 검사는 양안 분리법에 따라 편광 방식, 적녹 방식, 실재 입체법, 원주 회절법, 분리 안경 없음으로 분류됩니다.

주요 근거리 입체시 검사의 개요는 다음과 같습니다.

검사명	분리법	시차 범위(초각)	적응 연령	특징
Titmus 입체 시력 검사	편광	40~3,000초	2세~	가장 일반적. 위양성 있음
TNO 입체 시력 검사	적록	15~480초	2.5세~	위양성 없음. 고급 입체 시력 판정에 우수함
Frisby 입체 시력 검사	없음 (실제 입체)	20~600초	3세~	일상 시력에 가장 가까움
Lang 입체 시력 검사	원주 회절	200~1,200초	2세~	안경 불필요. 선별 검사에 적합
Randot 입체 시력 검사	편광	20~500초	2세~	랜덤 도트. 위양성 적음

Titmus 입체 시력 검사(편광 방식)

가장 일반적으로 사용되는 근거리 입체 시력 검사입니다. 편광 안경으로 양안을 분리하여 비교적 일상적인 시력 상황에서 검사할 수 있습니다. 검사 거리 40cm, 완전 교정 상태에서 실시합니다.

구성과 절차는 다음과 같습니다.

파리(Fly) : 시차 약 3,000″. 날개가 실제로 잡히는지 확인합니다(입체 시력의 유무를 대략적으로 판단).
Animal: 고양이 400″, 토끼 200″, 원숭이 100″.
Circle: (1)800″→(2)400″→(3)200″→(4)140″→(5)100″→(6)80″→(7)60″→(8)50″→(9)40″의 9단계.

solid pattern이므로 단안 단서에 의한 위양성이 발생할 수 있다는 점이 단점이다. 반응이 애매할 때는 안경을 뒤집어 쓰게 하여 깊이 지각의 유무를 확인한다. Fly 아래의 R/L 및 Circle(1)을 이용하여 억제의 검출도 가능하다.

TNO stereo test (적녹 방식)

Random dot pattern을 사용한 근거리 입체시 검사입니다. 적록 안경으로 양안을 분리합니다. 일상 시력과는 거리가 멀며, 억제가 쉽게 발생하는 조건에서의 검사입니다. 검사 거리 40cm, 완전 교정 상태에서 실시합니다.

가장 큰 특징은 단안 단서에 의한 위양성이 없다는 점이며, TNO stereo test의 결과가 양호하면 높은 수준의 입체시 기능을 가진 것으로 판단할 수 있습니다.

Plate I~III: 스크리닝·유아용 (시차가 큰 도형, 단안으로도 인식 가능한 도형).
Plate IV: 억제 검사 플레이트.
Plate V~VII: 정량용. V=480″·240″, VI=120″·60″, VII=30″·15″.

Lang 입체시 검사(원주 회절법)

시트에 회절 격자(렌티큘러)가 내장된 근거리 입체시 검사입니다. 검사 안경 없이 시행 가능하며, 2세 전후의 어린 나이에도 검사할 수 있습니다. 3세아 검진·학교 검진의 선별 검사로 널리 활용되고 있습니다.

LANG I: 고양이 1,200″·별 600″·자동차 550″.
LANG II：코끼리 600″·자동차 400″·달 200″. 시차가 없는 별(이해도 확인용)도 배치되어 있습니다.
LANG-STEREOPAD®：별 1,000″·자동차 600″·고양이 400″·달 200″·태양 100″·별 50″. 시표는 자유롭게 부착 가능합니다.

랜덤 도트 패턴이지만, 플레이트를 기울이면 단안 단서가 보이는 단점이 있습니다. 플레이트는 반드시 정면에서 피검자에게 제시합니다.

Frisby 입체 검사(실제 입체법)

투명 플라스틱 판 2장을 사용합니다. 앞면에 1개, 뒷면에 3개의 동일한 무늬가 인쇄되어 있으며, 판의 두께 자체가 시차가 됩니다. 3가지 다른 두께(6mm, 3mm, 1.5mm)의 판이 있으며, 검사 거리를 변경하여 시차를 바꿀 수도 있습니다. 검사 안경을 사용하지 않고 실제 입체물로 검사하기 때문에 일상 시력에 가장 가까운 입체시 평가가 가능합니다. 적용 연령 3세~, 입체시차 600~~20초, 검사 거리 30~~80cm.

분리 안경 없는 실용 입체시 검사

Two pencil법: 연필 2개의 끝을 맞추는 검사. 적용 연령 2세~, 입체시차 약 3,000~5,000초. 검사자 앞 33cm에서 시행. 근거리 일상 시력에 가장 가깝고 매우 간편합니다. 양안으로 가능하고 단안으로 실패하는 경우, 실용적인 양안 시기능이 있다고 판단합니다.
고리 통과법: 직경 2~~3cm의 고리에 갈고리 모양 철사를 통과시키는 검사. 적용 연령 3세~~, 입체시차 약 2,000~3,000초. Two pencil법보다 단안 단서가 적고, 더 정밀한 입체시가 요구됩니다.

또한, 이러한 실용 검사는 훈련을 통해 통과할 수 있으므로, 엄밀한 입체시 기능 측정보다는 근거리 깊이 지각을 대략적으로 평가하는 것으로 위치 지어진다.

기타 검사법

Randot preschool stereotest・Random dot butterfly：편광 방식. random dot pattern으로 위양성이 적다.
Pola test：편광 방식. 적용 2.5세~, 검사 거리 500cm. 원거리 입체시 유무(정성 검사).
대형 약시경(시놉토포어) : 좌우의 중심와에 지표를 투영하여 현성 사시에서도 입체시 유무를 조사할 수 있습니다. 원거리 입체시 90~~720초. 적응 연령 4세~~.
삼간법 : 대표적인 동적 입체시 검사입니다. 시표가 움직이는 조건에서 깊이 지각을 평가합니다.
3D multi vision tester : 정적 5,000~135초, 동적 2,700/1,500/1,000초. 검사 거리 50cm.

Q Titmus stereo test와 TNO stereo test의 차이점은 무엇인가요?

Titmus는 편광 방식으로 solid pattern이기 때문에 단안 단서에 의한 위양성이 발생할 수 있습니다. TNO는 적록 방식으로 random dot pattern이므로 위양성이 없으며, TNO의 성적이 양호하면 고도의 입체시 기능을 가진 것으로 판단할 수 있습니다. 일상 시력에 가까운 조건에서의 평가에는 Titmus, 입체시 기능의 엄밀한 정량에는 TNO가 각각 적합합니다.

5. 표준적인 치료법

입체시 결손 자체를 직접 치료하는 표준적인 치료법은 없으며, 원인 질환의 치료가 기본이 됩니다.

사시 수술: 안위 교정을 통해 양안시 기능의 개선을 도모합니다. 고차 입체시(high-grade stereopsis)의 회복에는 양호한 각안 시력, 양호한 안위, 베이스라인의 양안시 잠재력이 필요합니다. 저차 양안시(동시시, 주변 융합)는 시력 불량이나 장기간의 사시에서도 수술을 통해 달성될 수 있는 경우가 있습니다.
굴절 교정: 부등시에 대한 안경 처방. 높은 AC/A 비의 조절내사시에서는 아래쪽에 +3.00D를 가한 안경을 처방합니다.
약시 치료: 가림 요법(패칭)이나 페날리제이션(건안의 시력을 약물 또는 안경으로 낮추는 방법)을 사용합니다.
프리즘 안경: 내사시에 대한 조기 중재로 사용합니다.
선천 백내장의 조기 수술: 동시시 발달을 위해 충분히 일찍 교정합니다.

6. 병태생리학·상세한 발병 기전

양안 시차 검출 메커니즘

뇌는 양안 시차를 감지하고, 시차 선택성 뉴런을 자극하여 활동 전위 발생 빈도를 높이며, 두 이미지 간의 관계를 부호화합니다.

**호롭터(단일시 궤적)**는 주시점과 거의 같은 깊이에 있으며 양안의 망막 대응점에 투영되는 점들의 집합입니다. 기하학적 호롭터와 경험적 호롭터가 존재합니다. 호롭터 위의 점은 대응하는 망막 대응점에 투영되므로 단일하게 보이지만, 호롭터에서 벗어나면 양안 시차가 발생합니다.

파눔 융합 영역은 호롭터에서 약간 벗어난 물체가 발생시키는 시차에 대해, 복시를 일으키지 않고 융합이 이루어지는 영역입니다. 파눔 융합 영역 내의 시차는 입체시로 변환되고, 영역 밖의 큰 시차는 복시가 됩니다.

망막 대응점에 대해서는, 양안의 중심와가 공통의 시 방향을 가지며, 중심와에서 등거리에 있는 귀쪽 망막점과 다른 눈의 코쪽 망막점이 대응합니다. 중심와 융합으로 정밀한 입체시가, 주변부 융합으로 대략적인 입체시가 이루어집니다.

정적 입체시와 동적 입체시

정적 입체시

정의: 시차가 시간적으로 변화하지 않는 입체시.

측정 도구: Titmus, TNO, Lang, Frisby, Randot 등 많은 검사가 대응.

용도: 기본적인 입체시 능력의 정량적 평가.

동적 입체시

정의: 시차가 시간적으로 변화하는(시표가 움직이는) 입체시.

측정 도구: 삼간법, 3D multi vision tester.

용도: 실제 동작 환경에서의 깊이 지각 평가.

입체시의 정량화와 운동성 융합

정상적인 양안시 기능은 ‘억제 없이 동시시가 가능하고, 정상 융합을 가지며, 60초 미만의 양안 시차를 검출하여 입체시를 얻을 수 있는 것’으로 정의됩니다.

운동성 융합의 정상치: 폭주 방향 25°, 개산 방향 5°, 상하 방향 1~2°, 회선 방향 8° 정도.

융합역의 정상치(대형 약시경): 수평 -4~+25°·상하 방향 1~~2.5°·회선 방향 6~~10°.

억제와 입체시 결손의 메커니즘

시력 차이가 뇌에서 극복할 수 있는 한계를 초과하면, 뇌는 나쁜 쪽 눈을 억제합니다. 이로 인해 입체시는 상실되지만, 복시로부터는 보호됩니다. 억제는 독립적으로 교정 가능한 매개변수로 간주되며, 억제 감소가 입체시 개선으로 이어질 가능성이 주목받고 있습니다.

단안 단서(monocular depth cues)

한쪽 눈만으로도 깊이 지각이 가능한 단서로는 투시도법, 크기, 순서(겹침), 텍스처 변화와 기울기, 디포커스, 색, 안개, 상대적 크기 등이 있습니다. 이들은 유용하지만 착시의 영향을 받기 쉽다는 특성이 있습니다.

7. 최신 연구와 향후 전망(연구 단계의 보고)

3D 비디오 게임을 통한 입체시 향상

Li et al.(2024)은 정상 시력을 가진 젊은 성인 40명(모두 비게이머)을 대상으로 무작위 대조 연구를 수행했습니다¹⁾. 3DVG군(21명)은 PlayStation 3D 1인칭 슈팅 게임을 총 40시간(2시간×20세션, 4~5주) 플레이했고, 2DVG군(19명)은 동일 게임의 2D 모드로 같은 시간 플레이했습니다. 32인치 액티브 3D TV(240Hz 리프레시율)를 사용했으며, 3DVG군만 액티브 셔터 3D 안경을 착용했습니다.

결과, 3DVG군에서 입체시가 33% 향상(개선율 26.6±4.8%)되었고, 2DVG군에서는 유의한 변화가 없었습니다(개선율 1.8±3.0%). 통계 분석에서는 이원배치 반복측정 ANOVA F=17.621, p<0.001, 3DVG군의 개선 Bonferroni t=5.544, p<0.001이었습니다¹⁾. 기준 입체시 역치가 높은 참가자일수록 개선 폭이 큰 경향이 있었습니다. 양안 대비 감도에는 유의한 변화가 없어(F=0.423, p=0.524), 입체시 특이적 향상임을 보여주었습니다.

선행 연구로, 약시 성인에서 3D 비디오 게임을 통한 시력·입체시 개선 보고가 있습니다(Li et al. 2011, 2018). 본 연구의 임상적 시사점으로, 양안시 이상을 가진 환자의 입체시 향상에 3D 비디오 게임 훈련이 유용할 가능성이 제시되었습니다¹⁾.

약시의 양안 치료와 지각 학습

억제를 표적으로 한 **양안 치료(dichoptic treatment)**는 약시안 기능을 양안시 조건에서 개선하는 접근법으로 연구되고 있습니다. 또한 Ding & Levi(2011)는 양안시 이상이 있는 성인에서 지각 학습을 통한 입체시 회복을 보고하여, 임계기 이후에도 가소성이 남아 있을 가능성을 시사하고 있습니다.

Q 3D 비디오 게임으로 입체시를 개선할 수 있나요?

Li et al.(2024)의 연구에서는 정상 성인이 3D 비디오 게임을 40시간 플레이함으로써 입체시가 약 33% 향상되는 것으로 나타났습니다. 다만 이는 연구 단계의 소견이며, 표준적인 의료 행위로 확립된 것은 아닙니다. 임상 적용 시에는 담당 의사와의 상담이 필요합니다.

8. 참고문헌

Li RW, Li BZ, Chat SW, Patel SS, Chung STL, Levi DM. Playing three-dimensional video games boosts stereo vision. Curr Biol. 2024;34(11):2492-2500.e4.
Rucker JC, Kennard C, Leigh RJ. The neuro-ophthalmological examination. Handb Clin Neurol. 2011;102:71-94. PMID: 21601063.
Warburg M. [Development of sight]. Ugeskr Laeger. 1991;153(22):1571-5. PMID: 2058015.