집속형 초음파 자극에 따른 캐비테이션 시뮬레이션 연구

Abstract

최근 집속 초음파 기술은 미세기포와 결합하여 혈뇌관장벽을 개통하고 약물을 전달하는 기술로 활발한 연구가 진행되고 있다. 미세기포는 초음파에 의해 진동하는데 이때 주기적으로 수축, 팽창하는 현상을 안정형 캐비테이션이라 하고 미세기포가 파열되어 충격을 동반하는 경우 천이형 캐비테이션으로 구분한다. 천이형 캐비테이션은 조직 손상을 초래할 수 있어 안전한 초음파 자극 범위 예측이 중요하다. 본 논문에서는 트랜스듀서의 구조를 고려할 수 있는 3차원 음향 모델과 비선형 캐비테이션 방정식을 결합한 시뮬레이션 기술을 제안한다. 음향 측정 실험을 통해 검증된 3차원 음압 분포를 캐비테이션 방정식의 입력 신호로 활용하여 1.2MHz에서 안정형 캐비테이션 범위를 0.34MPa 이하로 예측할 수 있었다. 제안하는 모델은 다양한 트랜스듀서 구조뿐만 아니라 향후 두개골 구조를 반영한 모델로 확장되어 안전한 치료 초음파의 범위를 제안할 수 있다.