초음파 연조직 팬텀에서 횡탄성의 측정

박정만,최승민,권성재,정목근,Park, Jeong-Man,Choi, Seung-Min,Kwon, Sung-Jae,Jeong, Mok-Kun 한국음향학회 2012 韓國音響學會誌 Vol.31 No.6

본 논문에서는 초음파 연조직 팬텀에서 음향 복사력을 이용하여 횡탄성(shear modulus)을 측정하는 방법을 제안하였다. 이 방법은 집속 초음파 빔의 초점에서 음향 복사력에 의해 발생하는 변위의 상승시간에 기초하여 횡탄성을 정량적으로 산정한다. 제안한 방법의 타당성을 확인하기 위하여 횡파 전파법으로 측정한 횡파의 속도 및 횡탄성값 결과와 비교하였다. 횡파 전파법은 제한회절 송신음장에 의해 팬텀에서 발생하여 전파하는 횡파의 속도를 측정하여 횡탄성값을 계산하고, 이 값으로 교정된 데이터 획득 시스템에서 제안한 방법으로 측정한 횡탄성값을 횡파 전파법으로 측정한 값과 비교하여, 제안한 횡탄성 측정법의 유용성을 확인하였다. 두 방법 간의 상대오차는 횡파 속도는 4%로, 횡탄성값은 9% 이하로 계산되었다. In this paper we propose a method for measuring the shear modulus of an ultrasound soft tissue phantom using an acoustic radiation force. The proposed method quantitatively determines the shear modulus based on the rise time of a displacement induced by an acoustic radiation force at the focal point of a focused ultrasound beam. The shear wave speed and shear modulus obtained from the proposed method and a shear wave propagation method were compared to verify the validity of the proposed method. In the shear wave propagation method, the shear modulus is first computed by measuring the propagating speed of a shear wave induced in a phantom by a limited-diffraction transmit field, and then was compared to that obtained with the proposed method in an ultrasound data acquisition system calibrated based on the first computed shear modulus. The relative errors between the two methods were found to be 4% for shear wave speed and less than 9% for shear modulus, confirming the usefulness of the proposed method.

레일리파 분산을 역산하여 구한 횡파속도를 이용한 원주시의 부지특성

김충호 ( Chung Ho Kim ),알리아비드 ( Abid Ali ),김기영 ( Ki Young Kim ) 한국지구물리·물리탐사학회 2014 지구물리와 물리탐사 Vol.17 No.1

원주시 저고도 지역에서의 천부 횡파속도(vs) 및 부지특성을 파악하기 위해 2013년 2월부터 2013년 9월 사이의 20일간 4.5 Hz 수직 지오폰 12 ~ 24개를 이용하여 원주시계 내의 78 지점에서 레일리파를 기록하였다. 레일리파 분산곡선은 확장된 공간자기상관함수법으로 구하였고, vs를 구하기 위하여 감소최소자승법으로 역산하였다. 이들 1-D 모델로부터 구한 풍화암질 기반암의 깊이(Db), 기반암의 횡파속도(vsb), 토양층의 평균 횡파속도(vss), 30 m까지 평균 횡파속도(vs30)는 95% 신뢰구간에서 각각 16.3 ± 0.7 m, 576 ± 8 m/s, 290 ± 7 m/s, 418 ± 13 m/s로 산출되었다. vs30의 적절한 지시자를 결정하기 위해서 vs30과 지표면 경사도(r = 0.46) 및 고도(r = 0.43)와의 상관계수를 계산하였고, 개별적으로 평가한 vs30과의 상관성을 종합하여 지표면 경사도, 고도, 암상의 가중치를 각각 0.45, 0.45, 0.1으로 하는 선형 경험식을 제시하였다. 그러나 이 경험식과 역산으로 구한 vs30의 상관성이 미약하여(r = 0.50), 적용시에는 상대적으로 큰 오차범위를 고려해야할 것이다. To reveal shear-wave velocities (vs) and site characterization of Wonju, Korea, Rayleigh waves were recorded at 78 sites of lower altitude using 12 to 24 4.5-Hz vertical geophones for 20 days during the period of February to September 2013. Dispersion curves of the Rayleigh waves obtained by the extended spatial autocorrelation method were inverted using the damped least-squares method to derive vs models. From these 1-D models, the average vs to a depth of 30 m (vs30), vs of weathered rocks, depths to these basement rocks, and average vs of the overburden layer were derived to be 16.3 ± 0.7 m, 576 ± 8 m/s, 290 ± 7 m/s, and 418 ± 13 m/s, respectively, in the 95% confidence range. To determine adequate proxies for vs30, we computed correlation coefficients of vs30 with topographic slope (r = 0.46) and elevation (r = 0.43). An empirical linear relationship is presented as a combination of individually estimated vs30 with weighting factors of 0.45, 0.45, and 0.1 for topographic slope, elevation, and mapped lithology, respectively. Due to a weak correlation between vs30 obtained from inversion of dispersion curves and the proxy-based estimation (r = 0.50), however, the relatively large error range should be considered for applications of this relationship.

레일리파 분산을 역산하여 구한 횡파속도를 이용한 춘천시의 부지특성

정진훈 ( Jin Hoon Jung ),김기영 ( Ki Young Kim ) 한국지구물리·물리탐사학회 2014 지구물리와 물리탐사 Vol.17 No.1

춘천시 인구 밀집지역의 지반특성 파악 및 분류를 목적으로 2011년 1월부터 2013년 5월까지 고유진동수 1 Hz인수직성분 속도센서 4대와 4.5 Hz 수직 지오폰 24개를 이용하여 춘천시계 내의 50 지점(산림지 4 곳 포함)에서 레일리파를 기록하였다. 확장된 공간자기상관함수법으로 얻은 레일리파 분산곡선을 두께 1 m인 40개 수평층의 횡파속도(vs) 모델로 역산하였다. 또한 이를 바탕으로 풍화암질 기반암의 깊이(Db) 및 횡파속도(vbs), 토양층의 평균 횡파속도(vss), 깊이 30m까지의 횡파속도(vs30)를 각각 산출하였다. 46개 저고도 측점에서 구한 Db, vsb, vss, vs30는 각각 5~29 m, 404 ~ 561m/s, 208 ~ 375 m/s, 226 ~ 583 m/s의 범위를 갖는다. 이는 국내 내진설계기준에 따르면 치밀한 토사지반 SD와 매우 조밀한 토사지반 및 연암지반인 SC에 해당한다. vs30의 대표적 지시자를 파악하기 위해 토지피복 종류, 기반암 암상, 지표면경사도 및 지표 고도와의 상관도를 분석하였다. 그 결과, 가장 좋은 지시자인 고도와의 상관성(r = 0.41)도 미약하게 나타나서, 상대적으로 작은 면적의 춘천시만을 대상으로 적용하기에는 신뢰성에 한계가 있다고 판단된다. To reveal and classify site characteristics in densely populated areas in Chuncheon, Korea, Rayleigh-waves were recorded at 50 sites including four sites in the forest area using four 1-Hz velocity sensors and 24 4.5-Hz vertical geophones during the period of January 2011 to May 2013. Dispersion curves of the Rayleigh waves obtained by the extended spatial autocorrelation method were inverted to derive shear-wave velocity (vs) models comprising 40 horizontal layers of 1-m thickness. Depths to weathered rocks (Db), shear wave velocities of these basement rocks (vbs), average velocities of the overburden layer (vss), and the average velocity to a depth of 30 m (vs30), were then derived from those models. The estimated values of Db, vbs, vss, and vs30 for 46 sites at lower altitudes were in the ranges of 5 to 29 m, 404 to 561 m/s, 208 to 375 ms/s, and 226 to 583 m/s, respectively. According to the Korean building code for seismic design, the estimated vs30 indicates that the lower altitude areas in Chuncheon are classified as SC (very dense soil and soft rock) or SD (stiff soil). To determine adequate proxies for vs30, we compared the computed values with land cover, lithology, topographic slope, and surface elevation at each of the measurement sites. Due to a weak correlation (r = 0.41) between vs30 and elevation, the best proxy of them, applications of this proxy to Chuncheon of a relatively small area seem to be limited.

초음파 소견에 따른 간 탄성도 분석

천혜리(Hye-Ri Chun),장현철(Hyon-Chol Jang),조평곤(Pyong-Kon Cho) 한국방사선학회 2021 한국방사선학회 논문지 Vol.15 No.6

본 연구는 2020년 5월부터 2020년 12월까지 복부초음파 검사를 위해 내원한 101명의 환자를 대상으로 하였다. 횡파탄성측정검사법을 이용하여 초음파 검사 시 초음파 영상(에코 패턴, 비장비대, 간염) 소견에 따른 탄성도를 알아 알아보고자 하였다. 에코 패턴의 정상 그룹의 횡파탄성측정값은 5.75±1.58 kPa였으며, 에코 패턴의 비정상 그룹은 8.84±4.94 kPa로 에코 패턴 비정상 그룹에서 횡파탄성측정값이 높게 나타났다(p<0.05). 정상 비장 크기에서 간 탄성도 값은 6.33±2.54 kPa였으며, 비장비대의 간 탄성도 값은 13.73±5.48 kPa로 나타났다. 비장비대일 경우 간 탄성도 값이 높게 나타났으며, 통계적으로 유의미한 차이가 있었다(p<0.05). 비장 크기가 증가할수록 간 탄성도 값이 1.485배, 간염이 진행될수록 간 탄성도 값이 1.573배 증가하는 것으로 나타났다(p<0.05). 초음파 영상 소견과 횡파탄성측정법 간 일치도 분석 결과 Kappa 값이 0.922(p<0.05)로 높게 나타났으며, 두 검사 방법 간에 높은 일치도를 보였다. 간 초음파 소견과 함께 횡파탄성측정법 검사의 간 탄성도 값을 추가적으로 비교한다면 간 섬유화 진단에 있어 많은 도움이 될 것으로 생각된다. This study was conducted on 101 patients who visited hospital for abdominal ultrasonography from May 2020 to December 2020. The purpose of this study was to find out the elasticity according to the ultrasound images (echo pattern, splenomegaly, hepatitis) during the ultrasound examination using the shear wave elastography. The shear wave elastography value of the normal group of the echo pattern was 5.75±1.58 kPa, and the group with the abnormal echo pattern was 8.84±4.94 kPa, and the shear wave elastography value of the abnormal group was high (p<0.05). In normal spleen size, hepatic elasticity value was 6.33±2.54 kPa, and hepatic elasticity value of splenomegaly was 13.73±5.48 kPa. In the case of splenomegaly, the liver elasticity value was high, and there was a statistically significant difference (p<0.05). As the spleen size increased, the liver elasticity value increased by 1.485 times, and as hepatitis progressed, the liver elasticity value increased by 1.573 times (p<0.05).As a result of analysis of concordance between ultrasound imaging findings and shear wave elastography, the Kappa value was found to be as high as 0.922 (p<0.05), which showed high concordance between the two test methods. Additional comparisons of liver elasticity values in shearwave elastography tests along with liver ultrasound findings are thought to be of great help in diagnosing liver fibrosis.

횡파 위상배열 초음파 탐촉자 설계 및 성능 평가

윤병식(Byung-Sik Yoon),이희종(Hee-Jong Lee),Dominique Braconnier 한국비파괴검사학회 2012 한국비파괴검사학회지 Vol.32 No.2

일반적으로 위상배열 초음파검사 기법을 이용한 배관 용접부검사에서는 높은 검사 각도를 효과적으로 발생하기 위하여 웻지를 사용하게 된다. 그러나 용접부 또는 접근이 제한된 부위에 대한 검사는 위상배열 초음파 탐촉자에 웻지를 부착하게 되면 웻지의 전단 길이로 인하여 검사체적을 포함하지 못하는 등의 문제점이 발생하게 된다. 따라서 웻지를 사용하지 않고 높은 검사 각도를 발생할 수 있는 횡파 위상배열 초음파 탐촉자를 적용해야 할 필요성이 있다. 본 연구에서는 굴절각도가 높은 횡파를 발생할 수 있는 위상배열 초음파 탐촉자를 설계하고 제작하여 다양한 깊이의 EDM 노치가 가공된 시험편에서 결함이 정확하게 검출되고 평가될 수 있는 지를 확인하였다. 결과적으로 본 연구에서 설계된 횡파 위상배열 초음파 탐촉자는 다양한 깊이의 결함을 검출하고 신뢰성 있는 정밀도를 나타내었으므로 향후 접근제한이 예상되는 발전설비 구조물의 검사에 적용된다면 효과적인 검사 결과를 보여줄 것으로 기대된다. Typically, a wedge is involved to generate effectively high inspection angle in pipe weld inspection using phased array ultrasonic technique. But the usage of this wedge for weld or access limited area can cause coverage limitation for the examination volume because of the wedge front length. Therefore, the shear wave phased array probe which can generate high inspection angle without wedge is essentially necessary. In this paper, the shear wave phased array ultrasonic probe which can generate high inspection angle designed by modeling and manufactured from the modelling result. And this shear wave probe tested whether it can detect and sizing for EDM test block that contains various depth. As results, the experimental results show that the designed shear wave phased array probe can detect and size with reliable accuracy. Therefore if this phased array probe apply in field inspection, it is expected that it show more reliable inspection result for plant structure having access limitation.

횡파 탄성 초음파영상: 체계적 문헌고찰 및 메타분석

모진아 대한의사협회 2016 대한의사협회지 Vol.59 No.7

횡파 탄성 초음파영상은 병변 발견이 필요하거나 병변의중증도 확인이 필요한 간질환 환자를 대상으로 초음파를 이용하여 실시간으로 영상을 확인하며 조직 강성을 정량적으로 측정하는 검사이다. 초음파는 귀로 듣지 못하는 주파수가큰 음으로 일정한 방향으로 강하고 직진하는 성질과 부딪혀반사하는 성질이 있어, 몸에 초음파를 쏘아 보내어 반사되는 신호를 해석하여 몸 속의 여러 가지 기관을 영상으로 보여준다. 현재 임상에서 널리 사용하는 초음파는 손으로 눌러서 연조직의 단단함을 검사한다. 하지만, 적당한 크기의 힘을 영상면에 균일하게 가하기 어려워 시술자의 숙련도와 경험에 따라 의료결과가 달라지고 허상 등 위양성 소견을 보이는 경우가 많아, 진단에 어려움을 겪었다[1-4]. 횡파 탄성 초음파영상은 연조직의 탄성 특성의 차이를 초음파기기에서 가해준 힘에 대한 전단 변형률을 횡파의 음속도로 측정하여 객관적으로 병변의 경계를 확인하는 초음파영상검사이다[3,5]. 하지만, 현재 건강보험요양급여비용 목록에는 동 검사가 등재되어 있지 않아 본 연구에서는 체계적 문헌고찰을 통하여 동 검사의 안전성 및 유효성을 평가하고자 한다.

춘천지역의 천부 횡파속도를 구하기 위한 레일리파 분산곡선 역산

김기영 ( Ki Young Kim ),김우중 ( Woo Jung Kim ),박영환 ( Yeong Hwan Park ) 한국지구물리·물리탐사학회 2012 지구물리와 물리탐사 Vol.15 No.1

천부 횡파속도(Vs)를 구하기 위한 효율적 방법을 모색하기 위하여, 수동적 및 능동적 방법으로 발생된 레일리파의 분산곡선 특성을 분석하였다. 춘천지역에서 반경 5, 4O m인 4개 삼각형 배열을 이용하여 5분간 감지한 상시미동을 확장된 공간자기상관법으로 분석하였다. 동일한 지역에서 해머로 발생시키고 4.5 Hz 지오폰 24개로 2초간 기록한 인공적 레일리파는 다중채널 표면파 분석법으로 처리하였다. 7~l9 Hz와 50 Hz 구간에서 상대적으로 높은 신호/잡음비를 보이는 상시미동과 인공적 레일리파의 분산곡선을 병합하고 역산한 결괴를 시추공 주상도와 비교하였다. 토사층 및 연암층의 vs는 각각 221 m/s와 846 m/s 정도로 비교적 일정하나, 사력-혼전층 및 풍화암층 구간에서는 깊이에 따라 선형으로 증가하는 양상을 보인다. 횡파속도에 의한 지반분류를 적용할 경우, 풍화암/연암의 경계는 시추주상도에 표시퇸 깊이 보다 5m 깊은 것으로 분석된다. To evaluate methods of determining near-surface shear-wave velocities (Vs), we derived dispersion curves of Rayleigh waves generated by both passive and active sources in Chuncheon, Korea. Microtremors were recorded for S minutes in each of four triangular arrays with radii of 5 -40 m. Those data were analyzed using the Spatial Autocorrelation method. Rayleigh waves were also generated by a hammer source and recorded in the same area for 2 s using 24 4.5-Hz geophones. Multichannel Analysis of Surface Waves was applied to those data, Velocity spectra were derived with relatively high signal-to-noise ratios in the frequency ranges of 7- 19 and 11 -50 Hz for the microtremors and synthetically generated Rayleigh waves, respectively. The resultant dispersion curves were combined as one and then input to inversion to derive shear wave velocities that were compared with a lithology log from a nearby well. Shear-wave velocities in the top soil and soft-rock layers are almost constant with values of 221 and 846 m/s, respectively; while the inverse-modeled Vs increases linearly in the gravelly sand, cobbles, and weathered-rock layers. If rock type is classified based on shear-wave velocity, the inversion-derived boundary between weathered-rock and soft rock may be about 5 m deeper than in the well log.

상시미동 측정을 통한 천부 횡파속도 연구

황윤구 ( Yoon Gu Hwang ),김기영 ( Ki Young Kim ) 대한지질공학회 2006 지질공학 Vol.16 No.4

상시미동을 이용하는 수동적 표면파 탐사를 결정질암 기반암 지역에서 실시하여, 내진설계 지반분류 기준인 30 m 깊이까지의 평균 횡파속도(Vs30)를 구하고자 연구를 수행하였다. 시험자료는 조사지 A와 B에서 삼각형 배열과 ``ㄴ``자형직각 배열로 2 ms 간격으로 4초 동안 기록하였다. 조사지 A에서 기록한 자료를 공간 자기상관 방법으로 분석하여 위상속도 스펙트럼을 작성하고, 수신기 배열의 길이 및 형태, 기록 횟수, 수신기 수 등의 주요인자들의 영향을 고찰하였다. 조사지 B에서 상시미동 기록자료의 역산을 통해서 구한 횡파속도와 근처 시추공에서 수직탄성파 방법으로 구한 결과가 대체로 일치함을 보여 상시미동을 이용한 표면파 탐사법이 Vs30을 구하는데 효율적인 방법으로 판단된다. The passive surface wave survey using microtremor is conducted in areas of crystalline rock basements to obtain average shear-wave velocity structures to 30 m deep (Vs30), on which the earthquake-resistant design standard is based. Test data were recorded at two sites with triangular and L-shaped arrays for 4 seconds with an sampling interval of 2 ms. The microtremor recorded at a site were analysed using the spatial autocorrelation method to obtain phase-velocity spectra and effects of major factors such as size and shape of array and number of record and receiver were examined. At the other site, shear-wave velocities were derived from VSP and microtremor data separately. The results from these two methods agree to each other reasonably well, indicating that the microtremor method can be an effective geophysical tool to measure Vs30.

심장조직 정밀분석을 위한 고주파 초음파 횡파 탄성 영상 시스템

이승엽(Seungyeop Lee),은영민(Lucy Youngmin Eun),황재윤(Jae Youn Hwang),은용순(Yongsoon Eun) 한국비파괴검사학회 2021 한국비파괴검사학회지 Vol.41 No.4

심장질환 진단을 위한 다양한 영상 장치가 있지만 작은 병변 또는 경미한 단계의 질환을 발견하는 것은 어렵다. 본 연구에서는 심장질환에 의한 미세한 심장 조직 변화를 분석할 수 있는 고주파 초음파 횡파영상 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 작은 병변을 감지할 수 있도록 높은 해상도의 영상을 얻기 위하여 38 MHz 초음파 변환자를 제작 이용하였고, 조직 내의 충분한 횡파의 발생을 위해 기계적 진동기를 사용하였다. 시스템의 성능 확인을 위해 팬텀을 이용하여 심장의 횡 방향 / 축 방향 분해능을 측정하였고, 해상도는 각각 144 μm와 168 μm가 측정되었다. 시스템의 유효성 확인을 위해 돼지 심장을 이용한 체외 실험을 수행하였다. 돼지 심장 실험은 정상 심장 조직을 국소적으로 냉각 및 가열시킨 후 실험하였고, 본 시스템으로 심장조직의 국소적 변화를 관찰할 수 있었다. 따라서 향후 본 연구에서 제안하는 영상 시스템을 적용한 임상연구를 거쳐 심장질환 조기진단이 가능하게 될 것이다. Several imaging devices have been used to diagnose heart disease. However, these imaging devices have limitations with regard to the observation of small lesions, which makes early detection of heart disease difficult. This study proposes a shear wave imaging system with a high-frequency ultrasound transducer to measure the mechanical properties of heart tissue to diagnose heart disease. A 38-MHz ultrasound transducer is used to achieve a high-resolution image, and a mechanical vibrator is used to generate shear waves in the heart tissue. In the phantom experiments, spatial resolutions are experimentally determined. The lateral and axial resolutions are 144 and 168 μm, respectively. The feasibility of the proposed system is demonstrated in the experiments pertaining to induced disease-like deformations. The obtained images exhibit local variations in the mechanical properties. Thus, the proposed imaging system can detect small lesions in heart tissue, which is important for early detection of heart disease.

상시미동 및 원거리 지진 자료로부터 구한 화천 지진관측소의 천부 횡파속도구조

윤원영 ( Won Young Yun ),박순천 ( Sun Cheon Park ),김기영 ( Ki Young Kim ) 한국지구물리·물리탐사학회 2013 지구물리와 물리탐사 Vol.16 No.3

화천 지진관측소의 시추주상도와 56일간 기록한 상시미동자료 및 3개 원거리 지진이벤트(Mw ≥ 6.0)를 이용하여 천부 횡파속도(vs)를 구하였다. 지표에서 기록한 상시미동자료의 수평성분/수직성분 스펙트럼비로부터 10 m 두께의 토양층의 vs( = 296 m/s)를 결정하였다. 지표로부터 시추공 센서가 설치된 96 m 깊이까지의 평균 vs( = 1,309 m/s)는3개의 원거리 지진이벤트를 지표 및 시추공 센서로 기록한 자료들의 스펙트럼 상관도로 계산하였다. 이렇게 계산한 와 값을 이용하여 계산한 기반암의 vs는 2,150 m/s이며, 30 m까지의 평균 vs는 696 m/s이다. 화천 관측소 부지는 비교적 양호한 것으로 판단되며, 이 연구를 통해 구해진 천부 vs는 향후 지반의 부지증폭효과 및 지진재해의 정량적 평가에활용될 수 있다. We estimated near-surface shear-wave velocity (vs) at the Hwacheon seismic station using a geologic log of a well, microtremors recorded during a period of 56 days, and records of three teleseismic events (Mw ≥ 6.0). The vsof the 10-m thick soil layer ( = 296 m/s) was determined from horizontal-to-vertical spectral ratios of microtremors recorded at the surface. The average vs ( = 1,309 m/s) from the surface to the 96-m depth of a borehole sensor, was computed using spectral coherence analyses of data recorded by surface- and borehole-sensors for the three teleseismic events. Using these calculated values of and, the computed bedrock vs is 2,150 m/s and the time-averaged vs to a 30-m depth is 696 m/s. Accordingly the Hwacheon seismic station is regarded as a relatively good site. The deduced near-surface vs can be used for further quantitative evaluation of site amplification and earthquake hazard.