“음향 렌즈’ 붙였더니” 흐릿한 초음파 사진, 1.5배 선명해졌다.

표준 연, 초음파 검사 장비 해상도 높이는 ‘탈부착 형’ 음향 렌즈 개발

한국표준과학연구원(K RI SS)이 초음파 검사 장비의 초점 거리를 손쉽게 조절할 수 있는 ‘탈부착 형 음향 렌즈 ’를 새롭게 개발했다.  

 

D S LR 카메라의 렌즈를 바꿔 사진 화질을 높이는 것처럼, 초음파 검사 장비의 해상도를 검사 목적에 맞게 최적 화 할 수 있어 의료 진단과 산업 안전 검사의 정확도를 한층 높일 전망이다.

초음파 이미 징 기술은 물체 또는 인체에 초음파를 투과 하고 반사되는 신호를 수집해 내부 구조를 이미지로 형상화하는 기술이다. 

 

이 중 하나 인 C-스 캔은 다른 방식보다 높은 해상도의 이미지를 생성할 수 있어, 암 조직 검사 등을 위한 의료 진단 장비와 항공기·지하 배관의 결함을 물리적 손상 없이 평가하는 비 파괴 검사 장비에 널리 활용된다.

고해상도의 초음파 이미지를 생성하기 위해서는 투 과 ·반사되는 초음파의 강도를 높이고, 초점 거리를 정확히 맞춰야 한다. 

 

이를 위해 C-스 캔 방식의 초음파 검사 장비에는 집 속 초음파 변환기를 사용한다. 이 장치는 넓게 퍼지는 초음파 에너지를 검사 대상에 정확히 집중 시켜 이미지 품질을 높이는 역할을 한다.

문제는 집 속 초음파 변환기마다 조절 가능한 초점 거리가 고정돼 있다는 점이다. 기존에는 초점 거리 별로 변환기를 구입해야 해 비용 소모가 크고, 검사 대상의 위치·크기·형태에 맞게 미세 조정이 어려워 초음파 이미지의 해상도를 일정 수준 이상 높이기 어려웠다.

이를 해결하기 위해 KR ISS 음향진동초음파측정그룹은 ‘탈부착 형 음향 렌즈 설계 기술 ’을 개발했다. 연구진이 제작한 음향 렌즈를 고정 초점을 가진 집 속 초음파 변환기에 부착하면 별도 장비 교체 없이 검사 대상에 맞춰 초점 거리를 더 가깝거나 더 멀게 조정할 수 있다. 

 

기존 장비에서 조정하기 힘들었던 초점 거리도 맞춤형으로 제작할 수 있어 검사 대상에 최적화된 해상도를 구현할 수 있다. 

특히 이 음향 렌즈는 비 구 면으로 설계돼 구면 렌즈에 비해 더 선명한 초점과 해상도를 제공한다. 음향 렌즈를 상대적으로 해상도가 낮은 평면 형 초음파 변환기에 부착하면 집속 초음파 변환기와 동일한 성능을 낼 수 있다.

 

연구진이 음향 렌즈를 C-스 캔 초음파 검사 장비에 부착해 인체를 모사한 팬 텀(Phantom)을 분석한 결과, 25 마이크로 미터(μm, 100만 분의 1 m) 크기의 미세 구조를 이미 징 분석하는 데 성공했다. 동일한 초점 거리에서 음향 렌즈를 부착하지 않은 장비보다 약 1.5배 높은 해상도다.

김 용태 책임 연구원은 “이번에 개발한 설계 기술을 C-스 캔 이외에 다양한 초음파 검사 방식에도 적용할 수 있도록 응용 연구를 이어갈 것”이라고 말했다. 이번 연구 성과는 측정 과학 분야 국제 학술지 ‘Measurement Science and Technology’에 1월 게재됐다.