KR101441179B1 - 초음파 배양 접시 및 그것을 이용한 초음파 모니터링 시스템 - Google Patents

초음파 배양 접시 및 그것을 이용한 초음파 모니터링 시스템

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Abstract

초음파에 대한 세포의 반응을 실험하거나 세포에 대해 초음파 처리를 위해 사용되는 초음파 배양 접시 및 그것을 이용한 초음파 모니터링 시스템이 개시된다. 초음파 배양 접시는 세포 및 배양액을 담을 수 있는 몸체; 및 상기 몸체에 부착되어 초음파 신호를 감지할 수 있는 초음파 감지막;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 초음파 배양 접시 몸체는 초음파 투과 효율을 높이고 감쇠 효과를 줄이기 위해 생체 조직과 유사한 음향 임피던스 및 낮은 초음파 감쇠 계수를 가지는 재료로 구성한다. 감지막은 압전 재료의 양면에 전극이 코팅된 압전 센서 막을 통칭하며 배양 접시 몸체의 내부 바닥면과, 외부 바닥면과, 내부 측벽면 중의 적어도 한 곳에 부착될 수 있다. 초음파 모니터링 시스템은 초음파 감지막을 부착한 초음파 배양 접시; 초음파 배양 접시 내에 담겨진 세포 및 배양액에 초음파를 조사하는 초음파 발생부; 초음파 감지막에 의해 감지된 신호를 입수하는 신호 입수부; 신호 입수부로부터 수신된 신호를 분석하여 세포 및 배양액에 조사되는 초음파의 파워/강도/압력, 배양액의 높이, 세포층의 두께, 배양액/세포에서 발생한 캐비테이션, 세포의 동적 반응, 배양액/세포의 온도 변화 등을 추정하는 신호 분석부; 신호 분석부에 의해 분석된 결과를 출력하는 표시부; 및 초음파 발생부, 신호 입수부, 신호 분석부, 및 표시부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초음파 배양 접시 및 그것을 이용한 초음파 모니터링 시스템{An ultrasonic Petri dish and an ultrasonic monitoring system based on the same}
본 발명은 세포를 배양하거나 세포의 반응을 실험을 하는 동안, 특별히, 초음파에 대한 세포 또는 조직(이하, '세포'라 함)의 반응을 실험하거나 세포에 대한 초음파 처리를 하기에 적절한 초음파 배양 접시 및 그것을 이용한 초음파 모니터링 시스템에 관한 것이다.
최근 초음파를 이용하여 세포 파쇄, 입자 분산, 입자 분쇄, 균질화, 이종 액체 유화, DNA 조각화, 유효 물질 추출, 화학 반응 촉매 작용 등을 효과적으로 처리할 수 있게 되면서, 초음파에 대한 세포의 반응, 세포 분리, 성장 효과 등을 연구하여 초음파를 의학적으로 활용하려는 시도가 활발히 이루어지고 있다.
초음파에 대한 세포의 반응을 실험하거나 세포에 대해 초음파 처리를 할 경우, 세포에 조사되는 초음파의 주파수, 압력, 강도, 파워 등과 같은 노출 조건에 따라 초음파에 대한 세포 활동성, 세포의 성장 속도, 세포의 생사 여부, 이상 세포의 발생 등이 달라진다.
발생된 초음파의 파워는 동일한 구동 조건에 대해 초음파 변환기의 특성 및 성능에 따라 달라진다. 배양 접시의 재질에 대한 음향학적 특성은 배양 접시를 투과하는 초음파의 전파 효율에 영향을 준다. 따라서 초음파에 대한 세포의 반응을 실험하거나 세포에 대한 초음파 처리를 수행하기 위해 세포에 실제로 조사되는 초음파의 파워/압력/강도, 초음파로 인한 이차적인 음향학적인 현상인 캐비테이션을 비 침습적으로 실시간으로 모니터링 할 수 있어야 한다.
초음파와 같은 물리적인 자극에 대해 세포의 크기가 변화할 수 있으며, 이는 자극에 대한 세포의 민감도 및 세포의 성장 효과를 해석할 수 있는 정보가 된다. 그러나 초음파를 조사하면서 동시에 세포 용적(세포층 두께)의 변화 또는 형태학적인 반응을 관찰하기는 매우 어렵다.
연속파 초음파를 조사할 경우 배양 접시 내의 음장은 정상파 특성을 가지며, 이러한 정상파는 배양액의 높이에 민감하게 변한다. 배양 접시에 초음파를 조사할 때 배양액의 높이는 세포에 가해지는 초음파의 특성을 정확히 파악할 수 있는 중요한 정보이다. 그러나 초음파를 조사하면서 동시에 배양액의 높이를 실시간 비침습적으로 측정하기는 쉽지 않다.
초음파를 배양 접시 내의 세포에 조사할 때 초음파의 열 효과로 인해 온도가 상승한다. 배양액의 온도는 세포에 대해 생물학적으로도 중요한 환경적 요인이며 초음파의 생물학적인 효과에 중요한 기전인 캐비테이션에 영향을 준다. 초음파에 대한 세포의 동적 반응을 실험하거나 세포에 대해 초음파 처리를 할 경우 온도의 변화를 비 침습적 실시간으로 감시해야 한다.
결론적으로 초음파를 이용한 세포의 반응을 실험하거나 또는 세포에 대한 초음파 처리를 효율적으로 수행하기 위해서는 초음파 투과 특성이 좋은 재질로 제작된 배양 접시가 필요하고, 초음파를 조사할 때 세포에 가해지는 초음파의 노출 특성(주파수, 압력, 강도, 파워 등), 초음파에 의해 이차적으로 야기된 음향학적인 현상(예. 캐비테이션, 세포의 동적 반응), 배양액의 높이, 세포층의 두께, 세포에 대한 초음파의 산란/감쇠 특성, 배양액/세포의 온도 변화 등을 관찰할 수 있는 모니터링 장치 및 이를 기반으로 초음파의 출력을 제어하는 시스템이 필요하다. 이러한 초음파 실험에 적절한 배양 접시 및 초음파 감시 및 제어 시스템은 아직 없는 실정이다
본 발명은 상기에 언급한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 배양 접시를 사용하여 초음파에 대한 세포의 반응을 실험할 때 관찰해야 할 조사된 초음파의 파워 및 초음파로 인한 세포의 반응에 대한 정보들을 비 침습적으로 실시간으로 감시할 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다. 좀 더 구체적으로 본 발명의 목적은 세포를 배양하거나 세포의 반응을 실험을 하는 동안, 특별히, 초음파에 대한 세포 또는 조직(이하, '세포'라 함)의 반응을 실험하거나 세포에 대한 초음파 처리를 하기에 적절한 초음파 배양 접시, 및 이러한 배양 접시를 사용하여 세포 배양하거나 초음파에 대한 세포의 반응을 실험을 하는 동안, 배양 접시 내의 세포에 가해진 초음파의 파워, 캐비테이션, 세포의 동적 반응, 배양액의 높이, 세포층의 두께, 세포에 대한 초음파의 산란/감쇠 특성, 배양액/세포의 온도 변화 등을 초음파 감지 센서를 이용하여 비 침습적 실시간으로 모니터링하고 이를 기반으로 초음파의 출력을 제어하는 초음파 모니터링 시스템을 제공하기 위함이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 일 실시 양상에 따르면, 초음파 배양 접시는, 세포 및 배양액을 담을 수 있는 몸체; 및 몸체에 부착되어 초음파 신호를 감지할 수 있는 초음파 감지막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
배양 접시의 몸체는 초음파 투과 효율을 높이고 감쇠 효과를 줄이기 위해 생체 조직과 유사한 음향 임피던스 및 낮은 초음파 감쇠 계수를 가지는 재료로 형성될 수 있다. 이때, 몸체는 투명한 메틸펜텐폴리머 수지(TPX)로 형성되는 것이 바람직하다.
초음파 감지막은 몸체의 내부 바닥면과, 외부 바닥면과, 내부 측벽면 중의 적어도 한 곳에 부착될 수 있다. 여기서, 초음파 감지막은 압전 재료의 양면에 전극이 코팅된 압전 센서 막을 포함할 수 있다. 이때, 압전 센서 막은 투명한 폴리불화비닐리덴(polyvinylidene fluoride; PVDF) 막으로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 또 다른 실시 양상인 초음파 모니터링 시스템은 위에서 설명한 초음파 감지막을 부착한 초음파 배양 접시; 초음파 배양 접시 내에 담겨진 세포 및 배양액에 초음파를 조사하는 초음파 발생부; 초음파 감지막에 의해 감지된 신호를 입수하는 신호 입수부; 신호 입수부로부터 수신된 신호를 분석하여 세포에 조사되는 초음파의 파워/강도/압력, 배양액의 높이, 세포층의 두께, 캐비테이션, 세포의 동적 반응, 배양액/세포의 온도 변화 등을 추정하는 신호 분석부; 신호 분석부에 의해 분석된 결과를 출력하는 표시부; 및 초음파 발생부, 신호 입수부, 신호 분석부, 및 표시부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
초음파 발생부는 초음파 배양 접시의 외부 바닥면과 접촉하는 한 개 이상의 초음파 변환기 및 초음파 변환기를 전기적으로 구동하는 구동부를 포함할 수 있다.
초음파 구동부는 사용자가 설정한 초음파의 주파수, 모드(연속파, 펄스(펄스 길이 및 펄스 반복 주기))에 부합하는 전기적인 신호를 발생하는 함수 발생기, 및 전기적인 신호를 증폭하는 파워 증폭기 및 증폭된 전기 에너지가 초음파 변환기에 잘 전달 되도록 하는 매칭네트워크를 포함할 수 있다. 또한 초음파 펄스/리시버를 더 포함하여 초음파 배양 접시에 부착된 초음파 감지막을 펄스 에코 모드로 구동할 수 있으며, 이 결과 초음파 감지막을 통해 세포 및 배양액에 대한 A-모드 RF 신호 얻을 수 있다. 이때 A-모드 RF 신호는 신호 처리부를 통해 배양액의 높이 세포층의 두께 배양액 및 세포의 초음파 신란/감쇠 특성과 관련된 정보를 담고 있다.
신호 입수부는 초음파 배양 접시에 부착된 초음파 감지막에 의해 감지되는 신호의 S/N 비율을 높이기 위해 초음파 감지막으로부터 수신된 신호를 사전 증폭하는 사전증폭기, 사전증폭기에 의해 증폭된 초음파 신호를 필터링하여 출력하는 제1필터 및 필터링된 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기를 포함할 수 있다.
또한 신호 입수부는 사전 증폭기에 의해 증폭된 신호의 초전기 신호 부분을 필터링하여 출력하는 제2필터를 더 포함할 수 있다.
신호 분석부는 신호 입수부로부터 전달 받은 신호를 분석하여 배양 접시 내 초음파의 압력 및 배양 접시 내에서 형성된 정상파 특성을 분석할 수 있으며, 이를 바탕으로 배양 접시 내 세포로 조사된 초음파의 파워/압력/강도, 캐비테이션 및 세포의 동적과 반응과 관련된 신호, 배양액의 높이, 세포층의 두께, 세포의 초음파 산란/감쇠 특성, 배양액/세포의 온도 변화 등에 대한 정보를 제공할 수 있다. 이를 위해, 신호 분석부는 신호 입수부로부터 출력된 초음파 신호로부터 초음파 강도, 파워 및 압력을 추출하는 초음파 파워 분석부, 신호 입수부로부터 출력된 초전기 신호로부터 온도 및 초음파 파워를 추정하는 초전기 신호 분석부, 및 펄서/리시버로부터 신호 입수부의 A/D 변환기를 통해 수신된 A-모드 RF 신호로부터 배양액의 높이, 세포층의 두께, 및 배양액/세포의 초음파 감쇠/산란 특성을 분석하는 A-모드 RF 신호 분석부를 포함할 수 있다.
표시부는 사용자 인터페이스를 통해 사용자가 설정 조건을 입력할 수 있도록 제어부의 제어 하에 설정 창을 표시할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 초음파 배양 접시는 초음파 투과 효율이 높고 감쇠가 낮은 재질을 사용하여 세포로 초음파 에너지가 효율적으로 전달될 수 있다.
또한 배양 접시의 몸체에 초음파 감지막을 부착하여 구성한 상기 초음파 모니터링 시스템은 기존에 가능하지 못하던 초음파를 조사하면서 세포에 가해지는 초음파의 파워/압력/강도, 캐비테이션 및 세포의 동적과 반응과 관련된 신호, 배양액의 높이, 세포층의 두께, 세포의 초음파 산란/감쇠 특성, 배양액/세포의 온도 변화 등을 비침습적으로 실시간으로 관찰할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 감지막을 부착한 초음파 배양 접시를 예시하는 평면도;
도 2는 도 1의 선(A-A)을 따라 화살표 방향으로 본 단면도;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제작된 내부 바닥면에 PVDF 감지막을 부착한 초음파 배양 접시의 사진;
도 4는 도 1에 도시한 초음파 배양 접시를 이용하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 모니터링 시스템을 개략적으로 예시하는 블록도;
도 5는 도 1에서 예시하는 초음파 배양 접시에서 세포의 반응을 실험하거나 또는 세포에 대한 초음파 처리를 위해 초음파를 조사할 때 도 4 에 도시한 초음파 모니터링 시스템을 사용하여 얻게 되는 출력물 추출 과정의 흐름도;
도 6은 도 4에 도시한 초음파 모니터링 시스템에서 초음파 배양 접시가 수조 내에 위치하는 경우를 예시하는 단면도;
도 7은 도 3에 도시한 초음파 배양 접시의 초음파 감지막을 통해 측정된 초음파 파형의 예들을 도시하는 그래프;
도 8은 도 3에 도시한 초음파 배양 접시를 이용하여 측정된, 초음파 변환기를 구동하는 전기적인 파워와 측정된 초음파 크기의 상관관계를 예시하는 그래프;
도 9는 도 3에 도시한 초음파 배양 접시의 초음파 감지막을 펄스/에코 모드로 구동하여 측정한 A-모드 RF 신호의 예를 도시하는 그래프;
도 10은 도 3에 도시한 초음파 배양 접시에서 배양액 높이를 8.6 mm으로부터 7.64 mm 까지로 낮추면서 초음파 감지막에서 측정된 초음파 파형의 변화의 예를 도시하는 그래프;
도 11은 도 3에 도시한 초음파 배양 접시에서 한 파장의 범위에서 배양액 높이를 변화하면서 초음파 감지막에서 측정한 초음파 압력의 변화(왼쪽 그래프)를 이론(오른쪽 그래프)과 비교하여 예시하는 그래프;
도 12는 도 3에 도시한 초음파 배양 접시의 초음파 감지막으로 사용된 PVDF의 등가 전기 회로 및 초음파 조사로 인한 배양액의 온도 변화로 유기된 초전기 전압(Pyroelectric potential)을 도시하는 회로도;
도 13은 도 3에 도시한 초음파 배양 접시에 10초 동안 초음파를 조사할 때 상승한 배양액의 온도 변화에 의해 초음파 감지막에 유기된 초전기 전압 신호의 예들을 도시하는 그래프;
도 14는 도 3에 도시한 초음파 배양 접시에 10초 동안 초음파를 조사할 때 상승한 배양액의 온도에 의해 감지막에 유기된 초전기 전압 신호를 시간 적분한 값의 예를 도시는 그래프;
도 15는 도 3에 도시한 초음파 배양 접시에 10초 동안 초음파를 조사할 때 배양액의 온도의 변화에 의해 초음파 감지막에 유기된 초전기 전압 신호의 최대값과 초음파 음향 파워와 상관관계를 예시하는 그래프; 및
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 배양 접시를 이용하는 초음파 모니터링 시스템을 사용하여 초음파에 대한 세포의 반응을 실험하거나 세포에 대한 초음파 처리를 할 때 프로세스를 예시하는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 양호한 실시 예들에 따른 초음파 배양 접시 및 그것을 사용하는 초음파 모니터링 시스템을 도시한 첨부 도면과 관련하여 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 배양 접시를 예시하는 평면도 및 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 초음파 배양 접시(1)는 몸체(10), 및 초음파 감지막(20)을 포함한다.
몸체(10)는 초음파 반응 실험 또는 초음파로 처리할 세포를 포함하는 배양액(15) 및 세포를 담기 위한 것으로서, 측면부(11)와 바닥부(12) 로 구분된다.
상기 몸체(10)는 내부에 배양액(15)을 담아서 세포를 배양할 수 있도록 바닥이 평평하고 상부가 개방된 원통형 형태로 형성된다.
상기 몸체(10)는 바닥부(12) 외부에서 발생된 초음파가 몸체 내 배양액(15) 또는 세포(16)로 조사될 때 초음파의 통과 효율을 높이고 감쇠 효과를 줄이기 위해, 배양액 또는 생체 조직과 유사한 음향 임피던스를 가지며 초음파 감쇠 계수가 낮은 재료로 형성될 수 있다. 본 실시 예에서, 몸체(10)는 투명한 메틸펜텐폴리머 수지(TPX)로 형성된다.
이와 같이 생체 조직과 유사한 음향 임피던스를 가지는 재질 또는 초음파 감쇠 계수가 낮은 재료로 형성된 몸체(10)는 후술하는 초음파 변환기(30; 도 4 참조)로부터 발생된 초음파가 매질의 변화 즉 초음파 변환기(30) - 배양접시 바닥 층(12) - 세포(16)/배양액(15)에 따른 임피던스 차로 인한 전파 손실을 최소화 하면서 몸체(10) 내의 배양액/세포(15,16)로 전달될 수 있도록 한다.
본 실시 예에서, 초음파 감지막(20)은 에폭시 수지와 같은 접착제(25)에 의해 몸체(10)의 바닥부(12)의 내측면, 즉, 내부 바닥면에 부착된다.
이러한 초음파 감지막(20)은 압전 재료의 양면에 전극이 코팅된 압전 센서 막으로 구성될 수 있다. 본실시 예에서, 압전 센서 막은 투명한 폴리불화비닐리덴(polyvinylidene fluoride; PVDF) 막으로 형성될 수 있다.
초음파 감지막(20)은 양면에 코팅된 전극들을 외부와 전기적으로 연결하기 위해 측벽부(11)를 관통하여 외부로 연장되는 전극 연결부(20a, 20b)를 구비한다. 전극 연결부(20a, 20b)는 일정한 간격을 두고 나란히 배치되는 한 쌍의 띠 형태로 구성될 수 있다. 선택적으로, 연결부(20a, 20b)는 하나의 띠 형태(도 3 참조)로 형성될 수도 있다. 연결부(20a, 20b)는 감지막(20)의 상단면과 하단면을 전기적으로 절연된 상태에서 외부 전극 또는 전원과 연결한다. 즉, 연결부(20a)는 감지막(20)의 상단면의 전극을 외부 전극 또는 전원과 전기적으로 연결하고, 연결부(20b)는 감지막(20)의 하단면의 전극을 외부 전극 또는 전원과 전기적으로 연결한다.
이와 같이 구성된 초음파 감지막(20)은 바닥부(12)를 통해 조사되는 초음파 신호의 파형 및 초음파에 의해 반응하는 배양액(15) 및 세포(16)의 동적 상태 또는 이차적인 음향 현상인 캐비테이션과 관련된 신호를 감지한다. 또한 초음파 감지막(20)은 초전기 효과(pyroelectric effect)에 의해 감지막 주변의 배양액(15) 또는 세포(16)의 온도 변화로 유기된 전하의 흐름을 반영한 초전기 전압을 감지할 수 있다.
또한 초음파 감지막(20)은 후술하는 초음파 구동부(40)의 펄서(45)/리시버(46)에 의해 펄스 에코 모드로 구동될 수 있으며, 이 결과 초음파 감지막을 통해 수신된 A-모드 초음파 RF 신호는 배양액의 높이, 세포의 형태학적인 정보나, 배양액 또는 세포의 초음파 산란/감쇠에 대한 정보를 내포한다.
초음파 감지 막(20) 위에는 배양액(15)과 직접 접촉하지 않도록 몸체(10)와 동일 또는 유사한 재질을 가지는 재료로서 세포에 대한 생체 적합성을 가지는 얇은 보호 층(26)이 형성될 수 있다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 본 발명의 일 실시 예의 초음파 배양 접시(1)에 따라 제작된 내부 바닥면에 PVDF 감지막을 에폭시 수지로 부착한 초음파 배양 접시의 외관 사진이다.
이상에서 초음파 감지막(20)은 몸체(10)의 내부 바닥면에만 배치된 것으로 예시 및 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 초음파 감지막은 몸체(10)의 내부 바닥면과 외부 바닥면 모두에 부착되거나 측벽부(11)의 내부 측벽면에 부착되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 바닥부(12)의 내부 바닥면 또는 측벽부(11)의 내부 측벽면에 배치되는 감지막(이하, '제1감지막'이라함)은 배양 접시로 조사된 초음파 파형 및 또는 초음파에 의한 이차적인 음향 현상(예. 캐비테이션, 음향 흐름, 세포의 동적 반응 등)으로 발생된 신호를 감지하며, 바닥부(12)의 외부 바닥면에 배치되는 감지막(이하,'제2감지막'이라함)은 배양 접시에 입사하기 전 초음파 파형을 감지하며, 감지된 신호는 배양 접시 내부의 초음파에 의한 이차적인 음향 현상을 포함하지 않는다. 제1 감지막과 제2 감지막으로부터 측정한 신호를 비교 분석하면, 조사된 초음파에 의해 이차적으로 발생된 음향 현상을 효율적으로 분리할 수 있다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시한 초음파 배양 접시(1)를 이용한 초음파 모니터링 시스템을 개략적으로 예시하는 블록도이다. 도 5는 도 4에서 도시한 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 초음파 배양 접시(1)를 이용한 초음파 모니터링 시스템을 사용하여 초음파에 대한 세포의 반응을 실험하거나, 또는 세포에 대한 초음파 처리를 위해 초음파를 조사할 때, 세포에 가해지는 초음파의 특성(주파수, 압력, 강도, 파워 등), 초음파에 의해 이차적으로 야기된 음향학적인 현상(예. 캐비테이션, 음향 흐름, 세포의 동적 반응 등), 배양액의 높이, 세포층의 두께, 세포에 대한 초음파의 산란/감쇠 특성, 배양액/세포의 온도 변화를 추출하는 과정의 흐름도를 예시하고 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 초음파 모니터링 시스템은 초음파 배양 접시(1), 초음파 변환기(30), 초음파 변환기 구동부(40), 신호 입수부(50), 신호 분석부(60), 표시부(70), 사용자 인터페이스부(80) 및 제어부(90)를 포함한다.
초음파 배양 접시(1)는 도 1 및 도 2와 관련하여 설명한 것과 동일하게 구성된다.
초음파 배양 접시(1)의 내부에 담겨있는 배양액(15) 또는 세포(16)에 대한, 초음파 반응, 예를 들어 세포 분리, 세포 성장 등을 유도하기 위해 사용될 초음파는 초음파 발생부를 구성하는 초음파 변환기(30)와 이를 구동하는 구동부(40)에 의해 발생된다.
초음파 변환기(30)는 전기적인 신호, 즉, 에너지를 초음파로 변환하는 부분으로서 초음파 배양 접시(10)의 몸체(11) 하측에서 젤 또는 액체로 구성된 초음파 커플링 층(29)을 사이에 두고 몸체(11)와 접촉한다.
초음파 변환기(30)가 전기적 에너지를 초음파로 변환하는 과정에서 열이 발생할 수 있으므로, 냉각 효과를 얻거나, 배양 접시 내의 온도를 일정하게 유지하기 위해, 초음파 배양 접시(1)와 초음파 변환기(30)는 도 6에 도시한 바와 같이 물과 같은 액체(34)가 담긴 수조(35) 내에 위치하도록 구성될 수 있다. 이때 초음파 배양 접시(1)는 수조(35) 내에 배치된 지지벽(38) 위에 지지되고, 초음파 변환기(30)는 지지벽(38) 내에서 초음파 배양 접시(1)와 일정 간격을 두고 배치되고, 수조(35)의 바닥부를 통해 돌출된 연결 단자(31)를 통해 후술하는 초음파 구동부(40)의 매칭 네트워크(43)와 전기적으로 연결된다. 지지벽(38)은 수조(35) 내의 액체가 초음파 배양 접시(1)와 초음파 변환기(30) 사이의 공간으로 유입될 수 있도록 개구(39)를 형성하고 있다.
선택적으로, 도면에 도시하지는 않았지만, 초음파 배양 접시(1)는 수조(35) 내에서 지지벽(38) 위에 배치되고 초음파 변환기(30)는 수조(35) 밖에 위치하도록 구성될 수 있다. 이때 초음파 변환기(30)는 수조(35)의 바닥부의 초음파 투과 효율이 우수한 음향 창과 커플링 물질을 매개로하여 접하도록 하거나, 초음파 변환기 전면부가 수조(35) 내로 진입하도록 하여 초음파 투과 손실을 최소화 할 수 있다.
초음파 구동부(40)는 초음파 변환기(30)를 가진하여 초음파를 발생시키는 것으로서, 함수 발생기(41), 파워 증폭기(42) 및 매칭 네트워크(43)로 구성된다. 함수 발생기(41)는 초음파 변환기(30)에 공급할 전기 신호를 생성한다. 파워 증폭기(42)는 생성된 전기 신호를 증폭하여 매칭 네트워크(43)를 통해 초음파 변환기(30)로 출력한다. 초음파 변환기(30)를 구동하는 전기 신호의 주파수 및 모드[연속파, 펄스(펄스길이, 펄스 발생 주기)]는 마우스, 키보드, 버튼, 터치 패드 등의 입력 장치와 같은 사용자 인터페이스(80)를 통해 함수 발생기(41)로 입력된다. 발생되는 초음파의 파워/강도/압력은 사용자 인터페이스(80)를 통해 함수 발생기(41)의 전압 또는 파워 증폭기(42)의 출력을 제어하여 조정한다.
도 7은 도 3에 도시한 바와 같이 제작된 실험용 초음파 배양 접시의 초음파 감지막을 통해 측정된 초음파 파형의 예를 도시한다. 이때 파워 증폭기(42)의 출력을 고정한 상태에서 함수 발생기(41)의 전압을 증가하면서 1 MHz의 초음파 변환기(30)를 구동하여 수조(35) 내 위치한 배양 접시에 초음파를 조사하였다.
도 8은 도 3에 도시한 바와 같이 제작된 실험용 초음파 배양 접시를 이용하여 전기적인 파워를 증가하면서 측정한 초음파 크기의 변화의 예를 도시한다. 이때 파워 증폭기(42)의 출력을 고정한 상태에서 함수 발생기(41)의 전압을 증가하면서 1 MHz의 초음파 변환기(30)를 구동하여 수조(35) 내에 위치한 배양 접시에 초음파를 조사하였다. 도 8에서, 초음파 감지막으로부터 측정된 초음파 압력은 초음파를 구동하는 전기적인 파워와 높은 상관성을 보여주고 있다. 이는 측정된 초음파 압력으로 초음파 배양 접시(1)에 조사된 초음파의 파워(도 4 및 도 5의 초음파 파워(A)에 해당)를 추정할 수 있는 근거가 된다.
또한 초음파 구동부(40)는 펄스 에코 모드로 초음파 감지막(20)을 구동하고초음파 감지막(20)을 통해 A-모드 RF 신호를 수신하여 처리할 수 있는 펄서/리시버(45)를 구비할 수 있다. 펄서/리시버(45)를 통해 수신된 A-모드 RF 신호는 신호 입수부(50)의 A/D 변환기(53)를 통해 신호 분석부(60)로 보내져 후술하는 바와 같이 배양액의 높이를 측정하거나 세포의 형태학적인 정보를 얻거나 배양액 또는 세포의 초음파 산란/감쇠 특성을 평가하는 데 활용될 수 있다. 이때, A-모드 RF 신호는 A/D 변환기(53)를 통해 표시부(70)로 출력될 수 있다.
도 9는 도 3에 도시한 바와 같이 제작된 실험용 초음파 배양 접시의 초음파 감지막을 펄스/에코 모드로 구동하여 측정한 전형적인 A-모드 RF 신호의 예를 도시한다. 이때 배양액(15)의 높이를 7.64㎜로 설정한 후 함수 발생기(41)의 전압을 100㎷로 한 상태에서 1㎒ 초음파 변환기(30)를 구동하여 수조(35) 내 위치한 배양 접시에 초음파를 조사하였다. 이러한 A-모드 RF 신호에는 배양액의 높이, 세포층의 두께에 대한 정보를 비롯하여 초음파에 대한 세포의 동적 반응, 세포/배양액에 대한 초음파의 산란/감쇠 효과 등에 대한 정보가 포함되어 있다.
도 10은 도 3에 도시한 바와 같이 제작된 실험용 초음파 배양 접시에서 배양액 높이를 8.6㎜에서부터 7.64㎜까지로 낮추어 가면서 배양 접시의 초음파 감지막에서 측정된 초음파 파형의 예를 도시한다. 이때 함수 발생기(41)의 전압을 100㎷로 한 상태에서 1㎒의 초음파 변환기를 구동하여 수조(35) 내 위치한 배양 접시에 초음파를 조사하였다. 도 10에서, 동일한 구동 조건에서 배양액의 높이에 따라 초음파 감지막에서 측정된 측정 신호가 변화하고 있으며, 이는 배양 접시의 음향학적인 특성으로 배양액의 높이에 영향을 받는 정상파가 형성되는 것을 실험적으로 보여주는 것이다.
도 11은 도 10의 경우에 대해 한 파장의 범위에서 배양액 높이를 변화할 때 초음파 감지막에서 측정된 초음파 압력의 변화(왼쪽 그래프)를 이론(오른쪽 그래프)과 비교하여 예시하고 있다. 실험 결과는 특성적으로 이론과 유사하며, 이는 본 발명의 초음파 배양 접시가 배양액 내에 형성된 정상파의 특성을 잘 측정하고 있음을 나타낸다.
상기 A-모드 RF 신호는 초음파 변환기(30)를 펄스 에코 모드로 구동하여 얻을 수도 있다. 이 경우, 초음파 변환기(30)는 세포(16) 및 배양액(15)에 조사하기 위한 초음파 발생을 멈추고, 펄스 에코 모드로 구동해야 한다. 반면 초음파 감지막(20)을 이용한 A-모드 RF 신호 측정은 세포에 초음파를 조사하면서 동시에 실시간으로 할 수 있다.
신호 입수부(50)는 초음파 감지막(20)에서 감지된 신호를 증폭하고 적절한 신호 처리 기법을 통해 신호를 다듬는(signal conditioning) 과정을 포함한다. 즉 증폭된 신호는 잡음 신호와 간섭 신호가 포함되어 있으며 소정 주파수 범위의 신호를 선택적으로 제거하고 검출하는 필터링(예. 하이파스, 로우파스, 밴드파스 등) 과정을 거쳐 신호 대 잡음 비를 높여 줄 수 있다. 이를 위해, 신호 입수부(50)는 초음파 감지막(20)에서 감지된 신호를 증폭하는 사전증폭기(51), 사전증폭기(51)에 의해 증폭된 초음파 신호를 필터링하여 출력하는 제1필터(52a), 및 사전증폭기(51)에 의해 증폭된 초전기 신호를 필터링하여 출력하는 제2필터(52b)를 포함한다. 증폭 후 처리된 신호는 A/D 변환기(53)를 통해 디지털 신호로 변환한 후 신호 분석부(60)로 전송하거나 표시부(70)에 출력된다.
신호 분석부(60)는 초음파 감지막(20)에서 감지된 신호를 신호 입수부(50)를 통해 전달받아 사용자에게 필요한 정보를 추출하는 알고리듬을 포함한다. 일 실시 예에서는 신호 입수부(50)로부터 출력된 초음파 신호로부터 초음파 강도, 파워, 압력 등을 추출하는 초음파 파워 분석부(61), 신호 입수부(50)로부터 출력된 초전기 신호로부터 온도 및 초음파 파워를 추정하는 초전기 신호 분석부(62), 및 펄서/리시버(45)로부터 신호 입수부(50)의 A/D 변환기(53)를 통해 수신된 A-모드 RF 신호로부터 배양액의 높이, 세포층의 두께, 배양액/세포의 초음파 감쇠/산란 특성을 분석하는 A-모드 RF 신호 분석부(63)를 포함할 수 있다.
도 12는 도 3에 도시한 바와 같이 제작된 실험용 초음파 배양 접시의 감지막으로 사용된 PVDF의 등가 전기 회로 및 초음파 조사로 인한 배양액의 온도 변화에 의해 유기된 초전기 전압(pyroelectric potential)을 전기 회로로 모델링한 예를 도시한다. 즉 주변의 시간 t에 따른 온도 T의 변화 △T/△t에 의해 PVDF 감지막에 유기되는 초전기 현상에 의한 전압(V)은 아래 식(1)에 의해 표현된다.
Figure 112012017814783-pat00001
........................................... (1)
여기서
pc : the pyroelectric coefficient[C/㎠℃]
A : the electrode area[㎠]
CT : the total capacitance
RT : the total resistance
상기 식(1)을 온도의 변화에 대해 다시 정리하면, 아래 식(2)와 같이 초전도 전압의 적분 형태로 표현된다.
Figure 112012017814783-pat00002
......................................... (2)
여기서
Figure 112012017814783-pat00003
,
Figure 112012017814783-pat00004
,
Figure 112012017814783-pat00005
,
Figure 112012017814783-pat00006
초음파가 배양액에 조사되는 경우, 초음파로 인한 열 발생율(Q)(rate of heat production)는 아래 식(3)과 같이 초음파의 강도(I)와 생체 조직의 초음파 감쇠 계수(α)의 곱에 비례한다.
Ｑ=2αI.......................................................... (3)
초음파로 발생된 열로 인해 배양액(15) 내에서 형성된 온도 분포는 아래 식(4)의 생체 열전달 방정식(bioheat transfer equation)에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112012017814783-pat00007
........................(4)
세포 배양액(15)에서의 경우 wb=0(no blood perfusion)이고 ▽2Ｔ=0 (thermal gradient is equal to zero)라고 가정할 수 있으며, 식(4)는 아래 식(5)와 같이 간단하게 표현된다.
Figure 112012017814783-pat00008
..............................................(5)
식(3)을 이용하여 식(5)를 초음파 강도에 대해 표현하면,
Figure 112012017814783-pat00009
..............................................(6)
초음파 파워는 초음파 변환기(30)의 면적(A)와 초음파 강도의 곱이므로, 초음파 파워는 아래 식(7)과 같이 온도의 시간에 대한 변화율의 함수로 표현된다.
Figure 112012017814783-pat00010
..........................................(7)
따라서 배양액(15)의 온도 변화로 유기된 초전기 전압을 측정하면 상기 식(2)에 의해 배양액(15)의 온도 변화를 추정할 수 있게 되고, 온도 변화를 측정하게 되면 상기 식(7)로부터 조사된 초음파 파워를 추정할 수도 있게 된다. 이렇게 추정된 초음파 파워는 도 4 또는 도 5의 초음파 파워(B)에 해당된다.
도 13은 도 3에 도시한 바와 같이 제작된 실험용 초음파 배양 접시에 10초 동안 초음파를 조사할 때 상승한 배양액의 온도에 의해 초음파 감지막에 유기된 초전도 전압 신호를 측정한 결과를 예시한다. 이때 파워 증폭기(42)의 출력을 고정한 상태에서 함수 발생기(41)의 전압을 50, 100, 200, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800㎽로 증가하면서 1㎒의 초음파 변환기(30)를 구동하여 수조(35) 내 위치한 배양 접시에 초음파를 조사하였다.
상기 식(2)에 의해 표현된 바와 같이, 온도는 시간에 대한 적분 형태로 표현된다. 도 14는 도 13에서 측정한 초전기 전압 신호를 시간에 대해 적분한 값을 예시하며, 초음파가 조사될 때 로그 함수적으로 상승하거나 중지할 때 지수적으로 감소하는 전형적인 초음파에 의해 유도된 온도 특성과 온도 냉각 특성 곡선을 보여주고 있다.
도 15는 도 14에서 측정한 초전기 전압 신호의 최댓값과 배양 접시에 조사된 초음파 파워와의 상관성을 예시한다. 도 15에서 알 수 있는 바와 같이, 초전기 전압의 신호는 주로 실험에서 사용하는 1,000㎽ 이하의 파워에서 초음파 파워와 거의 선형적인 관계를 보이고 있으며, 이는 식(2) 및 식(7)를 통해 이론적으로 보여주고 있는 초전기 전압 신호를 이용한 초음파 파워(도 4 또는 도 5의 초음파 파워(B)에 해당) 추정의 가능성을 실험적으로 확인해 주는 결과이다.
신호 분석부(60)에서 분석된 각종 정보는 제어부(90)를 통해 표시부(70)에서 표시 될 수 있으며, 미리 설정된 초음파 노출 조건을 유지하기 위해 초음파 구동 조건을 제어하는 알고리듬에 피드백 정보로 활용될 수 있다.
표시부(70)는 초음파 감지막(20)을 통해 감지된 신호를 처리하는 신호 입수부(50)로부터 바로 제어부(90)로 전달된 신호를 표시하거나 혹은 신호 입수부(50)로부터 출력된 신호를 분석하는 신호 분석부(60)로부터 제어부(90)를 통해 전달된 분석결과를 표시한다. 또한 표시부(70)는 제어부(90)의 제어 하에 사용자 인터페이스부(80)를 통해 사용자가 초음파의 조건을 설정할 수 있도록 설정 입력창을 표시도시하거나, 사용자가 설정한 초음파의 설정값을 표시한다.
제어부(90)는 사용자가 마우스, 키보드 등의 입력 장치를 포함하는 사용자 인터페이스부(80)를 통해 세포 반응실험 또는 초음파 처리를 수행하는 데 필요한 초음파의 노출 조건(예, 주파수, 강도, 파워 등)을 설정하거나, 초음파 구동부 (40)를 동작시키기 위한 시작/종료 명령 등을 내리거나, 초음파 감지막(20)을 통해 수신된 신호의 파형을 또는 신호 분석부(60)를 통해 분석하도록 하거나, 분석된 결과를 표시할 수 있도록, 초음파 구동부(40), 신호 분석부(60), 및 표시부(70)를 제어한다.
제어부(90)는 랩탑 컴퓨터 또는 퍼스널 컴퓨터의 몸체로 구성될 수 있다. 하지만, 제어부(90)는 랩탑 컴퓨터 또는 퍼스널 컴퓨터의 몸체로 구성되는 대신, 세포 반응 실험 또는 초음파 처리를 수행하기 위한 초음파 노출 조건을 설정하고 초음파 구동부(40)를 동작/정지시키기 위한 시작/종료 명령 등을 입력할 수 있는 각종 버튼을 포함하는 콘트롤 박스로도 구성될 수 있다.
또한, 제어부(90)는 내부에 아식(ASIC)과 같이 하드웨어 형태로 형성되거나 관리 프로그램에 포함된 소프트웨어 형태로 초음파 구동부(40), 신호 분석부(60), 및 표시부(70)를 제어할 수 있다.
표시부(70)는 제어부(90)를 몸체로 하는 랩탑 컴퓨터 또는 퍼스널 컴퓨터에 연결되는 모니터로 구성될 수 있다. 만일, 제어부(90)가 콘트롤 박스로 구성될 경우, 표시부(70)는 초음파 감지막(20)을 통해 감지된 신호를 처리하는 신호 입수부(50)로부터 제어부(90)를 통해 전달 받은 신호를 크기와 위상을 가지는 전기 신호로 표시하는 오실로스코프와 같은 신호 변환기로 구성될 수 있다. 이때 또한 신호 분석부(60)에 의해 분석된 초음파 주파수, 강도, 파워, 압력, 온도, 배양액의 높이, 세포층의 두께 및 배양액 및 세포에 대한 초음파의 감쇠, 산란 특성 등은 숫자(디지털)로 표시하거나 시간에 따른 변화를 그래프 형태로 표시할 수 있다.
이하에서는 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 모니터링 시스템의 초음파 반응 실험 또는 초음파 처리 과정을 도 4 및 도 16에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 실험자는 초음파 배양 접시(1)의 몸체(10)의 내부에 실험 또는 초음파 처리하고자 하는 세포(16)를 포함하는 배양액(15)을 담은 후 초음파 배양 접시(1)를 그 하단이 초음파 커플링(29)을 개재하여 초음파 변환기(30)의 전면부와 접하도록 배치한다.
이어서, 실험자는 초음파 모니터링 시스템의 전원을 켜고, 표시부(70)의 모니터에 표시되는 설정 창에서 마우스, 키보드 등의 입력 장치를 포함하는 사용자 인터페이스(80)를 통해 기본 실험 조건(주파수, 모드, 시간, 에너지 등)을 입력하고(S1), 초음파 배양 접시(1)로 조사할 초음파의 구동 조건(파워, 강도, 압력 등) 및 배양액(15)의 온도 조건을 설정한다(S2).
입력된 설정 값에 의거하여 제어부(90)는 위에서 설명한 바와 같이 초음파 구동부(40)를 통해 초음파 변환기(30)를 가진시켜 초음파 배양 접시(1) 내로 초음파를 조사한다(S3).
초음파 배양 접시(1)에 부착된 초음파 감지막(20)은 배양 접시로 조사되는 초음파 파형과 배양 접시 내 초전도 현상으로 유기된 초전도 전압 신호를 감지하거나 및/또는 펄스 에코 모드로 구동되어 얻은 A-모드 RF 신호를 감지하여, 신호 입수부(50)를 통해 신호 분석부(60)로 전송하여 필요한 정보를 추출하도록 한다(S4). 신호 분석부(60)는 수신된 신호를 분석하여 초음파 압력, 파워, 강도, 캐비테이션, 세포의 동적 반응, 배양액의 높이, 세포층의 두께, 초음파에 대한 세포의 산란/감쇠 특성, 배양액/세포의 온도 변화 등의 분석된 결과를 표시부(70)를 통해 표시한다(S5).
제어부(90)는 신호 분석부(60)에서 출력된 결과 중 초음파 출력을 제어하는 변수인 파워, 강도, 온도 등에 대해 설정 값과의 차(E)를 계산하고, 이 값이 허용 범위(tolerance)에 있는지 판단하고 판단 결과를 표시부(70)를 통해 표시한다(S6). 표시부(7)를 통해 표시된 판단 결과가 허용 범위를 벗어나면 실험자는 단계(S2)로 가서 설정 조건을 변경하도록 한다(S7). 그 후 제어부(90)는 시간 경과 등의 종료 조건을 판단하고(S8), 판단 결과, 종료 조건을 충족하지 못하면 단계 (S3) 이후의 과정을 반복하도록 하고, 종료 조건을 충족하면 표시부(70)를 통해 종료 조건이 충족되었음을 표시한다. 종료 조건이 충족되었음이 표시되면, 실험자는 초음파 모니터링 시스템의 전원을 크고 초음파 반응 실험 또는 초음파 처리 과정을 종료한다.
이상에서, 본 발명은 원리를 예시하기 위한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 구성 및 작용으로 한정되지 않는다. 또, 첨부된 특허 청구 범위의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 본 발명에 대한 다양한 변경과 수정이 가능함은 당업자들에게는 잘 이해될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명에 대한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.
10: 초음파 배양 접시 10: 몸체
20: 초음파 감지막 30: 초음파 변환기
40: 초음파 구동부 41: 함수 발생기
42: 파워 증폭기 43: 매칭 네트워크
45: 펄서/리시버 50: 신호 입수부
51: 사전증폭기 52a: 제1필터
52b: 제2필터 53: A/D 변환기 60: 신호 분석부 61: 초음파 파워 분석부
62: 초전기 신호 분석부 63: A-모드 RF 신호 분석부
70: 표시부 80: 사용자 인터페이스
90: 제어부

Claims (14)

  1. 세포 및 배양액을 담을 수 있는 몸체; 및
    상기 몸체에 부착되어 초음파 신호를 감지할 수 있는 초음파 감지막;을 포함하며,
    상기 초음파 감지막은,
    상기 몸체의 내측면에 배치되고 외부에서 상기 몸체로 조사된 초음파의 파형과 상기 초음파에 의한 이차적인 음향 현상 중의 적어도 하나에 의해 발생된 신호를 감지하는 제1 감지막과;
    상기 몸체의 외측면에 배치되고 상기 외부에서 상기 몸체에 입사하기 전 상기 초음파의 파형을 감지하는 제2 감지막을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 배양 접시.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는 상기 외부에서 상기 몸체로 조사된 초음파가 상기 몸체 내 배양액 및 세포로 조사될 때 상기 초음파의 통과 효율을 높이고 감쇠 효과를 줄일 수 있는 음향 임피던스 및 초음파 감쇠 계수를 가지는 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 초음파 배양 접시.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는 메틸펜텐폴리머 수지(TPX)로 형성된 것을 특징으로 하는 초음파 배양 접시.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 감지막은 상기 몸체의 내부 바닥면과 내부 측벽면 중의 적어도 한 곳에 부착되고,
    상기 제2 감지막은 상기 몸체의 외부 바닥면에 부착된 것을 특징으로 하는 초음파 배양 접시.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 감지막은 압전 재료의 양면에 전극이 코팅된 압전 센서 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 배양 접시.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 압전 센서 막은 폴리불화비닐리덴(polyvinylidene fluoride; PVDF) 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 배양 접시.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 기재된 초음파 감지막을 부착한 초음파 배양 접시;
    상기 초음파 배양 접시 내에 담겨진 세포 및 배양액에 초음파를 조사하는 초음파 발생부;
    상기 초음파 감지막에 의해 감지된 신호를 입수하는 신호 입수부;
    상기 신호 입수부로부터 수신된 신호를 분석하여 상기 세포 및 배양액에 조사되는 상기 초음파의 파워와 강도 및 압력과, 배양액의 높이와, 세포층의 두께와, 캐비테이션과, 상기 세포의 동적 반응과, 상기 배양액과 세포의 온도 변화 중에서 적어도 하나를 추정하는 신호 분석부;
    상기 신호 분석부에 의해 분석된 결과를 출력하는 표시부; 및
    상기 초음파 발생부, 상기 신호 분석부, 및 상기 표시부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 초음파 모니터링 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 초음파 발생부는,
    상기 초음파 배양 접시의 외부 바닥면과 접촉하는 한 개 이상의 초음파 변환기; 및
    상기 초음파 변환기를 전기적으로 구동하는 초음파 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 초음파 구동부는,
    사용자가 설정한 초음파의 주파수와 모드에 부합하는 전기적인 신호를 발생하는 함수 발생기;
    상기 전기적인 신호를 증폭하는 파워 증폭기; 및
    상기 증폭된 전기 신호가 상기 초음파 변환기에 잘 전달 되도록 하는 매칭 네트워크를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 초음파 구동부는,
    상기 초음파 감지막을 통해 상기 세포 및 배양액에 대한 A-모드 RF 신호 얻을 수 있도록 상기 초음파 감지막을 펄스 에코 모드로 구동하는 초음파 펄서와 리시버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 신호 입수부는,
    상기 초음파 감지막으로부터 수신된 신호를 사전 증폭하는 사전증폭기;
    상기 사전증폭기에 의해 증폭된 초음파 신호를 필터링하여 출력하는 제1필터; 및
    상기 필터링된 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 신호 입수부는,
    상기 사전증폭기에 의해 증폭된 저주파 대역 초전기 신호를 필터링하여 출력하는 제2필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 신호 분석부는
    상기 신호 입수부로부터 출력된 상기 초음파 신호로부터 초음파 강도, 파워, 및 압력을 추출하는 초음파 파워 분석부;
    상기 신호 입수부로부터 출력된 상기 초전기 신호로부터 온도 및 초음파 파워를 추정하는 초전기 신호 분석부; 및
    상기 펄서와 리시버로부터 상기 신호 입수부의 상기 A/D 변환기를 통해 수신된 상기 A-모드 RF 신호로부터 상기 배양액의 높이, 상기 세포층의 두께, 및 상기 배양액과 세포의 초음파 감쇠와 산란 특성을 분석하는 A-모드 RF 신호 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 시스템.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 표시부는 사용자 인터페이스를 통해 사용자가 설정 조건을 입력할 수 있도록 상기 제어부의 제어 하에 설정 창을 표시하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 시스템.
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