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연구개요
강력한 ESWL 충격파를 이용하여 캐비테이션 리액터를 개발하고 캐비테이션 리액터의 물리적 조건을 변화하면서 캐비테이션 리액터 내에서 발생하는 캐비테이션 및 음파 발광의 특성을 평가한다. 모험적인 시도로 캐비테이션 리액터의 최적화를 통해 음파 발광에 수반된 소노 퓨전의 가능성을 탐색한다.

연구 목표대비 연구결과
○ 일차연도 (충격파 캐비테이션 리엑터 개발): Coil 및 Thin metal membrane 으로 구성된 충격파 변환기와 Reflector를 포함한 출력 레벨 가변형 충격파 발생 장치 개발

연구개요
강력한 ESWL 충격파를 이용하여 캐비테이션 리액터를 개발하고 캐비테이션 리액터의 물리적 조건을 변화하면서 캐비테이션 리액터 내에서 발생하는 캐비테이션 및 음파 발광의 특성을 평가한다. 모험적인 시도로 캐비테이션 리액터의 최적화를 통해 음파 발광에 수반된 소노 퓨전의 가능성을 탐색한다.

연구 목표대비 연구결과
○ 일차연도 (충격파 캐비테이션 리엑터 개발): Coil 및 Thin metal membrane 으로 구성된 충격파 변환기와 Reflector를 포함한 출력 레벨 가변형 충격파 발생 장치 개발 완료 / 온도 및 압력 제어가 가능하며, 캐비테이션 및 음파 발광 측정용 윈도우를 포함하는 캐비테이션 챔버 제작 완료
○ 이차연도 (캐비테이션 특성 평가): 광대역 하이드로폰을 이용한 충격파 측정 및 캐비테이션 리액터 성능 평가: 충격파 신호가 기록된 후 stochastic한 캐비테이션 현상의 결과로 방출된 강력한 크고 급격히 변화하는 CRS를 확인하고 이에 근거한 리엑터의 성능 평가 수행 / 광학 및 음향학적 기법을 이용한 캐비테이션 형성 및 방출 음압 측정 및 평가: 촬영된 기포군 영상과 FEM 음장 시뮬레이션의 비교를 통해 캐비테이션 발생 세기의 분포가 충격파 음압의 분포가 정성적으로 유사함 확인
○ 삼차연도 (음향 발광 특성 평가): 나노 초 이내로 반응하는 빛 센서 PMT를 이용하여 최초로 음파 발광 신호를 관찰 / 캐비테이션 리엑터의 물리적 조건 (캐비테이션 매질, 음향 출력, 온도) 변화에 따른 플라즈마 형성 및 음파 발광 측정
○ 사차연도 (캐비테이션 리엑터 최적화): 렌즈를 이용하여 음파 발광 신호를 수집하였고 이를 Optical fiber를 통해 분광할 수 있는 시스템을 구축 / 음파 발광에 대한 스펙트럼 분석 및 기포 내부 온도 추정 기법 개발: 빛을 분광하여 얻은 스펙트럼의 피크 성분을 기준으로 빈의 변위법 (Wein’s displacement law)을 이용한 기포 내부 온도 추정
○ 오차연도 (소노 퓨전 가능성 탐색): 케비테이션 챔버 환경에서 신틸레이터를 이용한 중성자 검출 측정 장치 구성 / Argon 수용액 (온도 10도에서 1시간 동안 용해)에서 충격파 발생 장치의 최대 출력 조건으로 소노 퓨전 가능성 확인을 위한 중성자의 방출 측정 시도

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
○ 충격파 발생 장치 최적화: 난이도가 높으나 안정적인 충격파 발생 기술인 솔레노이드 방식 전자기식 충격파 발생 장치 성능의 최적화를 통해 현존하는 가장 강력한 충격파 발생장치 제작 / 차세대 ESWL 치료기 개발에 활용 중
○ PCI 신 기술: 특허 기술로 확보된 PCI 원천 기술은 캐비테이션을 주 기전으로 하는 충격파 치료술 및 치료 초음파의 피폭량을 임상적으로 모니터링하는 기술로 활용 가능 (상용초음파 영상기에 advanced option으로 탑재 추진 예정)
○ 캐비테이션의 광학적 가시화: 특허 기술로 확보된 캐비테이션 가시화 영상과 충격파의 음향 출력과의 상관성을 최초로 확인 / 충격파 치료기 (ESWL, ESWT)의 성능 시험 검사기술 및 치료기의 QA로 활용 가능 (QA tool kit 시제품 개발 완료)
○ FR 측정 기술: 최초로 학계에 보고한 충격파에 의한 FR 발생량의 시간에 따른 변화량 측정 기술을 활용하여 충격파 치료 및 ESWL 환자의 안전성 관리에 활용 가능 / 안전성 모니터링을 위한 임상적 프로토콜 확립을 위한 추가 연구 필요
※ 연구 개발 결과의 중요성 (결어): 소노 퓨젼은 과학적으로 풀기 어려운 난제 중의 난제이다. 매질의 음향화학적인 측면에 집중된 기존 연구의 한계를 극복하고자 본 연구를 모험적으로 시도했으나 아직 소노 퓨젼의 가능성에 대한 명확한 증거를 확인하지 못한 상태이다.
그러나 본 과제는 소노 퓨전 연구의 프로티어로, 세계 유일의 초강력 캐비테이션 리엑터 내에서 현존하는 가장 강력한 음파 발광을 구현했다. 소노 퓨전의 결과로 예상되는 중성자 측정 시설을 포함한 본 연구에서 구축된 실험 환경 및 연구 노트는, 국내 연구진이 소노 퓨전의 새로운 breakthrough를 만들기 위한 중요한 자원이 되리라 기대한다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 2.1 일차년도 ... 4
• 2.2 이차년도 ... 5
• 2.3 삼차년도 ... 6
• 2.4 사차년도 ... 9
• 2.5 오차년도 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 3.1 연구 개발 성과 ... 11
• 3.2 목표 달성 수준 ... 12
• 3.3 목표 미달 원인 분석 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 (연구개발결과의 중요성) ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 6. 참고문헌 ... 19
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 21
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 29
• 끝페이지 ... 37