초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구는 정전용량형 미세가공 초음파 트렌스듀서(CMUT, Capacitive Micromachined Transducer)를 이용하여 3차원 초음파 영상 시스템을 연구하고 개발하는 것을 목표함. 3차원 초음파 영상은 의료 영상 진단이나 비파괴 검사에서 매우 큰 가능성이 있으나, 초음파 소자의 제작 및 연결의 어려움으로 인해 2차원 영상과 같은 성능을 내지 못하고 있음. 본 연구에서는 CMUT을 사용해서 적은 채널수로 실시간 3차원 영상을 구현하는 소자 및 시스템을 개발하는 것을 목적으로 함.

연구의 목적 및 내용
본 연구는 정전용량형 미세가공 초음파 트렌스듀서(CMUT, Capacitive Micromachined Transducer)를 이용하여 3차원 초음파 영상 시스템을 연구하고 개발하는 것을 목표함. 3차원 초음파 영상은 의료 영상 진단이나 비파괴 검사에서 매우 큰 가능성이 있으나, 초음파 소자의 제작 및 연결의 어려움으로 인해 2차원 영상과 같은 성능을 내지 못하고 있음. 본 연구에서는 CMUT을 사용해서 적은 채널수로 실시간 3차원 영상을 구현하는 소자 및 시스템을 개발하는 것을 목적으로 함.

2차원 초음파 트렌스듀서 어레이의 채널 수를 줄이기 위하여 각 채널간의 간격이 넓고, 불규칙적인 희소어레이를 구현함. 이러한 희소어레이의 제작을 위해서 MEMS공정을 이용하여 CMUT을 제작하였음. 이를 위해 CMUT의 공정 설계, 소자 설계에 대한 연구를 수행하고, 제작된 소자의 계측을 수행함. 제작된 소자를 기반으로 3차원 영상시스템을 구축함.

연구결과
본 연구를 통해, 3차원 초음파 영상을 위한 소자의 설계 및 제작, 영상시스템의 구축을 완료하였으며, 다음과 같은 세부 연구 결과를 확보함.

- CMUT 설계를 위한 시뮬레이션: CMUT의 최적설계를 위한 유한요소기법의 기계-음향-전기 모델 개발
- CMUT 희로 어레이의 제작: 64X64 어레이가 구현 가능한 공간에 128채널이 존재하는 희소어레이를 구현. 부분산화공정 및 웨이퍼 본딩에 기반한 CMUT의 제작을 수행. 영상을 위한 어레이 구축에 필수적인 수율 확보
- CMUT의 계측: 전기적 임피던스를 기반으로 공기 중에서 7~8MHz의 공진주파수를 가지는 결과를 확인. 액체 내에서 4MHz의 중앙주파수를 가지고, 8kPa/V의 출력압을 계측
- 희로어레이용 빔포밍 기법 확보: 희소어레이의 채널 배치에 기반한 빔포밍 및 영상 구축 기법을 확보함
- 3차원 영상시스템 제작: 128채널 송수신 회로를 제작하였으며, 이를 기반으로 3차원 초음파 영상시스템 구축. 영상의 질을 정량화하기 위해서, 점상분포함수를 통한 시스템 분석

연구결과의 활용계획
본 연구의 결과는 3차원 의료 영상 부문과 비파괴 검사에 활용될 것임. 본 기술을 바탕으로 국내에서 개발된 3차원 영상 시스템이 의료기기 시장에 새로운 기술적 돌파구를 마련할 것으로 기대됨. 기존에 보급중인 2차원 초음파 비파괴 검사 기술에 추가적으로 3차원 검사 기법이 활용되면, 측정 시간 및 신뢰도가 향상될 뿐만 아니라 검사 방식의 변화가 있을 것으로 기대됨.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents
The purpose of this research to development of capacitive micromachined ultrasonic transducers(CMUTs) for 3-dimensional ultrasound imaging system. 3-D ultrasound imaging system has potentials in several applications such as medical imaging system and non-destructive inspection.

Purpose& contents
The purpose of this research to development of capacitive micromachined ultrasonic transducers(CMUTs) for 3-dimensional ultrasound imaging system. 3-D ultrasound imaging system has potentials in several applications such as medical imaging system and non-destructive inspection. However, there have been technical difficulties in the implementation of 3-D imaging system due to fabrication and interconnection issues. This work presents the CMUT with low channel count is capable of realize 3-D imaging system.

In order to reduce the channel number in an array, a sparse array, which has large and irregular channel spacing, is proposed. The array was implemented by CMUT, which is based on MEMS technology. The process design, device simulation and micro-fabrication were performed. The electrical input impedance and acoustic output pressure were measured to evaluate the fabricated device. Based on 2-D sparse CMUT array, 3-D ultrasound imaging system was implemented.

Result
The device fabrication and implementation of imaging system were performed and detailed results are as follows.
- Simulation of CMUT: development of acoustic-mechnical-electrical finite element model for optimized CMUT design.
- Fabrication of CMUT sparse: fabrication of 128 channel CMUT in 64x64 channel space. The CMUT was fabricated by local-oxidation of silicon (LOCOS) and wafer bonding process.
- Characterization of CMUT: 7~8 MHz in air and 4 MHz in immersion. 8kPa/V transmitting sensitivity was measured.
- Beamforming technique for sparse array: beamforming and image reconstruction method was developed for 2-D sparse array.
- 3-D imaging system: implementation of 3-D imaging system based on 128-channel transmit and receive circuit. Analize the image quality using point-spread-function (PSF).

Expected Contribution
The result of this research will be utilized for both medical imaging and non-destructive inspection. This technology is potential candidate of 3-D ultrasound imaging devices and can be a break-through technology for future medical 3-D imaging. In non-destructive inspection. 3-D inspection can increase the speed and reliability of inspection. In addition, it may result in dramatic changes of inspection methodology.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 18
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 18
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 18
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 19
• 8. 참고문헌 ... 20
• 9. 연구성과 ... 20
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 22
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 23
• 12. 기타사항 ... 23
• 별첨1 : 대표연구성과 ... 24
• 별첨2 : 제작된 CMUT 희소 어레이 및 측정 결과물 ... 27
• 별첨3 : 3차원 영상시스템 결과물 ... 28
• 끝페이지 ... 28