음향 복사력 임펄스 영상
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1. 개요
음향 복사력 임펄스 영상(Acoustic Radiation Force Impulse imaging, ARFI)은 초음파를 이용하여 조직의 탄성을 평가하는 기술이다. 음파의 압력 전달 원리를 이용하여 조직에 변형력을 가하고, 이때 발생하는 조직의 변위를 측정한다. 음향 복사력은 음속, 초음파 흡수 계수, 초음파 출력에 의해 결정되며, 변위 측정과 훅의 법칙을 통해 조직의 탄성 영상을 얻는다.
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| 음향 복사력 임펄스 영상 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 정의 | 초음파를 이용하여 조직의 탄성을 평가하는 비침습적 영상 기법 |
| 약어 | ARFI (Acoustic Radiation Force Impulse) |
| 동의어 | 음향 방사력 충격 영상 음향 방사력 유도 변위 (ARD, Acoustic Radiation Force-induced Displacement) |
| 원리 및 방법 | |
| 원리 | 짧고 강한 초음파 빔(음향 복사력)을 조사하여 조직에 순간적인 변위를 유발 변위된 조직은 점탄성 특성에 따라 원래 상태로 되돌아가려는 움직임(반동)을 보임 이 반동 속도를 측정하여 조직의 탄성도를 정량적으로 평가 |
| 방법 | |
| 특징 | |
| 장점 | 비침습적인 방법으로 조직의 탄성 정보를 획득 가능 실시간으로 조직의 변화를 모니터링 가능 정량적인 탄성도 값을 제공하여 객관적인 평가 가능 기존 초음파 장비에 추가하여 사용 가능 |
| 단점 | 측정 깊이에 제한이 있을 수 있음 뼈나 공기 등의 영향으로 영상의 질이 저하될 수 있음 숙련된 기술이 필요할 수 있음 |
| 활용 분야 | |
| 간 질환 진단 | 간섬유화 및 간경변의 진행 정도 평가 만성 간염 환자의 경과 관찰 간암 진단 및 치료 효과 모니터링 |
| 유방 질환 진단 | 양성 종양과 악성 종양의 감별 유방암의 크기 및 침윤 정도 평가 항암 화학 요법의 효과 모니터링 |
| 근골격계 질환 진단 | 근육 및 인대 손상 평가 관절염 진단 및 치료 효과 모니터링 힘줄 질환 평가 |
| 기타 | 갑상선 질환, 신장 질환, 전립선 질환 등 다양한 분야에서 활용 가능 |
| 관련 연구 | |
| 연구 동향 | 다양한 조직의 탄성 특성 연구 새로운 ARFI 기법 개발 (예: 3차원 ARFI, 전단파 탄성 영상) 인공지능 기반의 ARFI 영상 분석 기술 개발 ARFI를 이용한 치료 기술 개발 (예: 고집속 초음파 집속술) |
| 참고 문헌 | |
2. 원리
음향 복사력 임펄스(ARFI) 영상은 초음파를 이용하여 조직의 탄성도를 측정하는 기술이다. 이 방법은 기존의 트랜스듀서를 사용해 별도의 초음파 빔을 발생시켜 조직에 변형력을 가한다. 조직의 변위는 수~수십 마이크로미터 수준으로 매우 작으며, 이 변위는 복사압 인가 전후 초음파 RF 신호의 상관관계를 통해 측정된다.[1]
음속(c), 초음파 흡수계수(), 초음파 출력(''I'')이 주어지면, 음향 복사력(F)은 다음과 같이 계산된다.
이 복사력을 탄성 조직에 가하면 변형이 일어나는데, 이 변형 정도를 측정하고 훅 법칙을 적용하여 조직의 탄성 영상을 얻는다.[2]
2. 1. 음향 복사력
음파는 일반적인 전자기파와는 달리, 압력이 직접 전달되는 과정을 통해 진행한다. 따라서, 음향 복사압은 방사파가 있는 경우에는 항상 존재한다. 이때, 음파의 매질인 조직의 특성에 의해 조직 변위의 위상과 음파 위상 사이에 위상차가 발생하면 방사파의 운동량이 전단파의 운동량으로 전달되게 된다.[1] 위상차에 따라, 위상차가 180도일 때 이 운동량 전달이 가장 크고, 180도에서 벗어날수록 운동량 전달이 줄어드는데, 조직의 변위를 측정함으로써 그 정도를 알 수 있다. 음향 복사력 임펄스 영상에서는 기존의 트랜스듀서를 이용해 별도의 초음파 빔을 발생시킴으로써 변형력을 인가한다. 초음파 영상에서 발생하는 조직의 변위는 수~수십 마이크로미터인데, 일반적으로 복사압 인가 전후의 초음파 RF 신호의 상관관계를 통해 변위를 측정한다.[1]주어진 음속 c (m/s), 초음파 흡수계수 (Np/m), 초음파 출력 ''I'' (W/m2)에 대해 음향 복사력 F (kg s-2cm-2)는 다음과 같이 주어진다.
이 복사력이 탄성이 있는 조직에 작용해 일어나는 변형 정도를 측정함으로써 훅 법칙을 통해 조직의 탄성 영상을 얻을 수 있다.[2]
2. 2. 조직 변위 측정
음향 복사력 임펄스(ARFI) 영상에서는 기존의 트랜스듀서를 이용해 별도의 초음파 빔을 발생시켜 조직에 변형력을 가한다. 초음파 영상에서 발생하는 조직의 변위는 수~수십 마이크로미터 수준인데, 일반적으로 복사압 인가 전후의 초음파 RF 신호의 상관관계를 통해 변위를 측정한다.[1]2. 3. 탄성 영상 획득
음파는 압력이 직접 전달되는 과정을 통해 진행하기 때문에, 방사파가 있는 경우에는 항상 음향 복사압이 존재한다. 조직의 변위 위상과 음파 위상 사이에 위상차가 발생하면 방사파의 운동량이 전단파의 운동량으로 전달된다. 조직의 변위를 측정함으로써 위상차 정도를 알 수 있는데, 위상차가 180도일 때 운동량 전달이 가장 크다. 음향 복사력 임펄스 영상에서는 트랜스듀서를 이용해 초음파 빔을 발생시켜 변형력을 인가한다. 초음파 영상에서 발생하는 조직의 변위는 수~수십 마이크로미터이며, 복사압 인가 전후 초음파 RF 신호의 상관관계를 통해 변위를 측정한다.[1]측정된 변형 정도와 훅 법칙을 이용하여 조직의 탄성 영상을 얻을 수 있다.[2] 음속(c), 초음파 흡수계수(), 초음파 출력(''I'')이 주어지면, 음향 복사력(F)은 다음과 같이 계산된다.
참조
[1]
논문
Acoustic Radiation Force Impulse Imaging: In Vivo Demonstration of Clinical Feasibility
2001
[2]
논문
고속 음향 복사압 임펄스 영상법
2012
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