□ 초음파의 이해와 이용

1. 정의

초음파는 진동 주파수가 17,000- 20,000 Hz이상으로 높아서 인간의 귀로 들을 수 없는 불가청 진동음파 (acoustic vibration)이다. 초음파치료는 0.5-5 MHz, 대개는 1 MHz 내외의 초음파를 사용하여 여러 질병을 치료하는 것을 말하고, 초음파영동치료는 초음파에너지로 피부를 통하여 약물을 조직안으로 도입시키는 치료방법이다.

2. 역사

1880년 Pierre Curie와 Paul Jacque Curie가 수정판에 압력을 가하면 전기가 발생하는 압전효과에 대해 처음 기술한 이래 큐리의 친구인 Langevin이 1910년 역압전효과를 이용하여 초음파를 발생시키는 방법을 이용하였으며, 1917년 조그만 물고기가 초음파의 빔 (beam)속에서 헤엄치다 죽는 것을 보고 처음으로 초음파의 생물학적 효과에 대해 기록한 것을 기점으로 1927년 미국의 물리학자 Wood, RW와 Loomis가 Langevin의 이론적 연구를 토대로 초음파에너지의 생물학적 효과에 대한 연구결과를 출판한 이래 많은 간행물이 등장하였다. 1928년 Woeber K는 초음파가 골경화증 (osteosclerosis)에 효과가 있다고 믿었으며, 1934년 Nakahara W, Kobayashi R등은 쥐의 피부에 초음파를 조사한 결과 내피선종 (intracutaneous adenocarcinoma)이 발생됨을 관찰하였다. 1938년 Hirohashi K, Hayashi S들은 초음파를 5분간 조사한 결과 피부 종양이 흡수되었음을 관찰했고, 1944년 Horvath J는 초음파의 의료 이용연구에 관한 책을 출판하는 등 유럽에서 초음파에 대한 연구가 고조되었다. 1930년대 주로 독일에서 초음파의 의학적 이용이 시작되고 1940년대 미국에 소개된 이래, 1952년에 미국 물리의학협의회 (American Council of Physical Medicine & Rehabilitation)에서 초음파를 공식 물리치료요소로 채택한 이래 초음파 치료는 오늘날 널리 쓰이는 열 치료의 하나이다.

3. 물리

1. 음파의 분류

음파는 진동주파수에 따라 저음파, 음파, 초음파로 나눈다. 개나 고양이와 같은 짐승은 사람보다 가청음파의 영역이 크고, 박쥐의 경우에는 150 KHz이상의 음파를 감지하여 어두운 곳에서도 볼 수 있으나, 사람이 귀로 들을 수 있는 음의 영역은 젊은 사람은 18,000 Hz, 나이든 사람은 12,000 Hz등 나이나 개인차에 따라 약간씩 다르지만 대개 16-20 Hz부터 17,000-20,000 Hz정도이다. 지진등과 같이 진동수가 낮아서 사람이 들을 수 없는 음파 곧 최저 가청주파수보다 낮은 음파를 저음파 (infrasound, subsonic)라 하고 사람이 들을 수 있는 최고 주파수보다 높은 음파를 초음파 (ultrasound)라 한다. 수 십∼ 100 MHz이상으로 매우 높은 주파수의 초음파를 극초음파 (pretersound, hypersound)라 하며 1013 Hz에 한계에 이르게 되어 더 이상 기계적 진동이 일어나지 못하게 된다.

분 류 주 파 수

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저음파 (infrasound) 16-20 Hz 이하

음파 (sound wave) 16-20∼17,000-20,000 Hz

초음파 (ultrasound) 17-20 KHz 이상

극초음파 (hypersound) 수십∼100 MHz 이상

□ 1.2 MHz 고 출력 초음파의 동작 이미지