초음파 캐비테이션 현상이란 강한 초음파 조사 조건에서 매질(주로 유체) 내에서 미세기포를 발생시키고, 천이시키는 물리적 현상을 의미한다. 본 연구에서는 초음파 캐비테이션 발생량의 정량적 평가를 위하여 초음파 조사조건에 따른 기포군의 초음파 음향 특성변화를 관찰하였다. 중심 주파수가 500 kHz. 1.1 MHz인 곡면형 단일 초음파 변환기를 이용하여 캐비테이션 현상을 발생시켰으며, 형성되는 기포군을 가로지르는 2.25 MHz 간섭 초음파를 송/수신하여 분석하였다. 본 연구에서는 캐비테이션 발생량 평가를 위한 파라미터로 투과하는 파의 중심주파수 변화 및 감쇠 특성, 전파시간을 제시하였으며, 캐비테이션 발생 조건(조사 강도 및 여기 신호, 중심주파수)에 따른 변화를 관찰하였다. 획득된간섭 초음파 수신신호를 분석한 결과, 중심 주파수의 변화의 경우 상관계수는 낮지만 조사 강도에 따른 상관관계를 확인할 수 있었으며, 특정 조사 조건에서 주목할 만한 급격한 중심 주파수 변화가 관찰되었다. 조사조건에 따른 간섭 초음파의 감쇠 추세는 모든 조건에서 높은 상관관계를 보였으며, 캐비테이션 발생형태에 영향을 받지 않는 것으로 확인되었다. 조사조건에 따른 전파 시간의 변화는 관찰되지 않았다. 차후 다양한 조사조건에 대한 평가를 통하여 보다 정량적인 캐비테이션 발생량 평가가 가능할 것으로 판단되며, 이러한 정량적 평가는 고강도 초음파 치료에서 발생할 수 있는 현상에 대한 기초 연구로서 활용 가능할 것으로 사료된다.

Ultrasonic cavitation is a physical phenomenon that generates and collapses microbubbles in media (mainly fluids) under conditions of strong ultrasonic irradiation. In this study, changes in the ultrasonic acoustic characteristics of bubble clouds in relation to ultrasonic irradiation were observed by the quantitative evaluation of cavitation yields. Concave-type single ultrasonic transducers with center frequencies of 500 kHz and 1.1 MHz were used to produce cavitation, and 2.25 MHz interference ultrasonic waves that would traverse any bubble clouds generated were used to analyze the cavitation. The parameters used for the evaluation of cavitation yields (changes in the center frequency, attenuation characteristics, and the propagation time of penetrating waves) were analyzed in relation to the cavitation-generating conditions (irradiation intensity, excitation signal, and center frequency). On the basis of these results, correlations between the changes in the center frequency and irradiation intensity were identified. Although the correlation coefficient was low, notable changes were observed in the center frequency under certain irradiation conditions. Attenuation trends in the interference ultrasonic waves showed high correlations with all the irradiation conditions, and it was noted that these trends were not affected by the forms of cavitation generated. No differences in the propagation time were observed among different irradiation conditions. These findings suggest that bubble yields can be quantitatively evaluated effectively by evaluating the diverse irradiation conditions and that such a quantitative evaluation could be used to study the basic cavitation phenomenon occurring in high-intensity ultrasonic wave treatment.

• 노시철(한국국제대학교 방사선학과) | Sicheol Noh
• 김주영(인제대학교 의용공학과) | Juyoung Kim
• 최흥호(인제대학교 의용공학과) | Heungho Choi Corresponding Author