How to see with sound - Jacques S. Abramowicz

번역: DK Kim 검토: Jihyeon J. Kim

In a pitch-black cave, bats can’t see much.

칠흑처럼 어두운 동굴에서는 박쥐도 잘 볼 수 없습니다.

But even with their eyes shut,

하지만 심지어 눈을 감고서도

they can navigate rocky topography at incredible speeds.

울퉁불퉁한 지형을 엄청나게 빠르게 돌아다닐 수 있죠.

This is because a bat’s flight isn’t just guided by its eyes,

박쥐는 시각뿐 아니라

but rather, by its ears.

청각을 이용해서도 날거든요.

It may seem impossible to see with sound,

소리로 본다는 게 말이 안되는 것 같지만

but bats, naval officers, and doctors do it all the time,

박쥐나 해군, 의사들은 항상 하고 있는 일입니다.

using the unique properties of ultrasound.

초음파의 독특한 성질을 이용하는 거죠.

All sound is created when molecules in the air, water,

공기나 물, 어떤 매질에서든 그 안의 분자가 진동하면서

or any other medium vibrate in a pulsing wave.

소리의 파동이 만들어집니다.

The distance between each peak determines the wave’s frequency,

각 파동 마루 사이의 거리가 진동수가 되고

measured as cycles per second, or hertz.

헤르츠, 즉 초당 진동수로 측정합니다.

This means that over the same amount of time,

같은 시간 동안에

a high frequency wave will complete more cycles than a low frequency one.

고주파음이 저주파음보다 더 많이 진동하는 거죠.

This is especially true of ultrasound,

초음파가 이 특성을 잘 보여주는데

which includes any sound wave exceeding 20,000 cycles per second.

초당 2만 번 이상 진동합니다.

Humans can't hear or produce sounds with such high frequencies,

우리는 이런 초음파를 듣지도, 낼 수도 없지만

but our flying friend can.

우리의 날아다니는 친구는 할 수 있습니다.

When it’s too dark to see, he emits an ultrasound wave with tall peaks.

박쥐는 너무 어두워져서 보이지 않으면, 마루가 높은 초음파를 내보냅니다.

Since the wave cycles are happening so quickly,

진동수가 아주 높아서

wave after wave rapidly bounces off nearby surfaces.

근처 표면에서 빠르게 반향합니다.

Each wave’s tall peak hits every nook and cranny,

높은 마루가 구석구석을 때려서

producing an echo that carries a lot of information.

많은 것을 알려주는 메아리가 생깁니다.

By sensing the nuances in this chain of echoes,

메아리들의 작은 변화들을 잘 살펴서

our bat can create an internal map of its environment.

주위가 어떻게 생겼는지 알아냅니다.

This is how bats use sound to see,

이렇게 해서 박쥐는 소리로 볼 수 있습니다.

and the process inspired humans to try and do the same.

사람들은 이것을 보고 따라해 보았죠.

In World War One, French scientists sent ultrasound beams into the ocean

1차세계대전 동안 프랑스 과학자들은 바다에 초음파를 쏘아서

to detect nearby enemy submarines.

근처에 있는 적 잠수함을 찾으려 했습니다.

This early form of SONAR was a huge success,

이 초창기 음파 탐지기는 대성공이었습니다.

in large part because sound waves travel even faster through mediums

빽빽하게 들어찬 물 같은 매질에서

with more tightly packed molecules, like water.

음파가 더 빨리 퍼지는 게 큰 이유였습니다.

In the 1950s, medical professionals began to experiment with this technique

1950년에 의료계에서 이 기술을 써보기 시작했습니다.

as a non-invasive way to see inside a patient’s body.

신체 내부를 손상을 끼치지 않고 보는 방법이었습니다.

Today, ultrasound imaging is used to evaluate organ damage,

오늘날 초음파 영상은 장기의 손상을 살피고

measure tissue thickness, and detect gallbladder stones, tumors,

조직의 굵기를 재고 담석을 찾아내거나

and blood clots.

종양, 혈전을 찾는 데 쓰입니다.

But to explore how this tool works in practice,

이 도구의 실제 사용 사례로

let’s consider its most well-known use— the fetal ultrasound.

가장 널리 알려진 것인 태아 초음파를 봅시다.

First, the skin is covered with conductive gel.

우선 피부에 전도용 겔을 바릅니다.

Since sound waves lose speed and clarity when traveling through air,

음파는 공기를 지나면 속도와 선명도가 떨어지므로

this gooey substance ensures an airtight seal

이 끈적거리는 물질로 몸과 초음파 탐침 사이에

between the body and the wand emitting ultrasound waves.

공기가 들지 않도록 해줍니다.

Then the machine operator begins sending ultrasound beams into the body.

그러고 나서 초음파를 보냅니다.

The waves pass through liquids like urine, blood, and amniotic fluid

초음파가 오줌이나 피, 양수 같은 액체를 지날 때는

without creating any echoes.

반사파를 만들지 않지만

But when a wave encounters a solid structure, it bounces back.

단단한 물체에 부딪치면 튕겨 나오죠.

This echo is rendered as a dot on the imaging screen.

반사파는 영상 화면에 점으로 보입니다.

Objects like bones reflect the most waves,

뼈 같은 물체는 음파를 대부분 반사해서

appearing as tightly packed dots forming bright white shapes.

밝고 하얀 모양으로 점들이 많이 보입니다.

Less dense objects appear in fainter shades of gray,

덜 단단한 부분들은 회색으로 약간 흐리게 보이고

slowly creating an image of the fetus’s internal organs.

천천히 태아의 장기를 보여줍니다.

To get a complete picture,

영상을 완성하려면

waves need to reach different depths in the patient’s body,

대상자의 몸에 여러 가지 깊이로 음파를 보내서

bypassing some tissues while echoing off others.

다른 장기를 가리는 조직들을 피해야 합니다.

Since longer, low frequency waves actually penetrate deeper

더 길고 낮은 주파수의 음파가 짧고 높은 주파수의 음파보다

than short, high frequency ones,

더 깊이 도달하기 때문에

multiple frequencies are often used together

여러 가지 주파수를 함께 묶어 쓰고

and composited into a life-like image.

결과를 합쳐서 실물 같은 영상을 만드는 방법을 자주 씁니다.

The operator can then zoom in and focus on different areas.

초음파로는 확대하거나 집중해서 볼 수 있습니다.

And since ultrasound machines send and receive cascades of waves in real time,

초음파 기계는 초음파를 보낸 즉시 받을 수 있어서

the machine can even visualize movement.

심지어 움직이는 장면도 볼 수 있습니다.

The waves used for medical ultrasound range from 2 million to 10 million hertz—

의료용 초음파는 2백만 헤르츠에서 천만 헤르츠까지입니다.

over a hundred times higher than human ears can hear.

우리가 들을 수 있는 것보다 백 배 이상이죠.

These incredibly high frequencies create detailed images

이렇게 엄청나게 높은 주파수는 자세한 영상을 만들고

that allow doctors to diagnose the smallest developmental deviations

의사는 아주 작은 발달 이상도 알아 볼 수 있습니다.

in the brain, heart, spine, and more.

뇌나 심장, 척추나 다른 곳도요.

Even outside of pre-natal care,

태아 건강 분야 외에서도

medical ultrasound has huge advantages over similar technologies.

의료용 초음파는 비슷한 다른 기술보다 많은 장점이 있습니다.

Unlike radiation-based imaging or invasive surgical procedures,

방사선을 사용하는 영상기기나 수술법과는 다르게

ultrasound has no known negative side effects when used properly.

초음파는 적절하게만 사용하면 나쁘다고 알려진 부작용이 없습니다.

At very high levels, the heat caused by ultrasound waves

아주 높은 수준에서는 초음파 때문에 발생한 열이

can damage sensitive tissues,

민감한 조직에 손상을 입힐 수 있지만

but technicians typically use the lowest levels possible.

대개 가능한 한 제일 낮은 수준으로 사용합니다.

And since modern ultrasound machines can be small and portable,

현대식 초음파 기기는 크기가 작고 들고 다닐 수 있어서

doctors can use them in the field—

의사들이 병원 밖에서도 사용할 수 있습니다.

allowing them to see clearly in any medical emergency.

어떤 응급 의료 상황에서도 정확하게 진찰할 수 있는 거죠.