초음파의 원리와 펄스 에코법

 

본 포스팅은 초음파의 원리를 이해하고, 진단용 초음파의 종류 중에서 펄스 에코법에 대해 정리한 글입니다. 펄스 투과법과 비교하여 펄스 에코법의 측정 방식에 대해 작성하였습니다.

 

초음파의 원리

소리의 영역은 매우 광범위합니다. 그 중에서 인간이 들을 수 있는 가청 주파수는 20~20,000Hz 범위라고 합니다. 이 범위보다 낮은 경우를 저주파(20Hz이하)라고 부르며, 높은 경우를 초음파(20,000Hz 이상)라고 부릅니다. 초음파의 파장은 물이 가득한 곳에 돌을 던진 후 나타나는 파도와 비슷합니다. 초음파 기기에서 강제적인 힘이 발생되면 이는 접촉된 피부를 통해 안쪽으로 들어갑니다. 그리고 표면과 심층부에서 3차원적인 형태로 퍼져나갑니다. 초음파의 파장이 1MHz 이상이 될 경우 전파는 직진성을 갖습니다. 이를 이용하여 생체를 측정하게 됩니다. 따라서 생체에 이용하는 초음파의 주파수는 일반적으로 1~5MHz를 이용합니다.

 

초음파는 생체 조직으로 들어가서 산란되거나 조직의 경계에서 반사되어 돌아옵니다. 진단용 초음파는 반사파나 후방 산란파를 측정하여 분석합니다. 하지만 체내에서 경계면에 직각이 아닌 형태로 초음파가 입사되면 일부 투과되는 음파가 휘어지는 굴절 현상이 나타납니다. 그렇기 때문에 초음파를 이용하여 근육 안에 있는 지방을 측정할 때 불규칙적인 경계면이 많아 정확한 측정이 쉽지 않습니다.

 

초음파의 종류

진단용 초음파의 경우 수신하는 방법에 따라 펄스 에코법(pulse-echo), 펄스 투과법(pulse-transmission), 도플러 법(doppler)으로 구분하고 있습니다. 또한 펄스 에코법은 표시 방식에 따라 다시 A-, B-, C- M- mode로 구분됩니다. 펄스 투과법은 주로 초음파 CT 촬영을 하거나, 생체 외의 조직을 측정할 때 사용됩니다. 도플러 법은 반사된 초음파 신호의 변화되는 현상을 이용하는 방법으로, 생체 내의 혈류 속도 측정이나 심장, 판막의 움직임 등 체내의 변동과 관련하여 사용합니다.

 

펄스 에코법

일반적으로 동물의 생체 내의 측정을 위해 사용하는 초음파 측정 방식은 펄스 에코법입니다. 펄스 에코법은 입사파가 목표지점에 도착한 후 되돌아오는 시간과 반사파의 양에 따라 영상이 나타납니다. 이 방식은 비교적 다루기가 쉽고 간단한 방법으로 원하는 자료를 얻을 수 있기 때문에 많이 사용하고 있습니다. 

 

• A-mode : 초음파의 전파 시간이나 전파 거리에 따른 반사파의 세기를 1차원적인 방법으로 표시하는 방식입니다. 신호의 깊이에 따라 반사가 일어나는 위치를 감지할 수 있기 때문에, 등에 있는 지방의 두께나 눈의 각막 등을 진단할 때 사용됩니다.
• B-mode : 2차원 초음파라고 불리며, 사람의 유선촬영을 하기 위해 사용되기 시작하였습니다. 초음파 빔을 순차적으로 움직이면서 2차원적인 영상을 얻습니다. 임신 진단용 등으로 현재 가장 많이 사용되는 초음파 진단법입니다.
• C-mode : 진단부위를 단면이 아닌 평면으로 보는 방식입니다. 움직이는 평면의 반사파장의 정도에 따라 차이가 나는 측정 부위의 내부 표면을 보는 방식인데, 현재는 많이 사용되지 않고 있습니다.
• M-mode : 혈관이나 심장, 장과 임신 상태인 태아 등과 같이 움직이는 형태일 경우 시간에 따른 변화를 표현할 수 있는 방법입니다. 

현재는 여러개의 2차원 B mode 영상이나 C mode 영상을 합하여 3차원 영상을 만들어 판독을 합니다. 따라서 실시간으로 3차원 영상을 구현할 수 있으며, 그로인해 그동안 얻지 못했던 부피와 관련된 정보를 얻을 수 있게 되었으며, 초음파 영상을 통해 보다 정확한 진단을 할 수 있는 기술이 발전한 상태입니다.

 

이상으로 초음파 원리와 펄스 에코법에 대한 정리를 마칩니다.