Ch. 3 보건물리학
(Health Physics) 3.3 초음파 / 70
3.9 X-ray / 82
7주 강의
3.3 초음파 - p70
음파(sound wave) : 탄성 역학파의 한 종류.
1) 초음파(ultrasonic) : 20,000Hz 이상의 주파수를 갖는 파
2) 가청음파(audiosonic) : 20～20,000Hz 사이의 주파수를 갖는 파 3) 초저주음파(infrasonic) : 가청영역 아래 범위의 주파수를 갖는 파
초음파의 응용
가청대역의 소리와는 달리 초음파는 아주 좁은 비임(beam)의 형태로 발생한다. 이는 회절효과가 파장에 비례하기 때문이다. 실용적으로 이러한 초음파의 좁은 비임 형태가 유용하게 사용된다.
※ 회절현상(diffraction phenomenon) : 작은 구멍을 향해 발사된 평면파인 음파는 구멍을 통과한 후에는 부채살 같이 퍼져나간다. 이렇게 파동이 퍼지거나 가장자리에서 휘어지는 현상을 회절이라고 한다.
1) 통신:배의 음향탐지기
(sonar : sound navigation and ranging)
다른 배/잠수함의 위치 또는 바다의 깊이를 재는 데 이용.
발신기에서 발사된 초음파는 탐사체 에서 반사된 후, 발신기가 수신기 역 할을 하면서 수신한다.
이때의 초음파의 발신과 수신 사이 의 시간차를 측정하여 물체의 위치나 바다의 깊이를 결정할 수 있다.
배에서 음을 보낸 후 돌아오는 반향 펄스를 모아 해저의 구릉 상태를 알 아낼 수도 있다.
메아리의 원리를 이용
.
2) 산업 : 초음파세척기/살균기
직접 닦아낼 수 없는 부분을 세척하기 위해
물속에서 초음파를 발생시키면 물 분자가 진동하고 물체에 빠르게 부딪치면서 이물질을 떨어낸다.
비교적 쉽게 떨어지는 미세한 이물질에 유효한 방법.
일반적으로 20,000~30,000Hz 의 초음파가 이용.
'공동현상'을 일으켜 세정하기도 한다.
물 속 기 체 분 자 가 초 음 파 를 받 으 면 압 축 했 다 가 팽창하면서 기포가 되어 터지는데 이를 공동현상이라 한다.
기포가 터지는 충격을 이용해 단단히 붙어있는 이물질도 떼어낼 수 있다.
초음파 접착[ultrasonic bonding]
매우 가는 선, 리드선, 칩 등을 초음파 진동 을 가하여 압착(壓着)하는 것.
접착시키고자 하는 두 면에 초음파진동을
가한 후, 약간의 압력을 주면 이때 발생한 열
에너지에 의해 접착이 이루어진다.
3) 의학 : 초음파 진단〔검사〕
X-선 보다 부드러운 조직과 액체를 구별해 낼 수 있다.
---> 태아의 건강 진단, 낭종과 종양 등도 구별해 낸다.
이를 위해서는 초음파소노그래피(ultrasonography)가 사용된다. 이 기계는 뇌나 간장, 신장 등에 초음파를 발사한 후 여기서 반사되어 오는 파를 분석한다.
반사파는 변환기에 의해 전기적인 신호로 바뀌어져 오실로스코프에 표시된다.
태아의 초음파 영상에 이용
아주 좁은 초음파 빔이 짧은 펄스의 형태로 임산부의 몸을 통해 OA의 방향 으로 발사된다. 오실로스코우프에서의 밝은 점은 임산부 내부에서의 빔과 같 은 방향으로 스크린 아래로 움직인다.
파동이 한 종류의 조직에서 다른 종류 의 조직으로, 예를 들어 근육에서 뼈로 움직임에 따라 반향파가 형성되고, 그 반향파가 도달하면 스크린에 밝은 점 이 보이게 된다. 그러면, 빔이 다른 방 향(OB나 OC등)을 따라 보내져, 일련의 밝은 점들을 형성함으로써 태아의 전 체적인 영상을 구성하는 것이다.
3. 태아의 사진
출산 3개월 전의 초음파 사진
이 사진에는 컴퓨터가 이용되어
반사된 펄스로부터 더 욱 선명한 결과가 나오도 록 한 것이다.
초음파 신체 진단 기술 은 산모나 태아에게 아무 런 해를 주지 않는다.
태아의 건강 진단
28주 째 된 태아를 초 음파영상으로 얻은 사진
사진을 토대로 태아 의 건강 상태를 파악할 수 있다.
예를 들어, 아기의 입
이 크게 벌어지고 혀가
앞으로 나와 있으면 목
의 악성종양이 커서 아
기가 양수를 삼키지 못
하므로 큰 문제임을 알
게 된다.
3.9 X-선
X-ray는 1895년 말 Wilhelm C. Roentgen(1845-1923)이 발견.
고압 음극선관으로 실험하는 동안 염화 바륨으로 덮인 근처의 스크린이 빛나기 시작함을 우연히 발견
나무 조각, 알루미늄 판을 음극선관과 스크린 사이에 놓아도 스크린이 여전히 빛나자,
음극선관과 사진판 사이에 손을 놓아 보았더니 사진판에 손의 뼈 그림자가 나타남.
이 파동의 정확한 이름을 몰랐던 그는, 이것을 미지의 새로운 광선이라는 뜻 으로 X-선이라고 명명함.
X-선의 특성
높은 주파수와 매우 짧은 파장을 가진 전자기파의 일종
전자가 금속 목표물을 때릴 때 발생한다.
X-선관은 텅스텐 필라멘트와 텅스텐 양 극(anode)을 포함하는 유리 상자로 구성.
필라멘트가 가열되면 전자들이 방출되는 데, 이 과정을 열이온방출(thermionic
emission)이라 함.
목표물인 양극과 필라멘트 사이에 고전 압을 걸면, 전자들이 목표물을 향해 가속된 다. 이 전자들의 빔이 목표물에 정확히 충돌 하면, 그 에너지의 99%가 열의 형태로 손실 되고 나머지 1%의 전자 에너지만이 X-선을 발생시킨다
목표물에서 생성된 X-선은 모든 방향으로 방출되나, 납으로 막 으면 그 대부분이 흡수된다.
이 차단판에 조그만 구멍을 내어 거기를 빠져 나온 X-선이 관으로부터 나온 방향대로 진행 케 할 수 있다(우측 그림).
오늘날의 X-선관은 목표물이 회 전하면서 전자빔이 다른 여러 부분을 때리도록 고안되었다.
이렇게 하면 열 효과가 보다 넓
은 부분에 미치어 금속 목표물
에 손상을 덜 주게 됨.
2. 의료용 X-선
X-선이 환자에게 조사되면 그 일 부는 흡수되고 나머지는 통과한다.
신체를 통과해 나온 부분은 빛이 통하지 않는 상자 안의 사진 건판을 때리고 필름 안에서 화학 반응이 일어나, 현상을 하면 흑백 명암의 정도에 따라 상이 나타난다.
환자의 각 부위를 지나는 X-선의 양은 지나가는 경로에 있는 뼈와 근육의 양에 의존.
뼈는 같은 두께의 살보다 X-선을 더 흡수하므로 필름을 인화해 보면 뼈 구조 부분은 밝고 선명하게 보인다.
