# 빛이 물체에 닿았을 때 흡수되거나 반사되지 않고 물체를 통과하는 성질은?

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> subject: 과목별 모의고사 | 물리치료 기초

## 문제

빛이 물체에 닿았을 때 흡수되거나 반사되지 않고 물체를 통과하는 성질은?

## 보기

1. 반사(reflection)
2. 굴절(refraction)
3. 흡수(absorption)
4. 투과(transmission) **✔ 정답**
5. 산란(scattering)

**정답: 4**

## 해설

빛이 물체에 닿으면 흡수, 반사, 투과가 일어난다. 흡수되지도 반사되지도 않고 물체를 지나가는 성질이 투과이며 투과된 빛은 경계면에서 굴절될 수 있다. 굴절은 경계면에서 진행 방향이 꺾이는 현상이고 산란은 빛이 사방으로 흩어지는 현상이라 통과 자체를 뜻하지 않는다.

## 심화 해설

빛이 생체 조직과 상호작용할 때 나타나는 기본 현상은 물리치료에서 사용하는 광선치료(light therapy)의 원리를 이해하는 출발점입니다. 문제에서 묻는 ‘빛이 물체에 닿았을 때 흡수되거나 반사되지 않고 물체를 통과하는 성질’은 투과(transmission)입니다. 빛이 매질의 경계면에서 되돌아 나오면 반사(reflection), 진행 방향이 꺾이면 굴절(refraction), 매질에 에너지를 빼앗기면 흡수(absorption), 불균일한 입자에 부딪혀 여러 방향으로 퍼지면 산란(scattering)으로 구분합니다.

광선치료에서 투과가 중요한 이유

물리치료에서 저준위 레이저 치료(low-level laser therapy, LLLT)나 광생체조절(photobiomodulation)을 적용할 때, 치료 효과는 빛이 표피와 진피를 지나 목표 심부 조직까지 도달하는 투과 깊이에 직접적으로 의존합니다. 피부에 조사된 빛은 일부는 각질층에서 반사되고, 일부는 멜라닌·헤모글로빈·수분에 흡수되며, 나머지가 투과하여 심부로 전달됩니다. 따라서 투과는 ‘조직에 도달한 빛 에너지’를 결정하는 핵심 변수입니다.

근거 자료 [3]은 힘줄(tendon)이 콜라겐 섬유의 배열 방향에 따라 광학적으로 강한 이방성(anisotropy)을 보이며, 빛의 진행 방향이 섬유 방향과 평행한지 수직인지에 따라 광학적 수송(optical transport) 특성이 달라진다고 보고합니다. 이는 핵심! 동일한 조직이라도 섬유 배열 방향에 따라 투과율이 달라질 수 있다는 뜻으로, 근골격계에 광선치료를 적용할 때 해부학적 구조의 방향성을 고려해야 하는 근거가 됩니다. 예를 들어 아킬레스건에 레이저를 조사할 때 섬유 주행 방향과 빛의 입사 각도가 치료 심부 도달량에 영향을 줄 수 있습니다.

투과를 제한하는 산란과 흡수

생체 조직은 균질한 매질이 아니라 세포, 세포소기관, 콜라겐 섬유 등 다양한 굴절률을 가진 미세 구조로 이루어져 있어 빛이 강하게 산란(scattering)됩니다. 근거 자료 [1]은 탁한 매질(turbid media)에서 빛의 에너지를 깊이 전달하기 위해 입사광의 위상을 조작하여 반사광을 최소화하는 파면 성형(wavefront shaping) 기법을 제시하며, 산란 매질 내부에서의 에너지 밀도 증강을 비침습적으로 달성할 수 있음을 보여줍니다. 이 연구에서 매질의 수송 평균 자유 행정(transport mean free path)이 43 정도로 낮은, 즉 산란이 매우 심한 조건에서도 반사광을 줄임으로써 심부 에너지 밀도를 높일 수 있었다는 점은 투과를 방해하는 주요 기전이 표면 반사와 내부 산란임을 시사합니다.

흡수는 투과와 상보적인 관계입니다. 근거 자료 [4]는 생성형 인공지능을 활용해 초광대역에서 거의 완전한 흡수를 달성하는 엡실론-근접-제로(epsilon-near-zero) 완전 흡수체를 설계하고 실험적으로 입증한 연구입니다. 인공지능이 굴절률, 층 배열, 두께를 최적화하여 흡수를 극대화한 이 사례는 혼동 주의! 흡수가 증가하면 그만큼 투과는 감소한다는 역의 관계를 보여줍니다. 광선치료에서 특정 파장이 표피의 멜라닌이나 혈액의 헤모글로빈에 강하게 흡수되면 심부 투과가 제한되므로, 치료 목적에 따라 파장 선택이 달라집니다.

임상 적용: 파장과 투과 깊이

일반적으로 생체 조직에서 600–1200 nm 파장 대역은 흡수가 적고 산란이 우세하여 투과 깊이가 상대적으로 큰 ‘광학적 창(optical window)’으로 알려져 있습니다. 반면 자외선은 표피에서 대부분 흡수되어 투과가 얕고, 적외선 중 수분 흡수 대역은 심부 도달이 제한됩니다. 근거 자료 [2]는 확산 반사(diffuse reflectance) 신호를 기반으로 한 폐루프 피드백 광학 치료 플랫폼을 소개하는데, 이는 조직에서 되돌아오는 반사광을 실시간으로 검출하여 레이저 조사를 자동 제어하는 방식입니다. 반사 신호를 모니터링한다는 것은 곧 조직에 흡수·투과되지 않고 되돌아온 빛의 양을 측정하는 것이므로, 투과와 흡수의 균형을 간접적으로 평가하는 임상적 도구가 될 수 있습니다. 색소 제거나 세균 불활성화처럼 표적에 선택적으로 에너지를 전달해야 하는 상황에서, 투과되지 못하고 반사되는 빛을 줄이고 표적 흡수를 높이는 제어가 치료 안전성과 직결됩니다.

| 광학 현상 | 정의 | 생체 조직에서의 예 | 광선치료와의 관계 |
| --- | --- | --- | --- |
| 반사(reflection) | 빛이 경계면에서 되돌아 나옴 | 피부 표면, 각질층에서의 정반사 | 치료 에너지 손실 요인 |
| 굴절(refraction) | 매질 변화 시 진행 방향이 꺾임 | 피부-공기 경계, 조직 층간 경계 | 입사 각도에 따른 에너지 분포 변화 |
| 흡수(absorption) | 빛 에너지가 매질에 흡수됨 | 멜라닌, 헤모글로빈, 수분에 의한 흡수 | 광화학·광열 효과의 기전, 투과 깊이 제한 |
| 투과(transmission) | 빛이 매질을 통과함 | 적색·근적외선이 심부 조직에 도달 | 심부 표적 치료의 전제 조건 |
| 산란(scattering) | 불균일 구조에 의해 여러 방향으로 퍼짐 | 콜라겐 섬유, 세포소기관에 의한 산란 | 빔 확산, 유효 투과 깊이 감소 |

정리하면, 투과는 빛이 조직을 통과하여 심부 표적에 도달하게 하는 현상으로, 광선치료의 유효성을 결정하는 일차적 변수입니다. 반사와 산란은 투과를 감소시키는 손실 요인이고, 흡수는 치료 기전이면서 동시에 투과를 제한하는 상보적 요인입니다. 근거 자료 [1]의 파면 성형을 통한 반사 최소화, [3]의 힘줄 섬유 방향에 따른 광학적 이방성, [4]의 완전 흡수체 설계, [2]의 반사 신호 기반 피드백 제어는 모두 빛-조직 상호작용에서 투과를 중심으로 한 에너지 전달 조절의 중요성을 뒷받침합니다.참고 문헌 (논문 출처)

- [1]Numerical study of reflection-based energy density enhancement in turbid media via wavefront shaping.일반논문Fritzsche N, Petzi M, Reitzle D, Kienle A. (2026) · DOI: 10.1364/boe.591736

- [2]Automated Optical Treatment Based on Diffuse Reflectance Signals.일반논문Appel CD, Carlsen MS, Lukov LL, Zhang C. (2026) · DOI: 10.1002/jbio.70363

- [3]Structure of tendon causes highly optical anisotropic properties and transport.일반논문Nazarian A, Jacques SL, Tam J, Anderson RR, Shefelbine SJ. (2026) · DOI: 10.1117/1.jbo.31.3.035003

- [4]Generative AI-Enabled Discovery and Experimental Demonstration of Ultra-Broadband Epsilon-Near-Zero Perfect Absorbers.일반논문Dang D, Salib M, Dang Q, Gurung S, Calixto J, Zhou X, Love S, Akbar M, Anopchenko A, Kort-Kamp WJM, Lee HWH. (2026) · DOI: 10.1002/advs.77966

## 임상 시나리오

광선치료에서 투과 깊이의 임상적 의미조직 도달 에너지를 결정하는 핵심 변수
저준위 레이저 치료(LLLT)나 광생체조절의 효과는 빛이 표피와 진피를 지나 목표 심부 조직까지 도달하는 투과 깊이에 직접적으로 의존합니다. 피부에 조사된 빛은 일부 각질층에서 반사되고, 일부 멜라닌·헤모글로빈·수분에 흡수되며, 나머지가 투과하여 심부로 전달됩니다.

힘줄과 같은 조직은 콜라겐 섬유 배열 방향에 따라 광학적 이방성을 보입니다. 빛의 진행 방향이 섬유 방향과 평행한지 수직인지에 따라 투과율이 달라질 수 있으므로, 아킬레스건 등에 레이저를 조사할 때 섬유 주행 방향과 빛의 입사 각도를 고려해야 합니다.

주의생체 조직은 균질하지 않아 빛이 강하게 산란됩니다. 표면 반사와 내부 산란을 줄이는 것이 심부 투과를 높이는 핵심이며, 흡수가 증가하면 투과는 감소하는 상보적 관계임을 기억해야 합니다.

## 핵심 개념

- **투과** — 빛이 물체에 닿았을 때 흡수되거나 반사되지 않고 물체를 통과하는 성질
- **반사** — 빛이 매질의 경계면에서 되돌아 나오는 현상
- **굴절** — 빛이 매질 경계에서 진행 방향이 꺾이는 현상
- **흡수** — 빛 에너지가 매질에 빼앗기는 현상
- **산란** — 불균일한 입자에 부딪혀 여러 방향으로 퍼지는 현상

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