Imagerie et quantification de la zone des microbulles en mouvement rapide à l’aide d’une caméra à grande vitesse et d’une analyse d’images

L’imagerie à grande vitesse peut être utilisée pour l’image de processus rapides, tels que la dynamique des bulles de cavitation. Nous démontrons une méthode de bulles de cavitation de formation image autour d’une pointe ultrasonique dentaire d’échelle. La cavitation autour des balanceurs ultrasoniques est étudiée pour nettoyer la plaque dentaire, mais la méthode montrée ici pourrait être employée pour beaucoup d’applications différentes.

Nous avons également développé un protocole d’analyse d’image à l’aide d’un logiciel open source qui permet à l’utilisateur de calculer la zone des bulles de cavitation pour permettre des comparaisons entre les différentes expériences. Pour créer la configuration expérimentale, vous aurez besoin d’une caméra à grande vitesse, d’une source de lumière froide de haute intensité, de deux prises de laboratoire, d’un stade de micropositionnement avec rotation, d’un stade de micropositionnement 3D, d’une lentille de zoom au microscope et d’une balance ultrasonique pour générer des microbobouillis de cavitation, ou de l’objet que vous souhaitez imager. Pour commencer la procédure, fixez une étape de micropositionnement avec traduction et rotation XYZ à une prise de laboratoire.

Fixez la pièce maîtresse de l’échelle ultrasonique au stade du micropositionnement. Utilisez une caméra à grande vitesse avec la vitesse d’image et la résolution souhaitées. Fixez une plaque coulissante de micropositionnement au corps de la caméra à grande vitesse et connectez-la à un trépied.

Utilisez une lentille avec la résolution désirée et l’objectif focal et attachez-la au corps de la caméra à grande vitesse. Fixez une étape de microposition XY avec rotation à une autre prise de laboratoire et placez un réservoir d’imagerie optiquement transparent au-dessus de cela. Vous aurez également besoin d’une source de lumière froide de haute intensité avec un guide de lumière de fibre.

Remplissez le réservoir d’imagerie d’eau et immerger la pointe de l’instrument à l’intérieur du réservoir. Connectez la caméra et chargez la vue en direct dans le logiciel d’imagerie. Utilisez un faible grossissement pour vous concentrer sur la pointe de l’échelle ultrasonique, repositionnant la source de lumière si nécessaire.

Dans cette étude, l’éclairage a été fourni en mode champ lumineux. Sélectionnez la vitesse d’image optimale et la vitesse d’obturation de la caméra à grande vitesse. Dans ce cas, une courte vitesse d’obturation de 262 nanosecondes a été choisie pour s’assurer que les bulles de cavitation en mouvement rapide étaient au point.

Ajustez le grossissement de l’objectif de zoom et l’intensité de la source lumineuse, de sorte que l’arrière-plan est blanc sans être surexposé. Enregistrez l’angle de rotation de la pointe pour la reproductibilité. Pour vous assurer que le champ de vision est cohérent pour chaque répétition, choisissez un point de référence et notez les coordonnées.

Dans ce cas, le point de référence était la pointe de l’échelle ultrasonique. Si l’analyse d’image est effectuée, prenez une image de l’instrument sans aucune cavitation. Ceci sera utilisé pour soustraire la zone de l’instrument pour calculer la zone des bulles.

Ensuite, imagez la cavitation autour de l’instrument. Ce sont des vidéos à grande vitesse de cavitation se produisant autour de différents bouts ultrasoniques d’échelle. Dans cette étude, l’analyse d’image a été utilisée pour calculer la zone moyenne de cavitation qui se produit, et ces graphiques montrent la comparaison entre les différents conseils.

Cette technique est utile pour l’imagerie des modèles de bulles et de leurs emplacements exacts, ce qui est utile pour comprendre comment les bulles de cavitation pourraient être utilisées pour différentes applications, telles que le nettoyage. Ces expériences d’imagerie à grande vitesse peuvent également être validées par de nouvelles simulations médicales. Nous avons utilisé des articles basés sur la modélisation d’éléments finis pour simuler l’interaction tridimensionnelle, non lignenelle et transitoire entre la vibration et la formation de la pointe de l’échelle.

Nous avons également simulé le débit d’eau autour de la balance, et la formation de cavitation et leur dynamique. Ce protocole montre la façon relativement simple de créer une configuration d’imagerie à grande vitesse, que lorsqu’il est maîtrisé correctement, peut être utile pour l’imagerie des bulles de cavitation autour des balanceurs ultrasoniques dentaires, et aussi pour l’imagerie d’autres types d’instruments qui produisent des microbobbles de cavitation. Après avoir regardé cette vidéo, vous devez avoir une bonne compréhension de la façon de créer une imagerie à grande vitesse mis en place pour l’image des microbobouillis en mouvement rapide.

Le principal avantage de cette méthode est facile à configurer, et l’analyse rapide de l’image peut facilement être appliquée à des centaines d’images. Cette technique aidera les chercheurs à utiliser l’imagerie à grande vitesse pour l’image de microbobbles en mouvement rapide, et il peut être facilement adapté pour diverses applications d’imagerie par bulles.