국시 대비 및 초음파 이론

이번 포스팅은 국시에서 다수 출제되는 초음파에  대해 소개하고자 한다.

 

먼저 초음파는 방사선응용에서 10문제 / 실기에 5문제로 15문제는 적지 않는 문제이지만 많은 학생들이 포기하는 과목 중 하나라고 생각한다.

 

그 부분을 좀 줄여주고자 하는 마음으로 초음파 이론을 간략하게 정리한 것을 공유하고자 한다.

 

< 음향변수 >

- 음의 전파에 양적 변화요인

 

< 변화요인 인자 >

⓵ 압력 / ⓶ 밀도 / ⓷ 온도 / ⓸ 입자운동

 

< 전파속도 >

음이 매질 내에서 이동하는 속도

- 매질에 의해 결정

- 밀도에 반비례

- 경도와 체적탄성률에 비례

 

※ 매질의 상태 : 기체 < 액체 < 고체

⦁ 연부조직의 평균음속 ➜ 1540 m/s

 

< 진폭과 강도 >

 

진폭(A)

음파의 정상치 기준 최대 증가 및 감소 값

 

강도(I)

음속의 면적에 대한 출력

단위 : W/cm2

진폭의 제곱에 비례

 

음파의 형태

 

⦁종파 : 매질 내 입자의 움직임이 음의  전달 방향과 같은 형태 (= 초음파)

 

⦁횡파 : 매질 내 입자의 움직임이 음의 전달 방향과 수직인 상태 (= 기타줄)

 

※ 초음파 : 종파이자 기계적 인파

 

⦁ 초음파의 매질의 상호작용 : 반사, 산란, 굴절, 흡수

 

< 반사 >

음향저항을 가진 매질이 경계면에서

음파의 일부는 투과, 일부는 반사가 된다.

 

⦁ 반사크기 : 매질의 음향저항과 초음파의 입사각도에 영향

 

⦁ 음파의 입사각에 따라 강도가 다르다. ➜ (수직일수록 강한 반사체를 가진다.)

 

⦁ 지방간 : 지방입자에 의해 경계면이 증가

- 반사가 많아짐(에코가 증가 / 감쇠가 심함)

 

< 젤(Gel) >

- 피부표면에 바르는 물질

- 탐촉자 표면과 피부 사이의 공기층을 제거

- 반사를 줄이기 위함

 

< 산란 >

반사면이 요철 상태일 시 초음파가 사방으로 흩어지는 현상

산란체가 작고, 주파수가 높을 시 발생

주파수의 44 제곱에 비례

반사체가 아주 작을 때 : Rayleight 산란

 

< 굴절 >

매질의 경계면에 수직이 아닌 사 방향

입사와 두 매질의 밀도 차이에 의한 음속 전파 속도가 다를 때 발생

⦁ Snell’s 법칙 : 굴절각 계산

⦁ 측방음영(lateral shadow)

 

흡수

초음파가 운동에너지가 열에너지로 변환

주파수에 비례

연부조직에서 가장 큰 요인

 

투과심도(반감두께)

- 원래의 강도가 50%로 감소하는 매질의 깊이

- 연부조직의 투과심도 = 3 / 주파수(Mhz)

 

< 감쇠 >

음파가 매질을 통과할 시 진폭과 강도가 감소 (= 음의 에너지 손실)

 

초음파 탐촉자의 특성

 

압전물질

전기적 에너지 <-> 초음파에너지

수정, 로셀염, 니오브산

최근 압전세라믹 PZT (유전율)

 

※ 압전효과

- 기계적 변화를 가하면 전기적 신호 발생

 

⦁역압전효과

- 전기적 신호를 주면 기계적 성질 발생

 

< 탐촉자 >

 

⓵ 흡입층

- 압전물질의 후방에 위치하여 펄스의 사이클 수를 감소

- 축 분해능을 개선!!

 

⓶ 결합층

- 압전물질 앞에 피부와의 음향 임피던스 차를 감소하여 효율적으로 전달하는 목적을 가짐.

- 거리 분해능 (= 공간펄스길이 / 2)

 

< 큐리온도 >

- 압전물질에 일정한 온도를 가하면 압전효과의 성질을 상실하는 온도

 

 

< 공진주파수 >

- 초음파의 최대민감도를 가지는 주파수로 압전물질의 두께에 따라 결정되는 고유주파수

- 일반적으로 파장의 1/2이다.

- 압전물질의 두께가 얇을수록 좋다.

 

Q – factor(품질계수) : 대역폭 중에서 필요하는 주파수의 비율

 

⦁대역폭 : 초음파 펄스에 포함된 주파수 범위

 

 ★  Q – factor = 공진주파수 / 주파수대역폭  ★

높은 Q - factor	낮은 Q - factor
주파수 대역폭이 좁은 펄스 발생	주파수 대역폭이 넓은 펄스 발생
음의 지속성이 길다	음의 지속성이 짧다
발신(송신) 효율이 좋다	수신효율이 좋다
치료용으로 적합	진단용으로 적합
순수한 음역이 크다.	공간펄스길이가 짧다.
	축 분해능이 향상된다.

 

< 충격계수(DF) >

- 실제로 초음파 펄스가 작동하는 시간의 비율

- 충격계수 : 0.1 ~ 1%

- 연속파 : 1 / 펄스파 : 0.01

 

초음파 분해능

⦁ 공간분해능 : 근거리의 물체를 감별할 수 있는 능력

 

⦁축 분해능(Axial) / 측 분해능(lateral)

 

축(거리) 분해능 - Axial : 초음파 음속의 같은 진행방향

 

< 개선 방법 >

공간펄스길이가 짧을수록

주파수가 증가할수록

사이클 수가 감소할수록 : 댐핑층 증가

 

2. 측 분해능 – lateral : 초음파 빔의 진행방향에 수직

- Probe의 직경과 빔의 폭에 영향받음

- 초음파 음을 집속으로 개선

- 초점영역이 가장 좋다.

 

초음파 음장(beam field)

 

⓵ 근거리 영역
- 한 점으로부터 좁아지는 부분까지의 거리

음의 강도가 높게 나타는 영역

 

⓶ 원거리 영역

초음파의 선속이 확산되어 나가는 영역

음의 강도가 낮아 수신효율이 나쁨.

 

< 초음파 영상 표시방법 >

 

1. 진폭 ➜ (A – Mode)

- 반사파의 강도를 진폭의 크기로 표시

- 안구 및 뇌파 검사에 이용

 

2. 밝기 ➜ (B – Mode)

- 반사파의 강도를 휘도로 나타나는 표시

- 회색조로 표시

 

3. 움직임 ➜ (M – Mode)

- 움직이는 반사체의 거리를 시간적 변화 표시

- 심장의 운동상태 검사에 효과적

 

4. 도플러 ➜ (D – Mode)

- 도플러를 이용하여 혈류속도 및 방향을 측정

- 혈관 검사에 이용

 

5. 색도플러 ➜ (CFM – Mode)

- 혈액방향 및 속도 등을 칼라로 영상표시

- 혈관 검사에 이용

 

6. 출력도플러 ➜ ( PD – Mode)

- 혈류의 민감성이 우수(작은 혈관( 및 느린 혈관))

- 혈류 검사에 이용

 

< 초음파 진단장치의 조절 >

 

⓵ 수신 강도 조절 (Overall gain)

- 전체적인 수신된 약한 반사 음의 신호를 증폭

 

⓶ 시간 – 수신음 강도보상 조절 (TGC)

- 먼 거리 반사체에 의한 반사신호는 가까운 거리의 신호보단 약하기 때문에 어두운 영상을 획득한다.

- 보정 : 동일한 반사신호를 획득

 

⓷ 동적영역(DR) 조절

에코 강도의 범위를 지정해 주는 장치

- 증가 시 ➜ 부드러운 영상(대조도 감소)

- 감소 시 ➜ 거친 영상(대조도 증가)

 

복조(demodulation)

- 증폭된 반사음을 각 반사체마다 하나의 단일 Pulse로 표현

반사 신호 모양을 단순화시키는 전기적 처리과정

 

제파(reject)

- 낮은 전기적 잡음과 낮은 진폭 신호를 제거

 

< 펄스도플러 >

- 하나의 압전물이 송⦁수신을 겸한다.

- 음파의 짧은 펄스를 사용

- 일반적으로 임상 염상검사에 사용

- 특정 위치에 대한 정보를 획득 가능하다.

- 반접(에일리어싱)(에일리어싱) 현상 발생

 

< 연속 도플러 >

- 두 개의 압전물질이 있어 송⦁수신이 별개로 사용

- 치료 및 혈류도플러 검사에 사용

- 빠른 혈류측정에 효과적

- 반접(에일리어싱)

- 특정 위치에 대한 정보를 제공받지못하는 단점이 있다.

 

초음파에 이론 공부에 많은 도움이 되었으면 하는 바람입니다!!

 

모두 국시를 위해서 최선을 다해 노력합시다!! 모두 파이팅!!