Influence of Cortical Endplates on Ultrasonic Properties of Trabecular Bone

피질골판이 해면질골의 초음파 특성에 미치는 영향

Influence of Cortical Endplates on Ultrasonic Properties of Trabecular Bone

김윤미*, 이강일*^✝

Yoon Mi Kim* and Kang Il Lee*^✝

초 록 본 연구에서는 골절 위험도가 높은 대퇴골의 두꺼운 피질골판이 해면질골의 초음파 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위해 소의 대퇴골을 이용하여 12개의 해면질골을 제작하였으며, 피질골과 유사한 밀도 및 음속을 갖는 아크릴을 이용하여 피질골판을 모사하는 1.25, 1.80, 및 2.75 mm의 두께를 갖는 아크릴 판을 제작하였다. 해면질골 양면에 부착된 아크릴판의 두께가 증가하더라도 음속과 해면질골의 겉보기 골밀 도 사이에 Pearson 상관계수는 0.80-0.86의 값을 가지며, 높은 상관관계가 존재하는 것으로 나타났다. 또한 0.5 MHz에서 측정된 감쇠계수와 해면질골의 겉보기 골밀도 사이에 Pearson 상관계수는 0.84-0.91의 값을 가지 며, 높은 상관관계가 존재하는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과로부터 종골에 비해 상대적으로 더 두꺼운 피질골판을 갖는 대퇴골에서 측정된 음속 및 특정 주파수에서의 감쇠계수는 대퇴골의 골밀도를 예측하기 위 한 지표로서 이용될 수 있음을 알 수 있다.

주요용어: 골다공증, 해면질골, 피질골판, 겉보기 골밀도, 정량적 초음파, 음속, 감쇠계수

Abstract The present study investigated the influence of thick cortical endplates on the ultrasonic properties of trabecular bone in a femur with a high fracture risk. Twelve trabecular bone samples were prepared from bovine femurs, and acrylic plates with thicknesses of 1.25, 1.80, and 2.75 mm were manufactured to simulate the cortical endplates using acrylic with a density and a sound speed similar to cortical bone. Although the thickness of the acrylic plates attached to the two sides of the trabecular bone increased, high correlations were observed between the speed of sound and the apparent bone density of the trabecular bone, with Pearson's correlation coefficients of 0.80-0.86. High correlations were also observed between the attenuation coefficient at 0.5 MHz and the apparent bone density of the trabecular bone, with Pearson's correlation coefficients of 0.84-0.91. These results suggest that the speed of sound and attenuation coefficient at a specific frequency measured in a femur with relatively thick cortical endplates compared to the calcaneus could be used as indices for predicting the bone mineral density of the femur.

Keywords: Osteoporosis, Trabecular Bone, Cortical Endplate, Apparent Bone Density, Quantitative Ultrasound, Speed of Sound, Attenuation Coefficient

[Received: December 29, 2014, Revised: January 27, 2015, Accepted: January 28, 2015] *강원대학교 물리학과,

✝Corresponding Author: Department of Physics, Kangwon National University, Chuncheon 200-701, Korea (E-mail:

[email protected])

ⓒ 2015, Korean Society for Nondestructive Testing

1. 서 론

현대사회에서 당뇨병 및 심혈관 질환과 함께 가장 심각한 노인성 질환 중의 하나인 골다공증 은 골량의 감소 및 골구조의 파괴로 인해 작은 충격에도 골절이 쉽게 발생하는 전신적 골질환으

로 정의된다[1]. 골다공증 진단을 위한 여러 가지 방법 중에서 이중에너지 X-선 흡수계측법을 이 용하여 단위면적당 또는 단위체적당 골밀도를 측 정하는 것이 가장 정확한 골다공증 진단방법으로 알려져 있다[2]. 골밀도를 측정하는 이유는 골밀 도가 골강도의 60%-80%를 대변할 뿐만 아니라

골생검 없이 비침습적으로 측정할 수 있는 지 표이기 때문이다. 한편 인체의 뼈는 피질골 (cortical bone) 및 해면질골(trabecular bone)과 같 은 두 종류의 골조직으로 분류된다. 뼈의 외부껍 질은 매우 치밀한 구조를 갖는 피질골로 구성되 며, 뼈의 중심부 및 긴 뼈의 양쪽 말단은 골소주 (trabeculae)가 3차원의 그물 구조를 갖는 해면질 골로 구성된다. 골량의 80%는 피질골이 차지하 지만, 피질골에 비해 해면질골의 표면적이 더 크 므로 골조직의 물질대사는 대부분 해면질골에서 일어난다. 따라서 골밀도 측정도 대부분이 해면 질골로 이루어진 1번부터 4번까지의 요추골 및 대퇴골 경부를 대상으로 하며, 골밀도가 젊은 정 상 성인보다 -2.5 표준편차 이하인 경우에 골다 공증으로 분류된다[3].

골다공증 진단을 위해 임상에서 가장 널리 이 용되고 있는 이중에너지 X-선 흡수계측법은 치 료반응을 평가하기 위한 반복적인 측정을 위해 방사선 노출의 부담이 필연적으로 존재한다는 단 점을 갖고 있다. 골다공증 진단을 위한 정량적 초음파(quantitative ultrasound; QUS) 기술은 일반 적으로 말초 골격계의 골밀도를 평가할 수 있는 방법으로서 종골(calcaneus), 즉 발뒤꿈치 뼈에서 음속(speed of sound; SOS) 및 광대역 초음파 감 쇠(normalized broadband ultrasound attenuation;

nBUA)로 불리는 특성감쇠계수를 측정한다[4]. 사 람의 종골은 초음파가 수직으로 투과하는 양면이 서로 평행하여 초음파 특성 측정이 용이하고, 종 골의 양면 사이에 해면질골을 많이 포함하고 있 으며, 특히 초음파 특성 측정에 큰 영향을 미칠 수 있는 피질골판(cortical endplate)의 두께가 매 우 얇은 장점을 갖고 있다. 이와 같이 종골에서 측정된 SOS 및 nBUA는 종골의 골밀도와 높은 선형적인 상관관계를 가지므로 전신적 골질환인 골다공증의 진단지표로 이용되고 있다[5]. QUS 기술은 이중에너지 X-선 흡수계측법에 비해 골 밀도 측정의 정확도가 상대적으로 낮아 정확도의 개선이 요구되고 있지만, 방사선 노출의 위험성 이 전혀 없으므로 골다공증 중증환자에게 반복적 인 검사가 가능할 뿐만 아니라, 진단기기의 가격 및 검진비용이 상대적으로 저렴하여 골다공증 선 별검사에 널리 이용되고 있다.

최근에는 골절 위험도가 높은 대퇴골 경부에서 골밀도와 초음파 특성 사이의 상관관계를 조사하

기 위한 연구가 활발히 수행되고 있다. 예를 들 면, Padilla 등은 생체외 조건에서 37개의 대퇴골 샘플을 이용하여 대퇴골의 골밀도와 SOS 및 nBUA 사이에 높은 선형적인 상관관계가 나타나 는 것을 보고하였다[6]. 또한 Barkmann 등은 생 체내 조건에서 대퇴골 경부의 SOS 및 nBUA를 직접 측정할 수 있는 초음파 시스템을 개발하여 임상연구를 활발히 수행하고 있다[7]. 그러나 초 음파가 투과하기에 용이하지 않은 해부학적 구조 및 종골에 비해 상대적으로 더 두꺼운 피질골판 을 갖는 대퇴골에서의 초음파 특성 측정은 정확 도에 대한 문제점을 갖고 있는 것으로 알려져 있 다[8]. 본 연구의 목적은 골절 위험도가 높은 대 퇴골의 두꺼운 피질골판이 해면질골의 초음파 특 성에 미치는 영향을 조사하는 것이다. 이를 위해 소의 대퇴골을 이용하여 12개의 해면질골을 제작 하였으며, 피질골과 유사한 밀도 및 음속을 갖는 아크릴을 이용하여 피질골판을 모사하는 1.25, 1.80, 및 2.75 mm의 두께를 갖는 아크릴판을 제 작하였다.

2. 실 험

2.1. 샘플 제작

본 연구에서 이용된 총 12개의 해면질골은 소 의 대퇴골을 이용하여 제작하였다. 해면질골은 전기톱을 이용하여 초음파가 수직으로 투과하는 양면이 서로 평행한 직육면체의 형태를 갖도록 제작하였으며, 12개의 해면질골이 갖는 두께는 14.15 ± 1.65 mm (평균값 ± 표준편차)였다. 해면 질골 내부의 골수는 초음파 특성 측정 전에 100°C 이상의 온도를 갖는 수중에서 가열하여 제거하였다. 또한 약 1 mmHg의 압력을 갖는 진 공 데시케이터에서 10시간 동안 보관하여 해면질 골 내부의 기포를 모두 제거하였다. 피질골판이 해면질골의 초음파 특성에 미치는 영향을 조사하 기 위해 피질골과 유사한 밀도(1185 kg/m³) 및 음 속(2811 m/s)을 갖는 아크릴을 이용하여 피질골 판을 모사하는 아크릴판을 제작하였다. 아크릴판 은 대퇴골의 피질골판이 갖는 두께 범위를 고려 하여 1.25, 1.80, 및 2.75 mm의 두께를 갖도록 제 작하였다. 이와 같이 제작된 12개의 해면질골 및 아크릴판은 본 연구에서 이용된 초음파 트랜스듀

Table 1 Apparent bone density of 12 trabecular bones

Sample # Apparent bone density (g/mm³)

1 441

2 446

3 346

4 614

5 352

6 376

7 503

8 589

9 395

10 461

11 659

12 389

Mean ± SD 464 ± 106

Fig. 1 Typical trabecular bone and acrylic plates with thicknesses of 1.25, 1.80, and 2.75 mm used in the present study

서의 중심 로브 폭인 15 mm보다 큰 폭을 갖도록 제작하였다. Fig. 1은 본 연구에서 이용된 하나의 대표적인 해면질골 및 1.25, 1.80, 및 2.75 mm의 두께를 갖는 아크릴판을 나타낸다. Table 1은 겉 보기 골밀도(apparent bone density) 측정법을 이용 하여 측정된 12개 해면질골의 겉보기 골밀도를 나타낸다. 겉보기 골밀도는 직육면체의 형태를 갖는 해면질골의 체적과 질량의 비로부터 결정되 었으며, 본 연구에서 이용된 12개 해면질골의 평 균 겉보기 골밀도는 464 g/mm³로서 59부터 90세 까지의 연령 분포를 갖는 사람의 종골로부터 제 작된 해면질골의 평균 골밀도(262 g/mm³)보다 높 게 나타났다[9].

2.2. SOS 및 nBUA 측정

해면질골 샘플의 SOS 및 nBUA는 Fig. 2에 나 타낸 실험장치 개략도와 같이 16.5°C의 온도를 갖는 수중에서 투과법을 이용하여 측정하였다. 본 연구에서 이용된 25.4 mm의 직경 및 0.5 MHz 의 중심주파수를 갖는 한 쌍의 광대역, 비집속형 초음파 트랜스듀서(Panametrics V301)는 근거리 음장 길이(54 mm)의 두 배가 되는 거리에 서로 마주 보도록 위치하였다. 해면질골 샘플은 그 중 심이 트랜스듀서의 빔폭이 가장 좁아지는 근거리 음장 길이와 일치하는 지점에 위치하였다.

초음파 신호를 송/수신하기 위해 펄서/리시버 (Panametrics 5800PR)를 이용하였으며, 수신된 초 음파 신호를 분석 및 수집하기 위해 디지털 오실 로스코프(LeCroy WS44Xs)를 이용하였다. 본 연 구에서는 아크릴 판을 부착하지 않은 해면질골 샘플(A-0)과 각각 1.25, 1.80, 및 2.75 mm의 두께 를 갖는 아크릴판을 초음파가 수직으로 투과하는 해면질골 양면에 얇은 고무줄을 이용하여 부착한 해면질골 샘플(A-1.25, A-1.80, 및 A-2.75)에 대해 초음파 특성을 측정하였다.

해면질골 샘플의 SOS (m/s)는 초음파 트랜스듀 서 사이에 샘플이 없는 경우에 수신된 기준신호 와 샘플이 있는 경우에 수신된 샘플신호의 도달 시간 차이에 의해 결정되며, 식(1)을 이용하여 계 산하였다[10].

SOS  

  

_∆

_

(1)

Fig. 2 Schematic diagram of the experimental setup for measuring the SOS and the nBUA of trabecular bone samples in water by using a through-transmission method

Fig. 3 Reference signal through water only and typical sample signals through A-0, A-1.25, A-1.80, and A-2.75

Fig. 4 Power spectrums of the reference signal and the typical sample signals through A-0, A-1.25, A-1.80, and A-2.75 presented in Fig. 3

Table 2 SOS measured in A-0, A-1.25, A-1.80, and A-2.75

Sample # A-0 A-1.25 A-1.80 A-2.75

1 1541 1656 1719 1867

2 1569 1712 1768 1811

3 1517 1634 1673 1726

4 1698 1779 1810 1859

5 1624 1710 1738 1785

6 1598 1704 1739 1823

7 1582 1718 1750 1829

8 1696 1777 1815 1859

9 1588 1727 1761 1821

10 1569 1665 1713 1746

11 1811 1876 1906 1967

12 1536 1694 1728 1790

Mean±SD 1610±85 1721±65 1760±61 1823±63 여기서 는 수중에서의 음속(1471 m/s @ 16.5°C),

는 샘플의 두께, 및 ∆는 초음파 트랜스듀서 사이에 샘플이 없는 경우에 수신된 기준신호와 샘플이 있는 경우에 수신된 샘플신호의 도달시간 차이를 나타낸다.

주파수에 의존하는 해면질골 샘플의 감쇠계수

  (dB/cm)는 초음파 트랜스듀서 사이에 샘플 이 없는 경우와 있는 경우에 수신된 기준신호 및 샘플신호의 진폭 차이에 의해 결정되며, 식(2)를 이용하여 계산하였다[10].

   

 













여기서





3. 실험결과 및 고찰

Fig. 3은 기준신호 및 대표적인 하나의 해면질 골 양면에 아크릴판이 부착되지 않은 경우와 부 착된 경우에 수신된 샘플신호를 나타낸 것이다.

A-0은 아크릴판이 부착되지 않은 해면질골 샘플 을 나타내며, A-1.25, A-1.80, 및 A-2.75는 각각 1.25, 1.80, 및 2.75 mm의 두께를 갖는 아크릴판 이 부착된 샘플을 나타낸다. Fig. 3에서 볼 수 있 듯이 해면질골 양면에 아크릴판이 부착되지 않은 경우(A-0)에 비해 아크릴판이 부착된 경우 (A-1.25, A-1.80, 및 A-2.75)에 도달시간이 더 빠 른 것으로 나타났다. 또한 부착된 아크릴판의 두 께가 증가함에 따라 도달시간도 빨라지는 것을 알 수 있다. 기준신호 및 해면질골 샘플을 투과 한 샘플신호의 도달시간 차이는 각 신호에서 최 대진폭의 도달시간을 이용하여 결정하였다. Fig.

4는 Fig. 3에 나타낸 기준신호 및 샘플신호에 푸 리에 변환(fast Fourier transform)을 취하여 획득된 파워스펙트럼을 나타낸다.

Table 2는 A-0, A-1.25, A-1.80, 및 A-2.75에서 측정된 SOS를 나타낸다. Table 2에서 볼 수 있듯

Fig. 5 SOSs as a function of the apparent bone density of trabecular bone measured in (a) A-0, (b) A-1.25, (c) A-1.80, and (d) A-2.75

Fig. 6 Comparison between the predictions and the measurements of SOS in (a) A-0, (b) A-1.25, (c) A-1.80, and (d) A-2.75

Table 3 Pearson's correlation coefficients (r) between the SOS and the apparent bone density of trabecular bone measured in A-0, A-1.25, A-1.80, and A-2.75 (p < 0.0001 for all r)

Apparent bone density

SOS of A-0

SOS of A-1.25

SOS of A-1.80

SOS of A-2.75 Apparent

bone density

1 0.83 0.82 0.86 0.80

SOS of

A-0 1 0.96 0.95 0.91

SOS of

A-1.25 1 0.99 0.98

SOS of

A-1.80 1 0.97

SOS of

A-2.75 1

이 해면질골 양면에 아크릴판이 부착되지 않은 경우(A-0)에 비해 아크릴판이 부착된 경우(A-1.25, A-1.80, 및 A-2.75)에 SOS가 더 큰 값을 갖는 것 으로 나타났다. 또한 부착된 아크릴판의 두께가 증가함에 따라 해면질골 샘플의 SOS도 증가하는 것으로 나타났다. 사람의 대퇴골에서 측정된 해 면질골 및 피질골판의 SOS는 각각 1500-1812 m/s 및 2500-3600 m/s의 분포를 갖는 것으로 알려져 있다[6,11]. 이와 유사하게 본 연구에서 소의 대 퇴골을 이용하여 제작된 12개 해면질골의 SOS는 1608 m/s의 평균값을 갖는 것으로 나타났으며, 아 크릴판의 SOS는 2811 m/s의 값을 갖는 것으로 나타났다. 즉 아크릴판은 피질골판과 마찬가지로 해면질골에 비해 더 큰 SOS를 가지며, 해면질골 양면에 부착된 아크릴판의 두께 증가는 해면질골 샘플의 SOS를 증가시키는 원인이 된다고 할 수 있다.

Fig. 5는 (a) A-0, (b) A-1.25, (c) A-1.80, 및 (d) A-2.75에서 측정된 SOS를 해면질골의 겉보기 골 밀도 함수로 나타낸 것이다. 그림의 ○는 각각의 해면질골 샘플에 대해 샘플의 중심으로부터 위치 를 변화시켜가며 서로 다른 10개의 관심영역에 대해 측정된 SOS의 평균값을 나타내며, 표준편차 는 1% 이내의 값을 가졌다. 또한 실선으로 표시 된 직선은 이들 평균값에 대한 선형회귀(linear regression)를 나타낸다. Table 3은 A-0, A-1.25, A-1.80, 및 A-2.75에서 측정된 SOS와 해면질골의

겉보기 골밀도 사이의 Pearson 상관계수 (r)을 나 타낸다 (모든 r에 대해 p < 0.0001). Table 3에서 볼 수 있듯이 해면질골 양면에 부착된 아크릴판 의 두께가 증가하더라도 A-0, A-1.25, A-1.80, 및 A-2.75의 SOS와 해면질골의 겉보기 골밀도 사이 에 Pearson 상관계수는 0.80-0.86의 값을 가지며, 높은 상관관계가 존재하는 것으로 나타났다. 또 한 A-0, A-1.25, A-1.80, 및 A-2.75에서 측정된 SOS 사이에도 0.91 이상의 Pearson 상관계수를 가 지며, 매우 높은 상관관계가 나타나는 것을 알 수 있다. 이와 같은 결과로부터 종골에 비해 상 대적으로 더 두꺼운 피질골판을 갖는 대퇴골에서 측정된 SOS는 대퇴골의 골밀도를 예측하기 위한 지표로서 이용될 수 있음을 알 수 있다.

본 연구에서 이용된 해면질골 샘플은 초음파가 수직으로 투과하는 해면질골 양면에 피질골판을 모사하는 아크릴판이 부착된 구조로서, 식(1)의

∆를 아래의 식(3)과 같이 새롭게 정의하면 해 면질골 샘플의 SOS를 예측할 수 있다.

∆  _

_

 _

_

 _

_

 _

_ _ _

(3)

여기서 _, _, 및 _ 는 각각 아크릴판, 해면질 골, 및 물의 음속을 나타내며, _, _, 및 _ 는 각각 좌측 아크릴판, 해면질골, 및 우측 아크릴판 의 두께를 나타낸다. Fig. 6은 식(3)을 이용하여 (a) A-0, (b) A-1.25, (c) A-1.80, 및 (d) A-2.75에서 예측된 SOS를 측정값과 비교한 것이다. 또한 실 선으로 표시된 직선은 이들 사이의 상관관계를 의미하는 선형회귀를 나타낸다. Fig. 6에서 볼 수 있듯이 해면질골 양면에 아크릴판이 부착된 해면 질골 샘플에서 예측된 SOS는 측정값과 잘 일치 하는 것으로 나타났다. 즉 식(3)을 이용하여 해면 질골 양면에 존재하는 피질골판의 두께 변화가 해면질골의 SOS에 미치는 영향을 예측할 수 있 음을 알 수 있다.

Fig. 7은 대표적인 하나의 해면질골 양면에 아 크릴판이 부착되지 않은 경우(A-0)와 부착된 경 우(A-1.25, A-1.80, 및 A-2.75)에 측정된 감쇠계수 를 주파수 함수로 나타낸 것이다. 엄밀히 말하여 물/아크릴판 경계면에서 발생되는 투과손실이 보 정되지 않았으므로 겉보기 감쇠(apparent attenua- tion)라고 할 수 있다. 골다공증 진단지표로 이용

Fig. 7 Typical attenuation coefficients as a function of the frequency measured in A-0, A-1.25, A-1.80, and A-2.75

Fig. 8 Attenuation coefficients at 0.5 MHz as a function of the apparent bone density of trabecular bone measured in (a) A-0, (b) A-1.25, (c) A-1.80, and (d) A-2.75

되고 있는 nBUA는 특정한 주파수 영역에서 (임 상에서는 0.2-0.6 MHz의 주파수 영역에서) 주파 수가 증가함에 따라 감쇠계수가 선형적으로 증가 할 때 감쇠계수의 기울기로 주어진다. Fig. 7에서 볼 수 있듯이 본 연구에서 이용된 0.3부터 0.6 MHz까지의 주파수 영역에 대해 해면질골 양면 에 아크릴판이 부착되지 않은 경우(A-0)에 주파 수가 증가함에 따라 감쇠계수가 선형적으로 증가 하는 것으로 나타났다. 그러나 해면질골 양면에 아크릴판이 부착된 경우(A-1.25, A-1.80, 및 A-2.75)에는 주파수가 증가함에 따라 감쇠계수가 비선형적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서 해면질골 양면에 아크릴판이 부착되지 않은 경우 를 제외하고, 해면질골 양면에 아크릴판이 부착 된 경우에는 해면질골 샘플의 nBUA를 결정할 수 없는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과로부터 해면질골 양면에 부착된 아크릴판은 골다공증 진 단지표인 nBUA 측정에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 즉 종골에 비해 상대적으로 더 두꺼 운 피질골판을 갖는 대퇴골에서는 nBUA의 측정 이 용이하지 않음을 알 수 있다.

Fig. 8은 (a) A-0, (b) A-1.25, (c) A-1.80, 및 (d) A-2.75에서 측정된 0.5 MHz에서의 감쇠계수를 해 면질골의 겉보기 골밀도 함수로 나타낸 것이다.

그림의 ○는 각각의 해면질골 샘플에 대해 샘플 의 중심으로부터 위치를 변화시켜가며 서로 다른 10개의 관심영역에 대해 측정된 감쇠계수의 평균 값을 나타내며, 표준편차는 5% 이내의 값을 가 졌다. 또한 실선으로 표시된 직선은 이들 평균값 에 대한 선형회귀를 나타낸다. Table 4는 A-0,

Table 4 Pearson's correlation coefficients (r) between the attenuation coefficient at 0.5 MHz and the apparent bone density of trabecular bone measured in A-0, A-1.25, A-1.80, and A-2.75 (p < 0.0001 for all r)

Apparent bone density

Attenuation coefficient of

A-0

Attenuation coefficient of

A-1.25

Attenuation coefficient of

A-1.80

Attenuation coefficient of

A-2.75

Apparent bone density 1 0.85 0.91 0.87 0.84

Attenuation coefficient of A-0 1 0.90 0.96 0.96

Attenuation coefficient of A-1.25 1 0.90 0.88

Attenuation coefficient of A-1.80 1 0.94

Attenuation coefficient of A-2.75 1

A-1.25, A-1.80, 및 A-2.75에서 측정된 0.5 MHz에 서의 감쇠계수와 해면질골의 겉보기 골밀도 사이 의 Pearson 상관계수 (r)을 나타낸다 (모든 r에 대 해 p < 0.0001). Table 4에서 볼 수 있듯이 해면 질골 양면에 부착된 아크릴판의 두께가 증가하더 라도 A-0, A-1.25, A-1.80, 및 A-2.75의 감쇠계수 와 해면질골의 겉보기 골밀도 사이에 Pearson 상 관계수는 0.84-0.91의 값을 가지며, 높은 상관관 계가 존재하는 것으로 나타났다. 또한 A-0, A-1.25, A-1.80, 및 A-2.75에서 측정된 감쇠계수 사이에도 0.88 이상의 Pearson 상관계수를 가지 며, 매우 높은 상관관계가 나타나는 것을 알 수 있다. 이와 같은 결과로부터 해면질골 양면에 아 크릴판이 부착된 경우에도 특정 주파수에서 측정 된 감쇠계수는 해면질골의 겉보기 골밀도와 높은 상관관계를 갖는 것을 알 수 있다.

4. 결 론

본 연구에서는 골절 위험도가 높은 대퇴골의 두꺼운 피질골판이 해면질골의 초음파 특성에 미 치는 영향을 조사하였다. 이를 위해 소의 대퇴골 을 이용하여 12개의 해면질골을 제작하였으며, 피질골과 유사한 밀도 및 음속을 갖는 아크릴을 이용하여 피질골판을 모사하는 1.25, 1.80, 및 2.75 mm의 두께를 갖는 아크릴판을 제작하였다.

초음파가 수직으로 투과하는 해면질골 양면에 부 착된 아크릴판의 두께가 증가함에 따라 해면질골 샘플의 SOS도 증가하는 것으로 나타났다. 또한 해면질골 양면에 부착된 아크릴판의 두께가 증가 하더라도 SOS와 해면질골의 겉보기 골밀도 사이 에 Pearson 상관계수는 0.80-0.86의 값을 가지며,

높은 상관관계가 존재하는 것으로 나타났다. 한 편 0.3부터 0.6 MHz까지의 주파수 영역에 대해 해면질골 양면에 아크릴판이 부착된 경우에는 주 파수가 증가함에 따라 감쇠계수가 비선형적으로 증가하여 해면질골 샘플의 nBUA를 결정할 수 없는 것으로 나타났다. 그러나 0.5 MHz에서 측정 된 감쇠계수와 해면질골의 겉보기 골밀도 사이에 Pearson 상관계수는 0.84-0.91의 값을 가지며, 높 은 상관관계가 존재하는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과로부터 종골에 비해 상대적으로 더 두 꺼운 피질골판을 갖는 대퇴골에서 측정된 SOS 및 특정 주파수에서의 감쇠계수는 대퇴골의 골밀 도를 예측하기 위한 지표로서 이용될 수 있음을 알 수 있다.

후 기

이 논문은 2014년도 정부(미래창조과학부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기 초연구사업임(No. 2014R1A1A1A05002187).

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