의료 초음파

3. 탐촉자의 종류

4. 장점 및 단점

모든 영상 기법과 마찬가지로, 의료 초음파 검사 역시 긍정적인 속성과 부정적인 속성을 모두 가지고 있다.

4. 1. 장점

• 실시간 영상 제공: 초음파는 장기의 움직임이나 혈류 등을 실시간으로 관찰할 수 있어 신속한 진단과 기록 작성이 가능하다. 또한, 초음파 영상을 보면서 생검이나 주사 등의 시술을 정확하게 유도할 수 있어 다른 영상 진단법에 비해 편리하다.
• 우수한 연조직 영상: 근육, 연조직, 그리고 뼈 표면의 영상을 매우 선명하게 얻을 수 있으며, 특히 고체와 액체로 채워진 공간 사이의 경계면을 잘 보여준다. 이를 통해 장기의 내부 구조를 자세히 파악할 수 있다. 또한 연조직의 기계적 특성 변화를 영상화하는 데에도 유용하다.^[107]
• 높은 안전성: 방사선을 사용하지 않으므로 인체에 해로운 영향이 거의 없어 안전하게 반복 검사가 가능하다. 지침에 따라 사용하면 장기적인 부작용이 알려져 있지 않으며, 검사 중 환자가 느끼는 불편함도 거의 없다.
• 휴대성 및 접근성: 초음파 장비는 다른 영상 장비에 비해 크기가 작고 이동이 용이하여 환자가 있는 곳 어디든 직접 가서 검사할 수 있다(병상 검사). 장비가 비교적 널리 보급되어 있으며, 컴퓨터 단층 촬영(CT), 자기 공명 영상(MRI) 등 다른 검사 방식에 비해 비용이 상대적으로 저렴하여 환자의 접근성이 높다.
• 높은 공간 해상도: 고주파 초음파 변환기를 사용하면 대부분의 다른 영상 진단법보다 공간 해상도가 더 우수한 영상을 얻을 수 있다.

4. 2. 단점

• 제한된 시야: 초음파는 특정 조직을 투과하는 데 한계가 있다.
• * 뼈는 음파를 잘 반사하여 투과가 어렵다. 예를 들어, 단단한 두개골은 음향 임피던스 차이가 커서 대부분의 음파를 반사시키므로, 성인 뇌의 내부를 초음파로 자세히 관찰하는 것은 매우 제한적이다. 기본적으로 초음파는 액체와 고체를 잘 통과하지만, 뼈 표면에서는 강하게 반사되어 표면 관찰에 주로 이용된다.
• * 공기 역시 초음파 전달을 방해한다. 변환기와 검사 대상 장기 사이에 가스가 있으면 음파가 대부분 반사되거나 산란되어 영상 품질이 크게 저하된다. 예를 들어, 위나 장 속의 가스는 췌장과 같은 장기를 선명하게 보기 어렵게 만든다.^[108] 폐와 같이 공기가 많은 장기나 소화기관 내부 관찰 능력은 상대적으로 낮다.

• 환자 요인에 따른 영상 품질 저하: 환자의 신체 조건, 특히 비만은 초음파 영상의 질에 영향을 미칠 수 있다.
• * 초음파의 투과 깊이는 사용하는 주파수에 따라 제한된다. 따라서 신체 깊숙이 위치한 장기는 관찰하기 어려울 수 있다.
• * 특히 비만 환자의 경우, 두꺼운 피하 지방층이 음파를 약화시켜 영상의 선명도와 진단의 정확성이 떨어질 수 있다. 이 경우 해상도가 낮은 저주파수 변환기를 사용해야 할 수도 있다.

• 사용자 의존성: 초음파 검사는 검사자의 숙련도에 크게 의존한다. 정확하고 질 좋은 영상을 얻고 이를 바탕으로 올바른 진단을 내리기 위해서는 검사자의 충분한 기술과 경험이 필수적이다.

• 기타 단점:
• * CT나 MRI와 달리 전체적인 해부학적 구조를 한눈에 파악하는 '정찰 영상'을 제공하지 않는다. 촬영된 영상이 정확히 신체의 어느 부위인지 파악하기 어려울 수 있다.
• * 초음파 검사자 중 약 80%가 잘못된 자세로 인해 반복성 긴장 부상(RSI)이나 업무 관련 근골격계 질환(WMSD)을 경험하는 것으로 알려져 있다. 이는 검사 환경의 인체공학적 개선 필요성을 시사한다.

5. 인체에 미치는 영향

초음파 영상은 암 발병이나 유전자 파괴와 같은 위험을 야기하는 이온 방출(Ionizing radiation)을 이용하지 않기 때문에 일반적으로 안전한 영상기법으로 알려져 있다^[109]. 세계 보건 기구(WHO) 역시 진단 초음파를 "신체의 대부분에 대한 임상적으로 관련된 정보를 빠르고 비용 효율적으로 제공할 수 있는 안전하고 효과적이며 매우 유연한 영상 검사 방식"이라고 평가한다^[110].

그러나 초음파 에너지는 인체에 잠재적인 생리학적 영향을 줄 수 있다. 첫째, 초음파는 체내에서 염증 반응을 증대시킬 수 있다. 둘째, 연부조직을 통과하면서 분자 간 마찰을 일으켜 조직을 약간 가열할 수 있다. 셋째, 기계적 압력파를 전달하여 조직 속 이온의 흐름이나 세포 활동에 영향을 주어 미세한 기포(Microscopic bubble)를 발생시키거나 세포 조직을 왜곡시킬 수도 있다.

특히 초음파의 강도가 높을 경우, 조직 가열 효과가 커지거나 공동화(cavitation) 현상이 발생할 수 있다. 공동화 현상은 초음파로 인해 체액이나 조직 내에 작은 가스 주머니가 생성되는 것을 의미한다. 약 0.1 W/cm 정도의 세기까지는 초음파에 의한 가열 효과가 문제 되지 않는 것으로 알려져 있으나^[145], 약 10 W/cm 이상의 강한 초음파는 에너지 자체로 세포를 파괴할 수도 있다^[144]. 다만, 현대의 진단용 초음파 장비는 이러한 위험을 최소화하도록 설계되어 있으며, 진단 목적으로 사용되는 강도에서 공동화 현상이 실제로 발생하는지, 그리고 이러한 물리적 효과로 인한 장기적인 영향이 있는지는 아직 명확히 알려지지 않았다. 임신한 포유류를 대상으로 한 동물 실험에서는 태아에게 유해성이 관찰된 연구가 있다.

태아에 대한 진단 초음파 검사 역시 일반적으로 임신 중에 안전한 것으로 간주된다. 그러나 의료 전문가들은 유효한 의학적 필요성이 있을 때만 검사를 시행하고, ALARP(As Low As Reasonably Practicable, 합리적으로 달성 가능한 가장 낮은 수준) 원칙에 따라 필요한 진단 정보를 얻을 수 있는 가장 낮은 초음파 노출 설정을 사용할 것을 권고한다^[111]. 또한, 의학적 목적이 아닌 단순 "기념 태아 비디오" 제작 등을 위한 초음파 장비의 홍보, 판매 또는 임대는 강력히 권장되지 않는다^[21][112].

지금까지 발표된 여러 연구 결과를 종합적으로 검토했을 때, 진단용 초음파 검사가 임상적으로 유의미한 해로운 영향을 미친다는 명확한 증거는 발견되지 않았다. 2000년에 발표된 여러 초음파 연구에 대한 메타 분석 결과, 통계적으로 유의미한 유해한 영향은 발견되지 않았으나, 신경 발달과 같은 장기적인 실질적 결과에 대한 데이터가 부족하다는 점이 지적되었다^[113].

일부 연구에서는 잠재적인 영향에 대한 가능성을 제기하기도 했다. 예일 의과대학의 2006년 연구에서는 초음파의 장기간 또는 빈번한 사용과 생쥐의 비정상적인 신경 세포 이동 사이에 작지만 유의미한 상관관계가 있음을 발견했다^[114]. 같은 해 발표된 다른 연구에서는 초음파 노출이 쥐 태아의 뇌 성장에 영향을 줄 수 있으며, 이러한 영향이 정신 지체, 유아기 뇌전증, 난독증, 자폐증 양상, 조현증과 같은 질환과 관련될 수 있다는 가능성을 제기했다^[167]. 그러나 이러한 동물 실험 결과가 인간에게도 동일하게 나타나는지에 대한 연구 결과는 아직 없다.

인간을 대상으로 한 연구 중에서는 왼손잡이와의 연관성을 살펴본 연구들이 있다. 2001년 스웨덴에서 수행된 연구^[115]에서는 초음파 노출과 남자아이의 왼손잡이 비율 증가(유전적 요인이 아닌 경우 뇌 문제의 지표로 간주되기도 함) 및 언어 지연 사이에 연관성이 있을 수 있음을 시사했다^[116][117]. 이 결과는 후속 연구에서 확인되지 않았지만^[118], 8,865명의 어린이를 대상으로 한 이후의 대규모 연구에서는 태내 초음파 노출과 출생 후 오른손잡이가 아닌 것(왼손잡이 또는 양손잡이) 사이에 약하지만 통계적으로 유의미한 상관관계가 다시 관찰되었다^[119][168].

결론적으로, 현재까지 진단 목적으로 사용되는 의료 초음파가 인체, 특히 태아에게 심각한 해를 끼친다는 명확한 증거는 없다. 그러나 조직 가열, 공동화 현상과 같은 물리적 영향의 가능성이 존재하고, 일부 동물 실험 및 특정 관찰 연구에서 잠재적 영향에 대한 가능성이 제기된 만큼, 의학적 필요에 따라 신중하게 사용되어야 한다.

6. 용도

초음파 검사는 현재까지 알려진 바로는 환자가 얻는 이익이 잠재적 위험보다 크다고 여겨진다. 의학 분야에서 의료 진단과 치료용 초음파 시술 목적으로 널리 사용되며, 생검 안내나 체액 배액 등 중재적 시술에도 활용된다. 일반적으로 초음파사가 검사를 수행하고, 방사선 전문의나 심장 전문의(심장 초음파 검사의 경우) 등이 판독한다.^[10] 초음파는 신체의 연조직을 영상화하는 데 효과적이며, 검사 부위에 따라 다른 주파수를 사용한다.^[10]

안과와 시력 측정 분야에서도 활용된다. A-스캔 초음파 생체 계측법(A-스캔)은 눈의 길이를 측정하여 인공 수정체 도수 결정 등에 사용되고, B-스캔 초음파 검사(B-스캔)는 눈과 안와의 단면 영상을 제공하여 다양한 눈 질환의 진단 및 관리에 도움을 준다.

6. 1. 산부인과

• 임신 기간 확인
• 태아의 생존 및 발달 상태 확인
• 태아 위치 확인
• 자궁 경부와 관련한 태반 위치의 확인
• 배아의 수 확인 (다태 임신 여부 확인)
• 주요 신체적 이상 유무 확인 (기형 진단)
• 태아의 성장 판단
• 태아의 움직임과 심장박동 확인
• 태아의 성별 판단

6. 2. 심장내과

6. 3. 소화기내과

6. 4. 비뇨기과

6. 5. 근골격계

6. 6. 혈관외과

6. 7. 응급의학과

6. 8. 기타

7. 그 밖의 초음파 영상 기법

기존의 기본적인 초음파 영상 기술 외에도, 진단의 정확성을 높이거나 새로운 정보를 얻기 위해 다양한 영상 기법들이 개발되어 활용되고 있다.

• '''조영 증강 초음파''': 환부에 조영제를 주입하여 일반 초음파 영상에서 잘 보이지 않는 조직의 영상을 얻는 기술이다.^[169]
• '''초음파 분자 영상''': 특정 분자나 종양 내 모세혈관 등에 미세기포와 같은 표지자를 부착시켜 특정 부위를 영상화하는 기술이다.^[170]
• '''탄성 영상''': 외부에서 힘을 가하거나 초음파 자체의 힘(음향 복사력)을 이용하여 조직의 단단한 정도(탄성 계수)를 측정하고 영상화하는 기술이다.^[171][172] 암 진단 등에 활용된다.^[171]
• '''초음파 압축 영상''': 혈관의 압축 정도를 통해 혈전 유무를 진단하는 기술로, 주로 심부정맥 혈전증 진단에 사용된다.^[173]

7. 1. 조영 증강 초음파(Contrast-enhanced ultrasound, CEUS)

7. 2. 탄성 초음파(Ultrasound elastography)

7. 3. 초음파 분자 영상(Ultrasound molecular imaging)

7. 4. 고강도 집속 초음파(High-Intensity Focused Ultrasound, HIFU)

8. 한국의 의료 현실과 초음파 검사

(내용 없음)

9. 역사

1880년 프랑스 물리학자 피에르 퀴리가 압전 효과를 발견하면서, 초음파를 산업적으로 의도적으로 생성할 수 있게 되었다. 1940년, 미국의 음향 물리학자 플로이드 파이어스톤은 금속 주조품의 내부 결함을 감지하기 위해 최초의 초음파 반사 영상 장치인 수퍼소닉 리플렉토스코프(Supersonic Reflectoscope)를 고안했다. 1941년, 오스트리아의 신경과 의사 카를 테오 두식은 그의 형제이자 물리학자인 프리드리히와 협력하여 초음파를 사용하여 인체 영상을 최초로 구현한 것으로 보이며, 사람의 뇌실을 윤곽화했다.^[126][127]

초음파 에너지는 1940년대 후반, 미국 해군 의학 연구소 소속의 조지 루드비히 박사(메릴랜드주 베데스다)에 의해 의료 목적으로 인체에 처음 적용되었다.^[128][129] 영국 출신 물리학자 존 와일드(1914–2009)는 1949년 초음파를 사용하여 장 조직의 두께를 평가했으며, "의료 초음파의 아버지"로 묘사되기도 한다.^[130]

이후 여러 국가에서 동시에 발전이 이루어졌지만, 1961년 오스트레일리아 보건부의 데이비드 로빈슨과 조지 코소프의 연구를 통해 최초의 상업적으로 실용적인 수조 초음파 스캐너가 개발되었다.^[131] 1963년 Meyerdirk & Wright는 최초의 상업용 휴대형 관절형 암 컴파운드 접촉 B-모드 스캐너 생산을 시작하여 초음파를 의료용으로 일반적으로 사용할 수 있게 만들었다.

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