Ⅰ. 기본물리

• 기본물리① : 초음파란?

초음파는 사람이 들을 수 없는 높은 진동음역의 음파를 말하며 주파수가 초당 20,000번이 넘는 음파를 말한다. 초음파는 종파이며 이것은 매질 내 입자의 운동방향이 초음파 파동의 운동방향과 같다는 것을 의미한다.

소리는 소밀이 반복되는 모양으로 전달되며 파장은 최고점 간의 거리이고, 주파수는 1초 동안 움직인 cycle의 수이다.

• 주파수가 초당 20,000번이 넘는 음파

• 초음파는 종파 : 매질 내의 입자의 운동방향이 파동의 운동방향과 동일

• 소리는 소밀이 반복되는 모양으로 전달

• 최고점 간의 거리가 파장, 1초 동안 cycle의 수를 주파수 (1/T)

복부 검사에서 흔히 사용하는 4 MHz(mega-hertz) 주파수 probe는 1초에 4,000,000 사이클의 소리 진동이 발생한다는 의미이다. 고환 초음파에서 사용하는 8 or 12 MHz probe에서는 1초에 8,000,000 or 12,000,000 사이클의 소리 진동이 발생한다.

• 기본물리 ② : 초음파와 조직 간의 상호 작용

초음파 펄스가 조직을 통과하여 멀리 갈수록 약해지는데 이를 감쇠(attenuation)라 한다. 감쇠는 주로 반사, 굴절, 흡수 및 산란의 과정을 통해 일어나며, 반사와 산란을 이용하여 초음파 영상을 만들게 된다.

반사는 서로 다른 두 매질의 경계 면에서 이루어지고 초음파 영상에서 두 장기 간의 경계를 구분할 수 있게 해준다. 산란은 인체 장기의 조직 질감이나 조직 특성을 표현하며 renal or testicular echotexture를 나타낸다.

• 기본물리 ③ : 초음파의 반사 작용

두 물질의 경계 면에서 음향저항(acoustic impedance)의 차이 정도에 따라 반사가 이루어지는데, 음향저항 차이가 클수록 반사가 많이 이루어진다. 인체 연부조직과 음향저항이 큰 공기나 뼈는 대부분 초음파를 반사시킨다. 이럴 경우 투과되는 음파가 없기 때문에 대부분 반사된 부위 아래의 장기는 영상을 만들 수가 없다. 그래서 탐촉자와 환자의 피부 사이에 소량의 공기라도 끼어드는 것을 방지하기 위해 항상 gel 같은 결합물질을 사용한다.

예로 간과 폐의 경계 면에서 약 99.9%가 반사되고 약 0.1%만이 투과가 된다. 투과되는 것이 없기 때문에 폐에 대한 영상을 얻을 수 없다. 간과 신장과의 경계 면에서는 약 0.1%가 반사되고 99.9%가 투과되는데, 이 투과된 초음파는 신장의 영상을 얻는 데 사용된다.

• 기본물리 ④ : Acoustic enhancement & posterior shadowing

초음파가 체내를 이동하다가 담석이나 뼈 같은 강한 음향 반사계면을 만나면, 대부분 반사하거나 흡수되어 그 후방으로 충분한 강도의 음파가 들어가지 못하여 후방 정보를 얻을 수 없게 된다. 영상에서는 후방 부분이 상대적으로 저에코로 보이게 되어 마치 그림자가 생긴 것처럼 보이는데 이를 posterior shadowing이라 한다. 이 현상을 잘 이용하면 음파를 감쇠시킨 조직의 성질을 알아 낼 수 있는데, 대표적인 예가 담석 또는 전립선의 석회화이다.

순수 액체 내에서는 연조직과 비교하여 음파의 감쇠가 거의 일어나지 않는다. 초음파 영상에서 낭성 구조물 후방에서 낭성 구조물의 직경에 해당하는 만큼 주변에 비해 감쇠가 덜 된 음파를 맞이하게 된다.

영상에서는 주변보다 높은 에코의 영역이 생기게 되는데 이를 acoustic enhancement라고 한다. 이 음향 증강은 상대적인 현상이며 실제로 음파의 세기가 증가하는 것은 아니다. 신장 낭종을 볼 때 유용하다.