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1 325 Instructional Course Lectures J Korean Orthop Assoc 2013; 48: Introduction to Musculoskeletal Ultrasonography 신상진 정병진 이화여자대학교의학전문대학원정형외과학교실 pissn : , eissn : Principle and Comprehension of Ultrasound Imaging Sang-Jin Shin, M.D., and Byoung-Jin Jeong, M.D. Department of Orthopedic Surgery, Ewha Womans University School of Medicine, Seoul, Korea Ultrasound is a sound wave beyond the audible frequency. Owing to technological development, the extent of use of ultrasound in orthopaedics is expanding. Ultrasound is produced by a piezoelectric effect and matter is requires for propagation. According to the characteristics of matter, the velocity of propagation differs and the images are the overall result of the interaction of reflection, refraction, absorption, scattering, transmission, and attenuation. The most important device is the transducer, which differs according to the array of piezoelectric elements and shapes the way it used and where it is used. Mode B is currently the most common image and many images which help to make diagnosis easier, such as doppler flow imaging, extended field of view imaging, compound imaging and threedimensional imaging, are under developments. Ultrasound produces variable artifacts and during interpretation of ultrasound images, artifacts could interfere with correct diagnosis. In order to avoid creation of artifacts, profound knowledge of each artifact is needed. Therefore, precise understanding and interpretation of the ultrasound image is essential for proper diagnosis and use of ultrasound. Key words: ultasonography, ultrasound imaging, principle of ultrasonography 서론 소리를발생하는진동체를음원 (acoustic source) 이라고하며, 음 원에서발생하는소리에너지는일정한주파수 (frequency) 를가 지는파동의형태로전달된다. 사람이들을수있는소리의주 파수 ( 가청주파수 ) 는 20-20,000 Hz 이다. 이러한가청주파수범 위이상의높은주파수를가지는음파를초음파 (ultrasound) 라고 정의한다. 초음파영상 (ultrasonography) 이란음향저항 (acoustic impedance) 의차이가있는조직에서펄스파 (pulse wave) 를인체 내로투과시켜반사되는신호를컴퓨터로증폭, 변환하여영상으 로나타내는것으로 sonography 또는 sonogram 이라고도부른다. Received December 3, 2012 Revised January 22, 2013 Accepted March 6, 2013 Correspondence to: Sang-Jin Shin, M.D. Department of Orthopedic Surgery, Ewha Womans University School of Medicine, 1071 Anyangcheon-ro, Yangcheon-gu, Seoul , Korea TEL: FAX: sjshin622@ewha.ac.kr 인체에사용되는초음파의주파수영역은 1-30 mhz 이며사용되는초음파형태는진동형태에따라펄스파와연속파 (continuous wave) 로나뉜다. 초음파는 1970 년대후반디지털컴퓨터가적용되면서부터비약적인발전을하였다. 초음파는다른영상진단장비에비해방사선피폭의위험성이적고실시간검사가가능하다는장점이있어정형외과영역에서의유용성은더욱증가하고있다. 이러한초음파장비의기계적인특성과초음파로얻어진영상을올바르게이해하고숙지하여야만정확한검사와이를바탕으로한적절한시술이가능할것이다. 본론 1. 초음파발생과수신의원리 1880 년 Pierre Curie 와 Jacques Curie 형제는석영결정에압력을가하면전위가발생하는압전효과 (piezoelectric effect) 를처음으로발견하였으며, 1917 년 Paul Langevin 은이효과를이용하여잠 The Journal of the Korean Orthopaedic Association Volume 48 Number Copyright 2013 by The Korean Orthopaedic Association This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

2 326 신상진 정병진 Table 1. Speed of the Sound Wave and Acoustic Impedance Material Acoustic impedance (g/cm 2 s 10-5 ) Speed (m/s) Air Fat ,450 Water ,540 Liver ,549 Blood ,570 Muscle ,585 Cortical bone ,080 수함위치를탐지하는수중음파탐지기 (sound navigation ranging, SONAR) 를개발하였다. 압전효과란압전성을가지는물질에전압을가하면물질이수축하거나확장하여용적의변화를유발하는현상이며, 이러한특성을가지는물질을압전자 (piezoelectric element) 라고한다. 이원리를이용하여압전자에초음파주파수인 1-30 mhz의전압을가하면압전자가진동을일으켜 1-30 mhz의초음파가발생된다. 최근에사용되는압전물질은 PZT (lead zirconate titanate) 와같은세라믹물질인데, 유전율 (permittivity) 이높고감도가좋으며음향저항이인체조직과비슷한장점이있다. 1) 2. 초음파의전달초음파는음파 (sound wave) 이기때문에빛과는달리전파되기위해서매개체가필요하며매개체의특성에따라전달속도에차이가난다. 또한같은매개체또는매질내에서는항상같은전달속도를가진다 (Table 1). 2) 인체조직은주구성요소가수분이기때문에초음파의신체내에서의전달속도는물에서의전달속도인 1,540 m/s와유사한값을갖는다. 대부분공기로채워진폐조직에서가장낮은음속을나타내는반면, 골조직에서 4,080 m/s로가장높은음속을보인다. 음파의전파속도 (C) 에영향을미치는요소는통과하는매개체의밀도 (density) 와경도 (stiffness) 또는체적탄성률 (bulk modulus) 이며주파수와파장의곱으로산출하는데 { 전파속도 (m/s)= 주파수 (Hz) 파장 (m)}, 다음공식과같이매질밀도에반비례하고경도에비례한다. 3) C= (C: 음의속도, B: 매질의경도또는체적탄성률, ρ: 매질의밀도 ) 초음파빔은인체의골, 공기, 지방조직을통과하는과정에서빔의세기감소가발생하는데, 이는통과과정에서흡수 (absorption), 반사 (reflection), 산란 (scatter) 등이일어나기때문이다. Figure 1. Reflection. When an ultrasound wave is directed at a right angle to the interface, the wave is reflected toward the sound source. These interfaces are called specular reflectors, and the angle of reflection (θr) of a sound wave is equal to the angle of incidence (θi). 3. 물질과초음파간의상호작용초음파는물질과여러상호작용을하는데, 이러한모든성질이종합되어초음파영상으로나타나므로각각의특징과원리를이해하여야한다. 4) 1) 반사 (reflection) 서로다른음향저항을가지는두매질의경계면에음파가입사되면일부는투과하고일부는반사되어탐촉자 (transducer) 로돌아오게된다. 이때반사되는크기는두매질간의음파저항차이에의해결정된다. 경계면이정반사체 (specular reflector) 인곳에초음파빔이입사되는경우에는입사각과반사각이동일하게나타난다 (Fig. 1). 음파저항의차이가클수록반사가많아지는데두매질간의밀도차가클수록음향저항의차이가큰경계면을형성하기때문에반사파가증가한다. 음파저항은물질의기본적인특성으로서물질의밀도와음파속도의곱으로결정된다. 즉, 음파저항 (Z)=ρ C로표시되며단위는 kg/m 2 /s이다. 일반적으로연부조직과공기와의반사력이가장크다고알려져있으며, 이는공기의음파저항이 g/cm 2 /s이며연부조직의평균음파저항값이 1.54 g/cm 2 /s로두매개체사이에음파저항값차이가크기때문이다. 초음파검사시에피부와탐촉자사이에젤 (gel) 을바르는이유도탐촉자와피부모공속의공기와의음향저항을최대한감소시키기위함이다. 또한음파의반사는입사각에의해크게영향을받는다. 음파저항의차이가있는반사체가입사되는초음파빔에직각으로존재하는경우, 빔의입사각과같은방향으로반사가많이발생하여탐촉자로돌아오는빔의양이많기때문에초음파영상이명료하게나타나지만, 입사각이감소하게되면빔은탐촉자와반대방향으로반사되고영상에포함되지않

$Figure 4. Scattering. When the ultrasound wave encounters an irregular interface, it scatters in many directions. Figure 3. Refraction.$ $When an ultrasound wave strikes at the interface between two media at an angle other than 90 o, the transmitted wave is refracted.$

3 327 Figure 2. Transverse scan of the long head of the biceps tendon. Echogenicity at perpendicular scan to biceps tendon (A: arrow) is different from that of non-perpendicular scan (B: arrow). Figure 4. Scattering. When the ultrasound wave encounters an irregular interface, it scatters in many directions. Figure 3. Refraction. When an ultrasound wave strikes at the interface between two media at an angle other than 90 o, the transmitted wave is refracted. When the velocity of an ultrasound wave in media 1 is greater than that in media 2 (C1>C2), the angle of reflection is decreased, and when velocity of an ultrasound wave in the media 1 is less than in media 2 (C1<C2), the angle of reflection is increased. 게된다. 따라서건이나인대의초음파검사를시행할때는관찰하고자하는구조물에수직으로탐촉자를위치시켜야한다 (Fig. 2). 2) 굴절 (refraction) 굴절이란초음파가매질의경계면에비스듬히입사할때, 두매 질의밀도차에의하여음파진행방향이바뀌는것을의미한다. 굴절현상은 Snell의법칙을따르게되는데, 두매질의음속과의관계를다음과같이나타낼수있다 (Fig. 3). sinθt/sinθi=c2/c1, sinθt= sinθi (C1: 매질1 음속, C2: 매질2 음속, θi: 입사각, θt: 투과각 ) 굴절현상은초음파영상에서허상 (artifact) 의주된원인이되는데, 물체의공간적위치화 (localization) 가방해를받아서실제구조물의위치가아닌다른위치에구조물이있는듯하게나타나게된다.

328 신상진 정병진 3) 흡수 (absorption) 음파가물체를통과할때, 마찰력에의해일부에너지가흡수된다. 이에너지는열로전환되어초음파영상에더이상기여하지않는다. 이처럼초음파의운동에너지가열에너지로바뀌는현상을흡수라고한다. 연부조직에서초음파빔의흡수정도는주파수에비례하여, 초음파빔의주파수가두배로증가하면흡수정도가두배로증가하게된다.

그러나표면이불규칙한반사면에부딪히면초음파빔이여러방향으로흩어지게되는데이것을산란이라고한다 (Fig. 4). 또한초음파파장보다작은물체의경계면에부딪힐때에도초음파빔이사방으로흩어지는산란현상이나타난다 (diffuse scattering).

4 328 신상진 정병진 3) 흡수 (absorption) 음파가물체를통과할때, 마찰력에의해일부에너지가흡수된다. 이에너지는열로전환되어초음파영상에더이상기여하지않는다. 이처럼초음파의운동에너지가열에너지로바뀌는현상을흡수라고한다. 연부조직에서초음파빔의흡수정도는주파수에비례하여, 초음파빔의주파수가두배로증가하면흡수정도가두배로증가하게된다. 이는탐촉자를고르는데중요한요인으로작용하는데그이유는공간적해상도가주파수에비례하기때문이다. 고주파를사용하면해상능은좋아지지만흡수율이증가되어심부조직을검사하는데방해가된다. 4) 산란 (scattering) 초음파빔이매질사이의경계면에반사될때, 표면이편평하면정반사 (specular reflection) 가발생한다. 그러나표면이불규칙한반사면에부딪히면초음파빔이여러방향으로흩어지게되는데이것을산란이라고한다 (Fig. 4). 또한초음파파장보다작은물체의경계면에부딪힐때에도초음파빔이사방으로흩어지는산란현상이나타난다 (diffuse scattering). 산란은산란체의크기가작을수록, 주파수가높을수록많이발생하는데, 산란강도가주파수의 4제곱에비례하기때문에주파수를 2배높이면산란강도는 16배증가하게된다. 5) 투과 (transmission) 및감쇠 (attenuation) 효과음파가물체의표면에서일부반사되고일부는통과하여매질을통하여더깊은곳까지도달하는것을투과라고한다. 이과정중음파는에너지를잃고점점더투과율과반사력을잃는데, 초음파가투과되어진폭과강도의감소가일어나는것을감쇠라고한다 (Fig. 5). 조직내에서음파가단위길이당감쇠되는정도를감쇠계수 (attenuation coefficient) 라고하며, Attenuation (db)= 주파수 (mhz) 통과거리 (m) 로나타낸다 (Table 2). 3) 4. 탐촉자 (transducer) 1) 탐촉자의구성초음파를발생시켜송신하고반사된에코를수신하는장비를탐촉자 (probe or transducer) 라고하며검사부위와목적에따라서모양과크기가다르다 (Fig. 6). 탐촉자는인체표면에닿는결합층 (matching layer), 후방음을흡수하는흡음층 (backing layer) 및그사이의압전물질로이루어져있으며, 그외에도초음파가밖으로새어나가지못하게차단하는절연체및케이블등으로구성된다. 5) 결합층은탐촉자와피부사이의음향저항의차이를감소시키며조직내로효율적으로초음파빔이전달되고, 반사된빔을높은감도로수신할수있게도와주는역할을한다. 흡음층은주로후방음을흡수하는역할을하기때문에 damping block 이라고도하며, 텅스텐 (tungsten) 과고무가루 (rubber powder) 로구성되어있다. 2) 압전물질의배열형태탐촉자는구성물질인압전물질의배열에따라단일결정탐촉자 (single array probe), 선형배열탐촉자 (linear array probe), 곡선형배열탐촉자 (curvilinear probe), 위상차배열탐촉자 (phased ar- Figure 5. Attenuation. The display shows a gradual loss of the intensity of a signal as it passes from superficial to deep tissue. Table 2. Attenuation Coefficient of Various Tissues Tissue Attenuation at 1 mhz (db /cm) Water Blood Fat Soft tissue Muscle Cortical bone Figure 6. Various types of ultrasound transducers.

329 ray probe), 환상배열탐촉자 (annular array probe) 및이차원적배열탐촉자 (matrix array probe) 로구분한다. 5) 단일결정탐촉자는 1개의압전결정을이용하는것으로최근에는사용되지않는다. 선형배열탐촉자는 256-512 개의압전물질로구성되어있으며, 보통 20개정도가그룹으로되어있다.

5 329 ray probe), 환상배열탐촉자 (annular array probe) 및이차원적배열탐촉자 (matrix array probe) 로구분한다. 5) 단일결정탐촉자는 1개의압전결정을이용하는것으로최근에는사용되지않는다. 선형배열탐촉자는 개의압전물질로구성되어있으며, 보통 20개정도가그룹으로되어있다. 위상차배열탐촉자는선형배열탐촉자보다작은 개의압전물질로구성되어있으며, 일정한지연시간을두고각각의압전물질에전기적신호를가하여초음파빔을형성한다. 주로심장및혈관의도플러검사에이용되는데동시에여러개의집속점을얻을수있어영상분해능을향상시킬수있는장점이있는반면, 영상중심부주변에공간분해능이떨어지는제한점이있다. 환상배열탐촉자는기계식과전자식을합성한형태로선상배열탐촉자에비해초점길이가매우길다. 이로인해영상분해능이좋은장점이있으며주로심장및안과적검사에이용된다. 3) 탐촉자의종류 (1) 선형탐촉자 (linear probe): 선상배열방식으로가장기본적인탐촉자의형태이다. 직사각형의초음파상을제공하며주로표재성장기의진단에사용된다. (2) 부채꼴탐촉자 (sector probe): 위상차배열방식으로진동자마다시간차를두는방식으로화상의질이높아진다. 표재성부근의상이좁기때문에사각이생기는단점이있으나원거리부근의장기관찰에매우용이하다. (3) 볼록형탐촉자 (convex probe): 선형탐촉자와부채꼴탐촉자의장점을가진형태로선형배열방식을사용한다. 표재성부근의상이좁은부채꼴탐촉자의단점을보완하고원거리의장기진단도수월하다. 표면이볼록하기때문에부채꼴모양의영상이만들어지며복부등의넓은부위를검사하는데주로사용된다. (4) 기타 : 그외에도사다리꼴탐촉자 (trapezoid probe) 등이있고, 사용방법에따라도플러용 (doppler), 천자용 (acupuncture), 수술용탐촉자도있으며, 사용위치에따라직장용 (rectal), 내시경용 (endoscopic), 요도용 (urethral), 질용 (vaginal) 등의탐촉자가있다. 시간적변화로표시하는방법이다. 주로심장판막을관찰하는데이용되며, 태아의심음도기록할수있지만최근에는도플러방법으로많이대체되고있다. 3) 밝기모드 (bright mode, B-mode) B-mode 는반사음을점 (dot) 의밝기로표시하는방법으로현재대부분초음파진단장비에서사용하는방법이다. 각점들의밝기는반사신호의진폭에비례하며, 최근에는 256 이상의밝기레벨을제공한다. 또한장기움직임을실시간그대로영상화하여나타낸다. 6) 6. 이미징 (imaging) 1) 도플러이미징 (doppler flow imaging) 도플러초음파의기본핵심은어떤물체가움직이고있을때이운동물체에서반사된음파는그운동속도에비례하여주파수변화를받게된다는도플러효과에기반을둔다. 도플러효과는 1842 년 Christian Doppler 가발표한이론으로관측자가정지해있을경우, 음원이관측자쪽으로움직이면주파수가증가하고, 음원이관측자에서멀어질수록주파수가감소한다는것이다. 인체에서사용되는초음파의도플러효과는적혈구가반사체에해당하며, 혈류에서적혈구가다가오는지멀어지는지를판단하는데사용한다. 탐촉자에서발생한송신주파수는적혈구와부딪힌다음반사되고다시탐촉자가수신하는데, 혈구의움직이는방향과속도에의해달라진다. 이경우, 송신주파수와수신주파수의차이를도플러변위주파수 (doppler shift frequency) 라고한다. 최초의주파수가높거나혈류속도가빠를때는도플러변위가커지고도플러각이클수록도플러변위는작아진다. 반사체속도와도플러변위와는비례하며반사체속도가빠르면도플러변위가많이발생한다. 일반적으로도플러장비로측정할수있는혈류 5. 초음파영상표시방법 1) 진폭모드 (amplitude mode, A-mode) A-mode 는초음파영상표시방법중가장기초적인형태로시간 ( 거리 ) 축상에반사음의강도를진폭크기로표시한방법이다. 반사음이강하면진폭이높고반사음이약하면진폭이낮다. 거리측정에는유리하지만탐촉자의방향이조금만틀려도화상이변하기때문에현재는거의사용되지않는다. 2) 움직임모드 (motion mode, M-mode) M-mode 는 A-mode 의변화된형태로움직이는반사체의거리를 Figure 7. Doppler image obtained from the wrist (radial artery and ulnar artery). Courtesy of Philips Healthcare.

330 신상진 정병진 속도는 10-100 m/s 정도이며, 7 mhz 탐촉자를이용하여 40도입사각으로검사할때도플러변위는 500-4,500 mhz 로도플러변위가가청주파수범위내에있기때문에스피커를통해소리를들을수있다. 근골격계영상에서 flow 관련정보를제공하는두가지흔한방법은 color flow doppler 방법과 power doppler 방법이다.

Color flow doppler 는초음파빔의입사각에매우민감하여위신호 (aliasing) 및 noise 가발생할수있다. 반면, power doppler 는도플러신호의정도나구조물의수 ( 혈액속의적혈구 ) 를나타내는것으로입사각도에덜민감하여위신호가없고 noise 에의한영상감쇠도덜하다.

6 330 신상진 정병진 속도는 m/s 정도이며, 7 mhz 탐촉자를이용하여 40도입사각으로검사할때도플러변위는 500-4,500 mhz 로도플러변위가가청주파수범위내에있기때문에스피커를통해소리를들을수있다. 근골격계영상에서 flow 관련정보를제공하는두가지흔한방법은 color flow doppler 방법과 power doppler 방법이다. 7) Color flow doppler 영상은방향과속도정보를색의스펙트럼으로전환하여영상으로표시한것으로혈류속도가빠른경우에는밝은색, 느린경우에는어두운색으로표시된다. 또한혈류방향이탐촉자를향하면빨간색으로, 반대로멀어지면파란색으로표시된다 (Fig. 7). Color flow doppler 는초음파빔의입사각에매우민감하여위신호 (aliasing) 및 noise 가발생할수있다. 반면, power doppler 는도플러신호의정도나구조물의수 ( 혈액속의적혈구 ) 를나타내는것으로입사각도에덜민감하여위신호가없고 noise 에의한영상감쇠도덜하다. 또한 power doppler 는반사된도플러에너지를기록하기때문에매우민감하여작은혈관과느린속도의혈류도검출할수있는장점이있지만방향과속도정보가소실되는단점이있다. 2) 확장된시야이미징 (extended field of view sonography, EFOVS) 초음파영상의가장큰단점은한번에관찰할수있는시야가좁다는점이다. 그러나컴퓨터하드웨어와소프트웨어의발달로이를극복할수있게되었다. 선형배열탐촉자로검사범위를천천히움직이면서받은영상을고속으로처리하여하드웨어가연속프레임을분석하는방법을통해넓은부위의영상을실시간으로관찰할수있다. 이러한 EFOVS 은길이가긴근육및연부조직병변, 계측이필요한부위및혈관을검사할때매우유용하게이용하고있다. 8) 3) 실시간통합이미징 (real-time spatial compound imaging, SonoCT) 실시간통합이미징이란여러방향의각도로부터얻은정보를빠르게통합하여하나의초음파이미지로완성하는방법을말한다. 이이미지는스펙클 (speckle), 반향 (clutter) 등과같은허상들을제거할수있기때문에기존의초음파영상보다해상도와이미지대조가개선되는장점이있다. 특히, 유방촬영, 말초혈관, 근골격계손상진단에유용하게사용되며, 향후 3차원이미지, 파노라마이미지, 하모닉 (harmonics) 영상등의기술과결합하여크게발전할것으로기대된다. 9) 4) 3차원이미징 (three-dimensional imaging) 최근디지털컴퓨터기술의향상은 3차원초음파이미지를가능하게하였다. 3차원이미지는 2차원단면들을모아입체적으로변환기를통해재구성하여만드는방법이다. 또는 '3차원 -체적변환기 ' 라고불리는변환기를이용할수있는데이는일반적인변환기보다크고다루기어렵지만, 정확한이미지를얻을수있는장점이있다. 3차원이미지의장점은 2차원보다더정확한해부학적정보를얻을수있고, 정확한체적측정이가능하다. 10) 최근에는근골격조직의분석에전용체적변환기들이소개되어, 회전근개파열, 영유아고관절병변등다양한질환을진단하는데도움이된다. 7. 허상 (artifacts) 초음파영상에서비정상적인해부학적구조물이영상으로나타나거나, 정상적인구조물이부적절한모양이나크기또는소실되어보이는것을허상이라고한다. 초음파는다른영상진단법보다허상의종류가다양해서위양성소견을보이는경우가많다. Figure 8. Posterior acoustic enhancement. Abnormal echogenicity is seen as a result of the fluid-filled cyst. Figure 9. Acoustic shadowing. Long axis scan of calcific tendinitis shows acoustic shadowing posterior to echogenic calcific deposits.

331 Figure 10. Anisotropy. Long axis scan of the Achilles tendon. (A) Normal hyperechoic tendon.

11) 1) 후방음향증강 (posterior acoustic enhancement) 근거리에위치한조직내에낭종 (cyst) 과같은액체가존재한다면초음파빔은세기의손실없이그대로원거리에도달한다. 그러나원거리에반사구조물이있어초음파빔이반사되면초음파장치는이것을미리설정된원거리에맞게높은증폭을하게된다.

대표적으로장골의골간같이둥근구조물가장자리에 vertical hypoechoic bands 로표시되는형태로나타난다. 3) 음향음영 (acoustic shadowing) 매개물질사이의경계면에서반사율이아주높으면초음파의거의대부분이반사된다. 결석이나석회침착부위같이강한반사체의구조물인경우, 초음파가거의대부분반사되어물체후면에는초음파가거의도달하지못하게된다.

7 331 Figure 10. Anisotropy. Long axis scan of the Achilles tendon. (A) Normal hyperechoic tendon. (B) When the transducer is angled along the longitudinal axis of the tendon, causing hypoechogenicity (arrow) from anisotropy. 허상은정확한진단을방해하기도하고, 혹은진단에도움을주기도하기때문에허상의종류와원인을이해하여초음파판독의정확성을높여야한다. 11) 1) 후방음향증강 (posterior acoustic enhancement) 근거리에위치한조직내에낭종 (cyst) 과같은액체가존재한다면초음파빔은세기의손실없이그대로원거리에도달한다. 그러나원거리에반사구조물이있어초음파빔이반사되면초음파장치는이것을미리설정된원거리에맞게높은증폭을하게된다. 따라서초음파빔이화상에매우밝게증강되어표시되는데이것을후방음향증강이라고한다 (Fig. 8). 어떤조직에서음향증강이있다면그전구조물내부의액체같은물질이존재함을알수있다. 2) 측방음영 (lateral shadow or edge shadow) 초음파빔이성분이다른둥근표면의매질을통과할때, 굴절되거나굴절된빔이약해져그림자로나타나게되는데이것을측방음영이라고한다. 대표적으로장골의골간같이둥근구조물가장자리에 vertical hypoechoic bands 로표시되는형태로나타난다. 3) 음향음영 (acoustic shadowing) 매개물질사이의경계면에서반사율이아주높으면초음파의거의대부분이반사된다. 결석이나석회침착부위같이강한반사체의구조물인경우, 초음파가거의대부분반사되어물체후면에는초음파가거의도달하지못하게된다. 따라서초음파통과의방해를받은구조물후방에는영상이만들어지지않는데이것을음향음영이라고하며, 초음파상에서에코결손및저에코성병변으로관찰된다 (Fig. 9). 4) 이방성 (anisotropy) 탐촉자를관찰하고자하는구조물에수직으로세우지않았을때주사선의굴절로인해서저에코의영상으로나타나는현상이다. Figure 11. Reverberation. The display shows ultrasound echoes being repeatedly reflected when a needle is inserted into subacromial space. 근골격계검사에서는근육, 인대, 신경, 건등이이방성을나타낼 수있는구조물이며이중건의이방성이가장흔하게발생한다. 회전근개나아킬레스건을초음파로관찰할경우, 이러한이방 성허상으로인한에코의감소를건파열로잘못판독할수있기 때문에주의하여야한다 (Fig. 10). 초음파검사를할때마다항상 검사하고자하는구조물에탐촉자를직각으로위치시켜야이러 한이방성허상을피할수있다. 5) 다중반사 (reverberation) 음향저항차이가큰경계면에서되돌아오는음의진폭이증가 되어수신되는경우가있다. 이러한초음파빔이반사체와탐촉 자사이에서에너지가감쇠될때까지반복되는현상을다중반사 라고한다. 이러한반사는초음파빔에직각을이루며피부표면 과평행한경계면이둘또는그이상있을때발생하는데, 심부로 갈수록신호는점점약해져서마치유성꼬리가희미해지는것처 럼어둡게보인다 (Fig. 11). 다중반사현상은조직내에금속이나 유리파편등이존재함을의미한다.

8 332 신상진 정병진 결론 정형외과분야에서초음파는적용범위가급격히넓어지고있으며, 사용빈도또한빠르게증가하고있다. 초음파는저렴하고비침습적인방법이며, 동적영상뿐아니라최근에는 3차원영상까지얻을수있어환자들의연부조직병변진단에큰도움이된다. 그러나여러가지특징적인초음파원리를이해하지못하면잘못된영상해석을하기쉽다. 따라서올바른진단과적절한초음파사용을위하여초음파의정확한이해및올바른영상해석기술을숙지하여야한다. REFERENCES 1. Wells PN. ltrasound imaging. Phys Med Biol. 2006;51:R Bianchi S, Martinoli C. Ultrasound of the musculoskeletal system. Berlin, New York: Springer; Bushberg JT, Seibert JA, Leidholdt EM, Boone JM. The essential physics of medical imaging. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins; Claudon M, Tranquart F, Evans DH, Lefèvre F, Correas M. Advances in ultrasound. Eur Radiol. 2002;12: Carpenter DA. Ultrasonic transducers. Clin Diagn Ultrasound. 1980;5: Hangiandreou NJ. AAPM/RSNA physics tutorial for residents. Topics in US: B-mode US: basic concepts and new technology. Radiographics. 2003;23: Whittingham TA. Medical diagnostic applications and sources. Prog Biophys Mol Biol. 2007;93: Lin EC, Middleton WD, Teefey SA. Extended field of view sonography in musculoskeletal imaging. J Ultrasound Med. 1999;18: Entrekin RR, Porter BA, Sillesen HH, Wong AD, Cooperberg PL, Fix CH. Real-time spatial compound imaging: application to breast, vascular, and musculoskeletal ultrasound. Semin Ultrasound CT MR. 2001;22: Hünerbein M, Raschke M, Khodadadyan C, Hohenberger P, Haas NP, Schlag PM. Three-dimensional ultrasonography of bone and soft tissue lesions. Eur J Ultrasound. 2001;13: Feldman MK, Katyal S, Blackwood MS. US artifacts. Radiographics. 2009;29:

9 333 pissn : , eissn : Instructional Course Lectures J Korean Orthop Assoc 2013; 48: 근골격계초음파입문 신상진 정병진 이화여자대학교의학전문대학원정형외과학교실 초음파란사람이들을수있는가청주파수이상의음파를말한다. 초음파진단기기의발전과더불어최근정형외과영역에서적용범위와사용빈도가급격하게증가하고있다. 초음파는압전효과에의해발생하며전파되기위해서매개체가필요한데, 그매개체의특성에따라전달속도에차이가난다. 또한통과하는물질과반사, 굴절, 흡수, 산란, 투과, 및감쇠등의상호작용을일으키며, 이런특성들이종합되어초음파영상으로나타난다. 초음파의가장중요한구조는탐촉자이며압전물질의배열에따라구분할수있으며, 모양과사용방법및위치에따라여러종류가있다. 현재대부분의초음파는 B-모드의영상표시방법을사용하고있으며, 도플러초음파, 확장된시야이미징, 통합이미징, 3차원이미지등다양한이미지의발전을통해진단에도움을준다. 초음파영상은다양한허상이발생할수있는데, 이러한허상은정확한진단을방해하기때문에그종류와원인을이해하여야만정확한초음파영상의판독이가능하게된다. 따라서올바른진단과적절한초음파사용을위하여초음파의정확한이해및올바른영상해석기술을숙지하여야한다. 색인단어 : 초음파, 초음파영상, 초음파의원리 접수일 2012 년 12 월 3 일수정일 2013 년 1 월 22 일게재확정일 2013 년 3 월 6 일책임저자신상진서울시양천구안양천로 1071, 이화여자대학교의학전문대학원정형외과학교실 TEL , FAX , sjshin622@ewha.ac.kr 대한정형외과학회지 : 제 48 권제 5 호 2013 Copyright 2013 by The Korean Orthopaedic Association This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

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PowerPoint 프레젠테이션 초음파물리학 Dept. of Radiological Science Hanseo University reflection < 그림 7-1> specular reflection diffuse reflection scattering 발생 scattering < 그림 7-2> 흩어짐 많은진단정보제공 hyperechoic : 음향산란이주변조직보다큰영역 ( 과다반사지역