초음파공학연구실은 초음파 에너지를 대상체에 전달하여 반사 신호를 가시화하거나 대상체의 변화를 정량화하는 연구를 수행하고 있습니다.

초음파공학의 기본은 전기신호를 음향신호로 바꿔주는 장치인 초음파 트랜스듀서로, 본 연구실은 다양한 용도의 초음파 트랜스듀서를 직접 설계하고 제작합니다. 초음파공학의 의학적 응용, 산업적 적용, 국방과학에의 응용을 주 연구분야로 하고 있으며, 초음파 영상, 치료, 다중 모드 융합영상 및 치료, 세포의 기계적 특성 정량화, 무선 전력 전송, 비파괴검사용 정량적 초음파 신호 분석, 저강도 초음파 자극 등 다양한 분야의 연구 성과를 창출하였고 지속적으로 연구 과제를 수행 중입니다.

본 연구실은 실제 의료 현장에서 초음파가 어떻게 쓰일지를 가장 중점적으로 생각합니다. 세계 최고 수준의 초음파 트랜스듀서 연구센터를 목표로, 실험실의 기술을 의료기기 또는 서비스로 구체화하여 실제 의료 현장에 제공하기 위해 오늘도 연구에 매진하고 있습니다.

초음파는 비침습식으로 기계적 에너지를 전달할 수 있다는 장점을 기반으로 의료 및 산업 분야에서 다양한 목적을 위해 사용되고 있습니다. 의료 분야에서는 초음파 영상 기반의 질병 진단, 고강도 집속 초음파를 활용한 비침습식 열 치료 (High-Intensity Focused Ultrasound, HIFU), 초음파 자극을 통한 치료법 개발 등을 위해 사용하고 있으며, 산업 분야에서는 구조물이나 생산물의 품질 관리를 위한 비파괴 검사 (Non-Destructive Testing, NDT)에 주로 사용됩니다.

이와 같이 초음파의 활용 분야는 무궁무진하여 다양한 분야에서 초음파를 적용한 연구들이 요구되고 있으며, 이에 따라 초음파공학연구실에서도 관련 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 또한 다양한 응용 분야에 대한 실험뿐만 아니라 초음파 구현을 위한 트랜스듀서 제작까지 진행하여, 최적의 초음파 조건을 구현하기 위한 초음파 시스템을 구축할 수 있도록 하며 이를 통해 초음파를 적용할 수 있는 모든 분야에 대한 기초 연구를 진행하는 것을 목표로 하고 있습니다.

연구실에서 진행되는 연구는 크게 4가지로, 1. 음향집게를 이용한 세포 역학 연구, 2. 멀티 모드 광/초음파 영상을 위한 투명 초음파 변환기 개발, 3. 피부 부착형 초음파 영상 시스템 연구, 4. 고주파 초음파 산란 분석을 이용한 강판 내 결함 탐상이 있습니다.

1. 음향집게를 이용한 세포 역학 연구 고주파, 고집속 초음파를 사용하여 초점 주위의 입자, 세포를 포획하여 이동시키거나, 포획된 입자/세포의 기계적 특성을 측정합니다.
2. 멀티 모드 광/초음파 영상을 위한 투명 초음파 변환기 개발 초음파 변환기를 투명 소재로 개발, 제작하여 레이저 광원과 초음파 변환기를 동심축 상에 배치하여 영상 품질을 향상시킵니다.
3. 피부 부착형 초음파 영상 시스템 연구 피부에 부착할 수 있는 형태의 프로브를 만들어 상시 피부에 부착된 상태로 영상을 획득하거나 생체신호를 모니터링할 수 있는 솔루션을 개발합니다.
4. 고주파 초음파 산란 분석을 이용한 강판 내 결함 탐상 고주파 초음파 산란 분석법을 이용하여 강판 내 결함을 비파괴 검사합니다.

1. Mechanobiology ‘음향집게를 이용한 세포 역학 연구’의 성과를 바탕으로 하여, 초음파 방사력을 이용한 박막 진동 유도, 음향 집게를 이용한 3D spheroid 제작 연구 등 Mechanobiology 분야로 음향집게를 활용한 세포 역학 연구를 발전시키고자 합니다.
2. Interventional Ultrasound ‘멀티 모드 광/초음파 영상을 위한 투명 초음파 변환기 개발’ 연구를 바탕으로 하여, 혈관 영상용 광음향/초음파 카테터 개발, 투명 초음파 변환기 어레이 개발, 음향-광 듀얼 모드 집게 등으로 Interventional Ultrasound 분야의 핵심 기술로 계속 발전시키고자 합니다.
3. Brain-Computer Interface ‘피부 부착형 초음파 영상 시스템 연구’의 성과를 바탕으로 하여, 저강도 초음파 뇌자극을 위해 초음파 변환기 표면과 두피 사이의 안정적인 접촉이 필요하며 확보된 피부 부착형 구조를 적용하여 Brain-Computer Interface 관련 연구를 진행하고자 합니다.
4. Quantitative Ultrasound ‘고주파 초음파 산란 분석을 이용한 강판 내 결함 탐상’ 연구를 기반으로 하여, 비알콜성 지방간 및 간경화를 고해상도 초음파 영상 및 산란 분석법으로 조기 진단하고자 하는 Quantitative Ultrasound 연구를 진행하고자 합니다.

본 연구실은 가톨릭대학교서울성모병원, ㈜성산연구소와 협업하여 패치형 혈류 모니터링 시스템을 개발하고 있습니다. 외상, 암 수술 등 다양한 원인으로 발행한 피부 결손을 치료하기 위해 혈관을 포함한 자가 조직을 이식하는 수술 (유리피판술)이후 초소형 패치형 선형배열 (Linear array) 도플러 초음파 시스템을 이용해 혈류의 순환을 모니터링할 수 있습니다.

또한, 국내 의료용 초음파 변환기 제조사인 ㈜소닉랩과 협업하여 인체 장기의 초음파 영상을 모니터링 할 목적으로 패치형 위상배열 초음파 변환기를 개발하였습니다.

ICT 혁신인재 4.0 사업을 통해 지멘스헬시니어스㈜과 함께 고감쇠 흡음층을 개발하였고, 3D 세포체 배양과 평가, 면역세포 분화와 증식 효율 향상을 목적으로 초음파를 이용하는 연구를 진행하고 있습니다. 또한, 의료용 배열형 초음파 변환기 성능 향상을 위한 다양한 연구로 확장하고 있습니다.