인체의 뼈는 피질골 (cortical bone) 및 해면질골 (cancellous bone)과 같은 두 종류의 골조직으로 분류된다. 골량의 \( 80 \% \)는 피질골이지만, 피질골에 비해 해면질골의 표면적이 매우 크므로 골조직의 물질대사는 대부분 해면질골에서 발생 하는 것으로 알려져 있다. 골절 위험률에 큰 영향을 미치는 것은 골 다공증 또는 노화로 인한 해면질골의 골밀도 감소이외에 뼈의 외부 껍질을 구성하는 피질골의 골밀도 및 두께 감소이다. 이에 따라 축방향 전파법 (axial transmission method)을 이용하여 피질골에 대한 정보를 얻는 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
<h1>Ⅰ. 서 론</h1> <p>인체의 뼈는 피질골 (cortical bone) 및 해면질골 (cancellous bone)과 같은 두 종류의 골조직으로 분류된다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 뼤의 외부 껍질은 매우 치밀한 구조를 갖는 (\(30\%\) 미만의 다공율을 갖는) 피질골로 구성되며, 뼈의 중심부 및 긴 뼈의 양쪽 말단은 해면소주가 3차원의 그물 구조를 갖는 \( 30 \% \) 이상의 다공율을 갖는) 해면질골로 구성된다. 골량의 \( 80 \% \)는 피질골이 차지하지만, 피질골에 비하여 해면질골의 표면적이 매우 크므로 골조직의 물질대사는 대부분 해면질골에서 발생 하는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 골다공증 진단을 위한 정량적 초음파 (quantitative ultrasound) 기술이란 해면질골의 골밀도 (bone mineral density)를 평가하기 위하여 해면질골로 구성된 종골 (calcaneus) 등의 말초 골격계에서 횡방향 전파법 (transverse transmission method)을 이용하여 음속 및 감쇠계수를 측정하는 기술을 의미한다. 최근에는 골절 위험률이 높은 대퇴골 근위부 (proximal femur)의 골밀도를 직접 평가하기 위하여 이 부위의 음속 및 감쇠계수를 측정할 수 있는 초음파 진단기기의 개발도 수행되고 있다. 반면에 골다공증 또는 노화로 인한 해면질골의 골밀도 감소 이외에 뼈의 외부 껍질을 구성하는 피질골의 골밀도 및 두께 감소도 골절 위험률에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 이에 따라 최근에는 피질골에 대한 정보를 얻기 위하여 축방향 전파법 (axial transmission method)을 이용하는 연구도 활발히 수행되고 있다.</p> <p>긴 뼈의 축방향을 따라 초음파를 전파시키는 축방향 전파법은 1950년대 뼈의 외부 껍질을 구성하는 피질골의 골절 회복 상태를 진단하기 위하여 최초로 제안되었으며, 최근에는 피질골 두께 (cortical thickness)를 평가하기 위하여 많은 연구자들의 주목을 받고 있다. 현재까지 축방향 전파법을 이용하는 초음파 골다공증 진단기기로서 두 종류의 제품이 상용화되었으며, 이들은 각각 \( 0.25 \mathrm{MHz} \) 또는 \( 1.25 \mathrm{MHz} \)의 주파수를 이용하여 피질골 껍질의 표면이 수평하고 매끄러울 뿐만 아니라 피질골 껍질 위를 덥고 있는 연부조직의 두께가 매우 얇은 경골(tibia) 또는 요골 (radius)에서 축방향을 따라 가장 먼저 수신되는 일종의 유도초음파 (guided ultrasonic wave)인 first arriving signal (FAS)의 전파속도를 측정한다. 이와 같이 축방향 전파법을 이용하여 경골 등에서 측정된 FAS의 전파속도가 골다공증 진단을 위한 지표로 이용되고 있으며, 일반적으로 \( 3000-4000 \mathrm{~m} / \mathrm{s} \)의 범위를 갖는다. 최근에는 피질골의 상태를 더욱 정확히 평가하기 위하여 경골과 같은 긴 뼈의 피질골 껍질에서 축방향을 따라 FAS 이후에 수신되는 slow guided wave (SGW)의 이용가능성에 대한 연구도 활발히 수행되고 있다. 피질골 껍질에서 관찰되는 SGW는 두께가 얇은 판형 매질에서 전파하는 램파 (Lamb wave)의 특성을 가지며, 아직 기술적인 문제로 인하여 SGW를 측정하는 초음파 진단기기가 상용화되지는 않았지만 골다공증 진단을 위한 지표로서 SGW의 임상적 유용성에 대한 연구는 꾸준히 발표되고 있다.</p> <p>본 연구에서는 생체 외 (in vitro) 조건에서 12개의 관형 피질골 샘플에 대하여 피질골 샘플의 축방향을 따라 전파하는 FAS 및 SGW와 같은 유도초음파의 위상속도를 측정하고, 각각의 위상속도와 피질골 두께 사이의 상관관계를 고찰하였다. FAS 및 SGW의 위상속도는 \( 12.7 \mathrm{~mm} \)의 직경 및 \( 200 \mathrm{kHz} \)의 중심 주파수를 갖는 한 쌍의 비집속형 초음파 변환기와 함께 공기중에서 축방향 전파법을 이용하여 측정되었다. 또한 12개의 관형 피질골 샘플에 대하여 \( 200 \mathrm{kHz} \)에서 측정된 FAS 및 SGW의 위상속도를 램파이론을 이용하여 판형 피질골에 대하여 \( 200 \mathrm{kHz} \)에서 계산된 기본 대칭 (S0) 및 비대칭 (A0) 램 모드의 위상속도와 비교하였다.</p>