Design and Simulation of an Acoustic Waveguide for Quasi-Point Source Generation in Photoacoustic Tomography

• 참가 부문

  연구발표부문

• 작성자

  김진성

• 기획의도 및 내용

  이 연구의 목적은 Photoacoustic Tomography (PAT) 시스템의 정확한 calibration을 위해 이상적인 point source를 모사하는 것이다. 실제 point tissue를 컨트롤하여 시스템의 응답을 얻기는 어렵기 때문에, 우리는 ultrasonic transducer에 특수한 horn형태의 acoustic waveguide를 부착하여 quasi-ideal point source를 구현하고자 했다. 이를 통해 다양한 각도에서 균일하고 넓은 frequency bandwidth의 signal을 방출하여 시스템의 impulse response를 정밀하게 측정하고 imaging의 quality와 reliability를 높일 수 있다. 접근 방법으로는 MATLAB k-Wave simulator를 이용해 horn geometry를 parameterize하고 Genetic Algorithm (GA)으로 최적화를 수행하였다. 계산 효율을 위해 axisymmetric approximation (2D cylindrical symmetry)을 적용했으며, taper curve, length, thickness를 주요 design variable로 설정했다. loss function은 isotropy, center frequency, bandwidth, signal duration 등을 종합적으로 반영하도록 구성했다. 그 결과, 최적 설계된 waveguide는 baseline 대비 sensor array 전반에서 signal의 timing과 magnitude가 일정하게 나타나 isotropy가 향상되었고, frequency spectrum이 넓어져 bandwidth 특성도 개선되었다. 본 성과는 간단한 mechanical attachment만으로 calibration precision을 크게 높일 수 있으며, simulation-based design이므로 다양한 환경에 맞춤 적용이 가능하다. 기대 효과로는 PAT imaging의 quantitative accuracy 향상과 biomedical imaging 전반의 reliability 제고가 있다.