안녕하세요?
오늘은 초음파의 위험에 대해 알아볼텐데요, 특히 임신 중에 하는 태아 초음파에 초점을 맞춰보겠습니다. (@forhappywomen님께서 영감을 주셨습니다 ㅎㅎ)
좀 어려운 내용일 수 있고, 산모뿐 아니라 산부인과 선생님들께 도움이 되길 바랍니다.

태아 초음파는 안전할까?

초음파의 원리

먼저 초음파의 원리에 대해 간단히 알아보겠습니다.
초음파란 말 그대로, 사람이 듣는 음파(16-20000Hz)를 넘어가는 주파수를 가진 음파입니다. 보통 의료영역에서는 2-15MHz를 사용합니다. 탐촉자(probe, 환자에 닿는 물체) 에서 발생된 초음파는 인체 조직을 통과하면서 흡수, 반사, 산란 됩니다. 이중 반사된 음파를 탐촉자에서 포착하고 화면에 점으로 표현합니다. 무수히 많은 반사된 음파들이 초음파 화면을 구성합니다.

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초음파의 원리. 반사된 음파를 읽어 화면에 표시한다.

초음파의 생물학적 효과

초음파는 인체 조직을 통과하기 때문에, 역시 인체 조직에 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 영향이 아직 인체에 유해한지 대해서 명확한 근거는 없다고 합니다. 주로 인체에 대한 영향은 열 효과와 비열 효과로 나누어집니다.

열 효과(Thermal effects)

탐촉자에서 발생된 초음파가 인체 조직에 ‘흡수’ 될 때 그 에너지가 열로 전환됩니다. 이 초음파 에너지는 국소적인 온도 상승을 유발합니다. 온도 상승의 정도는 주파수, 강도, 범위, 기간, 혈류의 제거율 등과 관련 있습니다.

동물실험에서는 초음파로 인한 열로 태아에 5분동안 4도 이상의 상승이 있는 경우 위해가능성이 있다고 합니다. 특히 고열은 취약한 중추신경계(뇌, 척수)에 영향을 주어 신경관 결손이나 발육 저하를 유발 할 수 있다고 합니다. 또한 열은 태반과 자궁 활동에도 영향을 주어 유산까지도 일으킬 수 있습니다. 그러나 이런 보고들이 실제 인간 태아에게 초음파로 인한 열이 위해를 주는지 명확하지 않습니다. 다만 1.5도 이하의 경미한 온도 상승은 기간과 상관 없이 사람 배아에서도 위해는 없다고 합니다.

비열 효과(Non-thermal effects)

비열 효과는 다른 말로 기계적 효과(Mechanical effect)라고 합니다.

하나는 공동화(cavitation) 효과입니다. 이것은 체액이나 빈 공간에 가스 버블이 생기는 현상입니다. 실험적으로 버블이 커지면 고열과 압력을 유발하여 유해 활성산소가 발생되고, DNA에 손상을 유발 할 수 있습니다. 또한 진동하면서 물리적으로 세포막이나 세포 분해를 유발 살 수 있다고 합니다. 그런데 이런 결과들은 모두 실험에서만 밝혀졌고, 산모의 초음파에서 거의 쓰지 않는 초음파 조영제 사용시에 발생 할 수 있다고 합니다.
다른 하나는 음향류와 음향 토크(acoustic streaming and torque)입니다. 이는 초음파가 퍼질 때 조직에 가해지는 힘으로 세포에 손상이나 분해를 유발하는 것인데, 역시 실험적으로만 알려져 있고, 실제 진단적 초음파에서는 거의 발생하지 않는다고 합니다.

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액체에 대한 초음파의 4가지 영향. 앞의 3가지 영향이 주로 생물학적 효과에 언급된다

초음파 위해도 평가

TI (Thermal index, 열 지수)

초음파의 열 효과로 인한 위해도가 명확하진 않으나, 평가 하는 방법이 있습니다. 초음파 화면을 잘 보시면 TI라는 항목이 있는데, 이것입니다. 의미는 초음파에 노출된 조직에서 일어날 수 있는 최대 온도의 상승치 입니다 (열지수 1은 최대 1도의 온도상승). 이 수치로 초음파를 시행하는 의사가 열 효과가 얼마나 많은지 판단하고, 초음파를 적절히 중단 할 수 있습니다.

그런데, 임신 주수마다 보아야 하는 열 지수가 다릅니다. 10주 전에는 TIS(Thermal index for soft tissue)를, 10주 후에는 TIB(Thermal index for bone)을 보아야 합니다. 이유는 10주 전에는 태아의 뼈가 형성되지 않았기 때문에 주로 연부 조직을 기준으로 한 TIS를 보아야 하고, 10주 이후에는 뼈가 형성되기 때문에 TIB를 보아야 합니다. 이유는 뼈의 표면에서 횡파(transverse shear wave)가 주변 조직의 열 상승에 많은 기여를 하기 때문입니다. 영국에서 제시한 가이드라인에 따르면 TI 0.7 이하는 안전하며, 0.7~3.0 사이에서는 시간을 주의하여야 하고, 3.0 이상인 경우 시행하면 안됩니다.

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영국의 가이드라인. 0.7이하는 안전, 3 이상은 위험하다.

MI (Mechanical index)

비열 효과도 현재까지 태아에 별 영향은 없는 것으로 알려집니다만, MI로 평가 가능합니다. 이는 최대의 음압을 주파수의 제곱근으로 나눈 것입니다. 영국의 가이드라인에서는 태아 초음파에서는 0.7 이하로 시행 할 것을 권고하는데, 이것도 초음파 조영제를 썼을 때가 기준입니다. 일반적인 태아초음파에 큰 영향이 없을 것으로 생각하는 것이지요. 오히려 출생 후 신생아에서 0.3 이하로 시행 할 것을 권고합니다.

잘 찾아보면 TI와 MI를 초음파 화면에서 볼 수 있다.

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영국의 TI와 MI의 가이드라인.

3D 혹은 비의학적 초음파

진단적 목적의 3D 초음파는 태아의 기형 진단에 많은 도움이 됩니다. 하지만 비의학적인 목적으로, 기념으로 영상을 찍거나 저장하는 경우가 있습니다. 미국과 영국 초음파학회에서는 이를 권고하지 않습니다.

이런 사진 많이 하지 않습니까? 그런데, 단순히 비의료적인 목적은 안됩니다.

이외에 주의할 사항 (for obstetrician)

TI, MI를 보는 것도 중요합니다만 다른 요소도 있습니다.

파워 세팅을 줄일 것 2. 초음파 시간을 가능한 한 짧게 할 것, 3. Probe를 한 곳에 너무 고정하지 말 것, 4. 인체 내부에 넣는 probe(TVUS, TRUS 등)가 시행 전 self-heating된 경우 쓰지 말 것, 5. 열에 취약한 (10주전 태아/태아나 신생아 머리 및 척추/눈) 조직에는 Doppler 검사 지양 할 것.

결론

현재까지 초음파가 태아에 위해를 준다는 명확한 증거는 없습니다. 따라서 초음파는 가장 안전한 검사 중 하나이고, 굳이 안전에 대해 걱정할 이유는 없습니다. 하지만 실험적으로 열 효과나 비열 효과로 태아 조직에 위해가 있을 수 있을 만큼 주의는 필요합니다.
초음파를 하는 산부인과 의사는 TI 및 MI를 잘 보고(사실 높아지는 경우가 거의 없습니다..), 가이드라인에 따라야겠습니다. 그리고 방사선과 마찬가지로 비의학적인 목적의 검사는 금하고, 필요한만큼 최소한 검사 하는 것(ALARA principle; As Low As Reasonably Achievable)이 중요하겠습니다.

초음파는 안전한 검사입니다. 다만 필요한 만큼만, 가이드라인에 맞추어 검사해야 합니다.

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초음파 검사는 안전합니다. 하지만 지킬 것은 지킵시다!

Reference

https://www.fda.gov
http://www.wfumb.org/safety-statements/
The British Medical Ultrasound Society. Guidelines for the safe use of diagnostic ultrasound equipment.
The American Institute of Ultrasound in Medicine, AIUM Practice Parameter for the Performance of Obstetric Ultrasound Examinations. 2013.
Jolly Joy et al. Review: Is ultrasound safe?. The Ostetrician & Gynaecologist 2006;8;222-227.
Mathieu Legay et al. Enhancement of Heat Transfer by Ultrasound: Review and Recent Advances. International Journal of Chemical Engineering 2011; Volume 2011, 17 pages.
박중신. 초음파 검사는 태아에게 유해한가?. J Korean Med Assoc 2008;51(9);823-830.

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