التصوير والتدين الكمي لمنطقة الزبلات الدقيقة سريعة الحركة باستخدام كاميرا عالية السرعة وتحليل الصور
سبتمبر 5, 2020
يتم تصوير microbubbles التجويف باستخدام كاميرا عالية السرعة تعلق على عدسة التكبير. يتم شرح الإعداد التجريبي ، ويتم استخدام تحليل الصور لحساب مساحة التجويف. يتم تحليل الصور باستخدام ImageJ.
يمكن استخدام التصوير عالي السرعة في عمليات الصور السريعة، مثل ديناميكيات فقاعة التجويف. نحن نبرهن على طريقة تصوير فقاعات التجويف حول طرف قياس الأسنان بالموجات فوق الصوتية. التجويف حول مقياس الموجات فوق الصوتية ويجري البحث لتنظيف البلاك الأسنان، ولكن الطريقة المعروضة هنا يمكن استخدامها للعديد من التطبيقات المختلفة.
لقد قمنا أيضًا بتطوير بروتوكول تحليل الصور باستخدام برنامج مفتوح المصدر يسمح للمستخدم بحساب مساحة فقاعات التجويف للسماح بإجراء مقارنات بين التجارب المختلفة. لإنشاء الإعداد التجريبي ، ستحتاج إلى كاميرا عالية السرعة ، مصدر ضوء بارد عالي الكثافة ، مقابسين مختبريين ، مرحلة تحجيم مع دوران ، مرحلة 3D micropositioning ، عدسة التكبير المجهر ، ومقياس بالموجات فوق الصوتية لتوليد microbubbles التجويف ، أو الكائن الذي ترغب في الصورة. لبدء الإجراء، قم بإرفاق مرحلة وضع دقيق مع ترجمة XYZ والتناوب إلى مقبس المختبر.
إصلاح اليد من مقياس بالموجات فوق الصوتية في مرحلة micropositioning. استخدم كاميرا عالية السرعة مع معدل الإطار المطلوب والدقة. إرفاق لوحة انزلاق micropositioning إلى هيئة الكاميرا عالية السرعة، وتوصيله إلى ترايبود.
استخدم العدسة مع الدقة المطلوبة والعدسة البؤرية واربطها بجسد الكاميرا عالي السرعة. قم بتوصيل مرحلة وضع XY بالتراكب الدقيق مع الدوران إلى مقبس مختبر آخر ووضع خزان تصوير شفاف بصريًا فوق هذا. سوف تحتاج أيضا مصدر ضوء بارد عالية الكثافة مع دليل ضوء الألياف.
املأ خزان التصوير بالماء واغمر طرف الجهاز داخل الخزان. قم بتوصيل الكاميرا وتحميل العرض المباشر في برنامج التصوير. استخدام التكبير منخفضة للتركيز على غيض من مقياس بالموجات فوق الصوتية، وإعادة وضع مصدر الضوء إذا لزم الأمر.
في هذه الدراسة، تم توفير الإضاءة في وضع الحقل الساطع. حدد معدل الإطار الأمثل وسرعة الغالق للكاميرا عالية السرعة. في هذه الحالة، تم اختيار سرعة مصراع قصيرة من 262 نانو ثانية لضمان فقاعات التجويف سريعة الحركة كانت في التركيز.
ضبط التكبير من عدسة التكبير وكثافة مصدر الضوء، وبالتالي فإن الخلفية بيضاء دون التعرض للإفراط. تسجيل زاوية دوران غيض لإعادة إنتاج. للتأكد من أن مجال الرؤية متناسق لكل تكرار، اختر نقطة مرجعية ولاحظ أسفل الإحداثيات.
في هذه الحالة، كانت النقطة المرجعية غيض من مقياس الموجات فوق الصوتية. إذا كان سيتم تحليل الصورة، تأخذ صورة من الصك دون أي تجويف. وسوف تستخدم هذه لطرح مساحة الصك لحساب مساحة الفقاعات.
ثم، صورة التجويف حول الصك. هذه هي أشرطة الفيديو عالية السرعة من التجويف التي تحدث حول نصائح مختلفة مقياس بالموجات فوق الصوتية. في هذه الدراسة، تم استخدام تحليل الصور لحساب المنطقة الوسطية للتجويف التي تحدث، وتظهر هذه الرسوم البيانية المقارنة بين النصائح المختلفة.
هذه التقنية مفيدة للتصوير أنماط فقاعة ومواقعها بالضبط، وهو مفيد لفهم كيفية التجويف فقاعات يمكن استخدامها لتطبيقات مختلفة، مثل التنظيف. ويمكن أيضا التحقق من صحة هذه التجارب التصوير عالية السرعة مع محاكاة طبية جديدة. لقد استخدمنا مقالات تستند إلى النمذجة عنصر محدود لمحاكاة التفاعل ثلاثي الأبعاد، غير الخطية، وعابرة بين الاهتزاز وتشكيل تلميح scaler.
كما قمنا بمحاكاة تدفق المياه حول مقياس المقاييس، وتشكيل التجويف وديناميكيتها. هذا البروتوكول يظهر طريقة بسيطة نسبيا لإنشاء إعداد التصوير عالية السرعة، أنه عندما يتقن بشكل صحيح، يمكن أن تكون مفيدة لفقاعات التجويف التصوير حول مقياس الأسنان بالموجات فوق الصوتية، وأيضا لتصوير أنواع أخرى من الصكوك التي تنتج microbubbles التجويف. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إنشاء التصوير عالي السرعة إعداد لصورة microbubbles سريعة الحركة.
الميزة الرئيسية لهذه الطريقة هو من السهل إعداد، ويمكن بسهولة تحليل الصورة السريعة يمكن تطبيقها على مئات الصور. هذه التقنية سوف تساعد الباحثين على استخدام التصوير عالي السرعة لصورة microbubbles سريعة الحركة ، ويمكن تكييفها بسهولة لمختلف تطبيقات تصوير الفقاعات.
نظرة عامة
تقدم هذه المقالة طريقة لتصوير فقاعات التجويه المجهرية باستخدام التصوير الفوتوغرافي عالي السرعة. تتم مناقشة إعداد التصوير وتقنيات تحليل الصور، مما يسمح بحساب مناطق التجويه.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأعصاب
- الفيزياء الحيوية
- الهندسة الطبية الحيوية
الخلفية
- فقاعات التجويه مهمة في العديد من التطبيقات، بما في ذلك تنظيف الأسنان.
- التقاط الصور عالي السرعة يلتقط العمليات السريعة مثل ديناميكيات الفقاعات.
- يمكن لتحليل الصور تحديد مناطق التجويه للدراسات المقارنة.
- تهدف الدراسة إلى تحسين فهم التجويه للتطبيقات العملية.
هدف الدراسة
- لإظهار تقنية تصوير عالي السرعة لفقاقات التجويه.
- لتطوير بروتوكول تحليل الصور لتحديد مناطق التجويه.
- لتسهيلات المقارنة بين أطراف المقاييس فوق الصوتية المختلفة.
الطرق المستخدمة
- يشمل الإعداد كاميرا عالية السرعة، مصدر ضوء، ومقياس فوق صوتي.
- يتم استخدام برنامج ImageJ لتحليل الصور وحساب المساحة.
- يتم تسجيل مقاطع الفيديو عالية السرعة لالتقاط ديناميكيات التجويه.
- يتم توحيد الظروف التجريبية لتكرار النتائج.
النتائج الرئيسية
- تم حساب متوسط مساحة فقاعات التجويه ومقارنتها عبر أطراف مختلفة.
- التقاط الصور عالي السرعة يلتقط بشكل فعال أنماط الفقاعات وديناميكياتها.
- الطريقة قابلة للتكيف لمختلف التطبيقات التي تتجاوز تنظيف الأسنان.
- يمكن التحقق من النتائج باستخدام محاكاة نمذجة العناصر المحدودة.
الاستنتاجات
- توفر الدراسة طريقة بسيطة لتصوير عالي السرعة للتجويه.
- يمكن تطبيق تحليل الصور السريع على العديد من الصور لدراسات شاملة.
- تعزز هذه التقنية قدرات البحث في تصوير الفقاعات الدقيقة سريعة الحركة.
الأسئلة المتداولة
Executive Industry Relevance
This method enables quantitative assessment of cavitation dynamics, supporting target validation in therapeutic ultrasound applications. By providing reproducible imaging and area calculation of fast-moving microbubbles, it enhances predictive confidence in mechanistic de-risking for ultrasound-mediated drug delivery or biofilm disruption strategies. The approach supports early discovery workflows where physical force-based mechanisms require validation before translational investment.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of cavitation as a physical mechanism for target engagement in ultrasound-mediated therapies.
- Operational Value: Provides standardized imaging protocol to compare cavitation output across different ultrasonic devices or conditions.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative cavitation area measurements to enable assay-like comparison of microbubble generation efficiency.
- Operational Value: Uses open-source image analysis for accessible, replicable quantification without custom programming.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports disease-relevant system evaluation by characterizing cavitation in aqueous environments mimicking biological fluids.
- Operational Value: Enables continuity from discovery to preclinical validation through standardized bubble dynamics assessment.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within early discovery to preclinical workflows where ultrasound-induced cavitation is evaluated as a mechanistic driver for target modulation or antimicrobial action.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of cavitation-mediated biological effects through direct visualization and quantification.
- Screening: Enables assay readiness by standardizing cavitation bubble imaging and area calculation across experimental replicates.
- Analytics: Delivers quantitative dependent variable measurements (cavitation area) for comparing conditions or device performance.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by validating physical mechanism consistency in relevant environments.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable imaging and quantification platform for cavitation-based mechanism evaluation across projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in ultrasound-mediated therapies by providing direct cavitation visualization.
- Operational Value: Ensures reproducibility through standardized setup, reference point tracking, and background subtraction.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by quantifying physical mechanism output before biological validation.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of ultrasound-based approaches using empirical cavitation data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in high-speed imaging setup and optical alignment for bubble visualization.
- Dependent on high-speed camera, macro/micro lens, and synchronized lighting for clear cavitation capture.
- Necessitates cross-team standardization of imaging parameters (frame rate, shutter speed, reference point) for data comparability.
- Involves adaptation considerations when applying to different fluid viscosities or containment systems.
- Limited by the need for optically accessible setups and cavitation-stable environments for reliable imaging.
