치료용 초음파가 발생하는 원리로 옳은 것은?

치료용 초음파는 탐촉자 안의 결정에 고주파 전압을 걸면 결정이 수축과 팽창을 반복하는 역압전효과로 기계적 진동을 만들어 발생시킨다. 이 진동이 매질을 통해 조직에 전달되어 온열효과와 비온열효과를 낸다.

치료용 초음파의 발생 원리: 압전효과

초음파 치료는 물리치료실에서 가장 많이 쓰이는 심부 열치료 중 하나입니다. 이 문제는 장비가 초음파를 어떻게 만드는지, 즉 발생 원리를 묻습니다. 원리를 알아야 탐촉자(transducer) 관리, 결정의 손상 주의, 탐촉자 접촉 상태 점검이 왜 중요한지도 설명할 수 있습니다.

정답은 보기 3번 결정에 전압을 걸어 진동시키는 압전효과입니다. 초음파 탐촉자 안에는 석영이나 인공 세라믹 같은 압전 결정이 들어 있습니다. 이 결정에 고주파 교류 전압을 걸면 결정이 빠르게 수축과 팽창을 반복하며 진동합니다. 이처럼 전기를 가해 기계적 변형이 생기는 것을 역압전효과(converse piezoelectric effect)라 하며, 이 진동이 매질을 따라 퍼지는 것이 초음파입니다. 이 진동이 조직에 전달되면 열효과와 비열효과가 나타납니다.

보기별 해설

1번: 자기장을 변화시켜 와전류를 만드는 효과 — 전자기 유도에 의해 도체 안에 와전류가 생기는 현상으로, 유도형 단파치료나 자기장 치료 장비의 원리와 관련됩니다. 초음파 결정의 진동과는 무관합니다.

2번: 기체를 방전시켜 빛을 내는 효과 — 방전관에서 기체가 빛을 내는 현상으로 형광등이나 네온사인, 일부 자외선 램프의 원리에 가깝습니다. 소리를 만드는 원리가 아닙니다.

4번: 전류를 저항체에 흘려 열을 내는 저항효과 — 전열기처럼 전기 저항에서 열이 나오는 원리입니다. 치료용 초음파는 열 자체를 만드는 장비가 아니라 진동에너지를 조직에 전달해 일부가 열로 바뀌는 것이므로 발생 원리는 저항효과가 아닙니다.

5번: 전자를 가속시켜 방사선을 내는 효과 — X선관처럼 가속된 전자가 표적에 부딪혀 방사선이 나오는 원리입니다. 초음파는 방사선이 아니라 기계적 진동파이며 이온화 능력도 없습니다.

시험 포인트

초음파와 관련해 압전효과 두 방향을 구분해 두십시오. 결정에 압력을 가하면 전기가 생기는 것이 정압전효과로 진단 초음파가 반사파를 받아들일 때 쓰이고, 결정에 전압을 가해 진동이 생기는 것이 역압전효과로 초음파를 내보낼 때 쓰입니다. 문제에는 단순히 압전효과라고 적혀 있지만 치료용 초음파 발생은 후자에 해당합니다.

실제 치료에서는 탐촉자가 공기에 닿은 채로 출력을 올리면 결정이 열을 받아 손상될 수 있으므로 반드시 젤 같은 접촉 매질을 쓰고 조직에 밀착시킵니다. 이 주의도 압전 결정의 특성에서 비롯됩니다.

초음파가 조직에 전달된 뒤의 일도 이어서 알아 두십시오. 진동이 조직을 지나면서 일부가 열로 바뀌는 열효과는 콜라겐이 풍부한 건, 인대, 관절낭에서 크게 나타나고, 열이 아닌 비열효과로는 공동화와 음향 미세류가 있습니다. 이 효과들은 모두 탐촉자에서 만들어진 기계적 진동이 출발점이므로, 발생 원리가 결정의 진동이라는 점이 이후 모든 생체 효과 설명의 첫 단추입니다.

정리하면 치료용 초음파는 압전 결정에 전압을 가해 진동시키는 원리로 발생하므로 정답은 3번입니다.