Method Article

הדמיה וכמות של האזור של מיקרו-bubbles הנע במהירות באמצעות מצלמה במהירות גבוהה וניתוח תמונה

DOI:

10.3791/61509

⸱

September 5th, 2020

 ,  ,  , 
1School of Dentistry, University of Birmingham, 2Department of Mathematics, University of Birmingham

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

microbubbles קביטציה הם בתמונה באמצעות מצלמה במהירות גבוהה המחוברת עדשת זום. ההתקנה הניסיונית מוסברת, וניתוח תמונה משמש לחישוב האזור של קביטציה. ניתוח תמונה נעשה באמצעות ImageJ.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

טכניקה ניסיונית וניתוח תמונה מוצגת להדמיית בועות קביטציה וחשבון האזור שלהם. ניתן ליישם את הטכניקה הניסיונית של ההדמיה המהירה ואת פרוטוקול ניתוח התמונה המוצג כאן גם על הדמיה של בועות מיקרוסקופיות בתחומים אחרים של מחקר; לכן, יש לו מגוון רחב של יישומים. אנו מיישמים את זה על קביטציה תמונה סביב סולמות אולטראסוניות שיניים. חשוב לקביציה תמונה לאפיין אותו ולהבין איך זה יכול להיות מנוצל עבור יישומים שונים. קביטציה המתרחשת סביב scalers אולטראסוניות שיניים יכול לשמש כשיטה חדשנית של הסרת פלאק שיניים, אשר יהיה יעיל יותר ולגרום פחות נזק מאשר טכניקות טיפול חניכיים הנוכחי. אנו מציגים שיטה להדמיית ענני בועת קביטציה המתרחשים סביב טיפים סולמות אולטראסוניות שיניים באמצעות מצלמה במהירות גבוהה ועדשת זום. אנו גם מחשבים את תחום קביטציה באמצעות ניתוח תמונה למידת מכונה. תוכנת קוד פתוח משמשת לניתוח תמונה. ניתוח התמונה המוצג קל לשכפול, אינו דורש חוויית תיכנות, ונתן לשנותו בקלות כך שיתאים ליישום המשתמש.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הדמיה של התנועה של בועות חשוב עבור יישומים שונים כי הוא שולט הידרודינמיקה של מערכת. ישנם יישומים רבים שבו זה יכול להיות שימושי: בכורימיטה נוזלית 1,,2,או לניקוי עםבועות קביטציה 3,,4. המטרה של הדמיית בועות היא להבין יותר על דינמיקת הבועה או על הכיוון והתנועה של ענן של בועות. ניתן לעשות זאת באמצעות התבוננות במבנים בתמונה וגם באמצעות ניתוח תמונה כדי להשיג מידע כמותי, כגון גודל הבועות.

בועות קביטציה הן גז או ישויות אדים המתרחשות בנוזל כאשר הלחץ יורד מתחת לערך הלחץ הרווי5. הם יכולים להתרחש כאשר שדה אקוסטי מוחל על נוזל בתדרים אולטראסוניות. הם גדלים ומתמוטטים שוב ושוב, ובמהלך הקריסה יכולים לשחרר אנרגיה בצורה של מיקרו-סילון מהיר וגליהלם 6,,7. אלה יכולים לנתק חלקיקים על פני השטח באמצעות כוחות גיה ולגרום לניקוי פני השטח8. בועות קביטציה נחקרות על ניקוי פני השטח בתעשיות שונות, כגון עבור מוליכים למחצה, מזון,וניקוי פצעים 9,,10,,11,,12. הם יכולים לשמש גם כדי לנקות פלאק שיניים משיניים וביו חומרים כגון שתליםדנטליים 12,13. קביטציה מתרחשת סביב מכשירים דנטליים המשמשים כיום כגון סולמות אולטראסוניות וקבצים אנדודונטיים ומראה פוטנציאל כתהליך ניקוי נוסף עם מכשיריםאלה 14.

תנודות של בועות קביטציה מתרחשת על פני כמה microseconds ולכן מצלמה במהירות גבוהה נדרש ללכוד את התנועה שלהם על ידי הדמיה באלפי מסגרותלשנייה 8. אנו מדגימים שיטה של קביטציה microbubble הדמיה סביב סולמות אולטראסוניות שיניים. המטרה היא להבין איך קביטציה משתנה סביב סולמות אולטראסוניות שונות, כך שזה יכול להיות ממוטב כדרך חדשנית לנקות פלאק שיניים.

שיטות קודמות המשמשות לחקור את קביטציה כוללים sonochemiluminesence, אשר משתמש luminol כדי לזהות איפה קביטציההתרחשה 15,16. עם זאת, זוהי טכניקה עקיפה והוא אינו מסוגל לדמיין את בועות קביטציה בזמן אמת. לכן, הוא אינו מסוגל לקבוע במדויק איפה זה קורה על המכשיר, ולא ניתן להשיג שום מידע על דינמיקת הבועה, אלא אם כן הוא משולב עם טכניקות הדמיה אחרות17. הדמיה במהירות גבוהה יכולה גם למצוא את בועות הקביטציה הגדלות וקורסות, אלא גם את סוג הקביטציה המתרחשת: ענני קביטציה, מיקרו-סטריםומיקרו-סילונים 6,,7,18. אלה נותנים מידע נוסף על איך קביטציה יכולה לנקות משטחים.

אנו מציגים שיטה של microbubbles קביטציה הדמיה באמצעות מצלמה במהירות גבוהה ולחשב את האזור ממוצע של קביטציה המתרחשת. שיטה זו מדגימה באמצעות דוגמה של קביטציה המתרחשת סביב טיפים שונים scaler אולטראסוניות שיניים, למרות השלבים ניסיוני וניתוח תמונה יכול לשמש עבור יישומים אחרים, כגון עבור הדמיה מאקרו אחרים microbubbles.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. הגדרת מכשיר

  1. בחרו את הכלי או האובייקט שיש להדמיה. בניסוי זה סולמר אולטראסוניות היה בתמונה. בועות קביטציה להתרחש סביב הקצוות של סולמות אולטראסוניות במים.
  2. בחר שלב מיקום מיקרו עבור המכשיר להיות בתמונה עם תרגום XYZ וסיבוב. מקום על שקע מעבדה. חבר את נקודת האחיזה של המכשיר לשלב המיקום הזעיר
  3. בחר מיכל מים שקוף אופטית להדמיה. המיכל המשמש בניסויים אלה נוצר עם שקופיות מיקרוסקופ זכוכית.
  4. בחר שלב XY עם פלטפורמת סיבוב. מקום על שקע מעבדה. מניחים את מיכל המים על הבמה וממלאים במים מסוננים (אוסמוזה הפוכה או מזוקקת).

2. הגדרת מצלמה במהירות גבוהה

  1. בחר מצלמה במהירות גבוהה עם קצב המסגרות והרזולוציה הרצויים ומקור אור בעוצמה גבוהה עם מדריך אור סיבים.
  2. חבר לוח הזזה מיקרו-מיקום לגוף המצלמה במהירות גבוהה וחבר אותו לעמוד חצובה.
  3. בחר עדשה עם הרזולוציה הרצויה ואורך המוקד וצרף אותה למצלמה. לניסוי זה נעשה שימוש בעדשת זום ברזולוציה של 8.4 μm/pixel.
  4. מלאו את מיכל ההדמיה במים והמקמו את קצה המכשיר כך שידמינו במיכל המים בכיוון הרצוי.
  5. לאחר חיבור המצלמה וטעינת תצוגה חיה בתוכנה, להשתמש הגדלה נמוכה כדי להתמקד בקצה של scaler אולטראסוניות, מיקום מחדש של מקור האור במידת הצורך. מקם את המכשיר ואת מקור האור מול המצלמה והתמקד. התאם את קצב המסגרות והבהירות הרצויים.
    הערה: נדרשת עוצמת אור גבוהה יותר להדמיה בשיעורי מסגרות גבוהים, מהירויות צמצם קצרות ו/או הגדלה גבוהה. ניתן לספק תאורה במצב השתקפות או במצב שידור. בפרוטוקול זה התאורה מסופקת במצב שידור (שדה בהיר) באמצעות התקן תאורה קרה בעוצמה גבוהה.
  6. הגדר קצב מסגרות ומהירות צמצם אופטימליים עבור המצלמה במהירות גבוהה. בניסוי זה קצב המסגרות היה 6400 fps עם מהירות תריס של 262 ננו שניות. מהירות צמצם קצרה נדרשת עבור בועות נעות במהירות כגון בועות קביטציה כדי להבטיח כי הם נמצאים בפוקוס.
  7. כוונן את ההגדלה של עדשת הזום ואת עוצמת מקור האור כך שהרקע יהיה לבן מבלי להחסל יתר על כן.

3. כיול

  1. הקלט את מיקום הקצה (סיבוב בשלב x-y, זווית סיבוב של מכשיר לשחזור).
  2. כדי להבטיח ששדה התצוגה עקבי עבור כל חזרה, בחר נקודת התייחסות והרשום את הקואורדינטות. במקרה זה נקודת ההתייחסות היה הקצה של scaler אולטראסוניות. לאחר מכן ניתן למקם אותו מחדש בניסויים עתידיים באותו מקום בשדה התצוגה.
  3. אם גודל הפיקסל אינו ידוע, תמונה של אדם עם סימוני 10 μm בהגדלה של סט ושימוש בתוכנה לניתוח תמונות כגון Fiji כדי לחשב את הרזולוציה.

4. הקלטת וידאו במהירות גבוהה

  1. תדמינו את הכלי ללא קביטציה. זה יהיה חיסור מתמונות קביטציה בניתוח תמונה בעת חישוב האזור של בועות קביטציה. שמור את סרטוני הווידאו בתבנית כגון TIFF כך שלא תאבד איכות התמונה.
  2. תדמינו את המכשיר הפועל עם קביטציה. ודא שיש מספיק מסגרות לניתוח מדויק, לדוגמה 5 חזרות עם 500 מסגרות כל אחת.

5. עיבוד תמונה

  1. הורדפיג'י 19 מאתר האינטרנט ImageJ (https://imagej.net/Fiji). קוד מאקרו ImageJ סופק אשר באופן אוטומטי עושה את שלבי ניתוח התמונה המתוארים להלן גם ניתן לשנות כדי שיתאימו ליישום. השלבים הבודדים של המאקרו מתוארים בשלבים 5.3-5.5.
  2. חתוך את התמונה כדי להסיר אזורים כהים יותר הנובעים מתאורה לא אחידה, במידת הצורך. ודא שכל התמונות נחתך באותו גודל ובנקודות זהות בתמונה.
  3. המר את התמונות לתמונות בינאריות על-ידי סף אוטומטי באמצעות אחד מהסף האוטומטי. בדוגמה זו נעשה שימוש בסף האוטומטי המינימלי.
  4. הפעל את הפקודה חורי מילוי כדי להסיר את כל הפיקסלים השחורים מתוך הבועות אשר היו מחולקים בטעות.
  5. חשב את היסטוגרמה של הערימה כדי להציג את מספר הפיקסלים המתאימים למקל קנה המידה ואת קביטציה בכל מסגרת.
  6. במקרה זה הפיקסלים המתאימים לבועות הם לבנים ויש להם ערך 255. שמור מדידות אלה.
  7. חזור על שלבים 5.3-5.6 עבור הווידאו של המכשיר הפועל ללא הבועות.
  8. לחשב את האזור ממוצע של קצה סולם אולטראסוניות רק מתוצאות היסטוגרמה.
  9. הפחת את האזור ממוצע של המכשיר מכל אחד מהאזורים המחושבים מקטעי הווידאו של הבועות סביב scaler. אזור הבועות נשאר למדוד.
  10. הצג באופן חזותי על-ידי חיסור התמונה הבינארית של סולם המשנה מהתמונה הבינארית של סולם המידה עם בועות באמצעות מחשבון התמונה בפיג'י.
  11. חשב את ממוצע סטיית התקן של אזור הבועות.
  12. המר את הערכים ממספר הפיקסלים לאזור (במקרה זה μm2)על-ידי הכפלה בגודל הפיקסל בריבוע. חשב את הגודל של כל פיקסל על-ידי הדמיית פתילה עם המצלמה במהירות גבוהה באותה הגדלה ששימשה להדמיה והשתמש ב- ImageJ כדי להגדיר את קנה המידה.
  13. תתכנן את הנתונים. ניתן גם לבצע ניתוח סטטיסטי כדי להראות כל הבדל משמעותי בתחום הבועות אם משווים תנאים שונים.

6. מאקרו ImageJ

  1. בתפריט ImageJ/Fiji, עבור אל תוספים > חדש > מאקרו. ודא ש-IJ1 Macro מסומן תחת תפריט השפה והעתק והדבק את הקוד הבא. לחץ על הפעל כדי לבצע את המאקרו (קובץ משלים).

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ניתן לראות את שלבי ניתוח התמונה איור 1 עבור אחד הטיפים scaler אולטראסוניות נבדק. טיפ FSI 1000 וקץ 10P נתו תמונה בתוך מיכל מים עם מי הקירור כבויים (איור 2). קביטציה התרחשה ליד העיקול של קצה FSI 1000 בהקפת כוח מקסימלית, ובסמוך לקצה החופשי בקצה 10P (איור 3 ואיור 4). אזור ממוצע של קביטציה היה 0.1 ± 0.07 מ"מ2 עבור קצה FSI 1000 ו 0.50 ± 0.25 מ"מ2 עבור קצה 10P (איור 5).

figure-results-1
איור 1: שלבי הגדרת הדמיה וניתוח תמונה במהירות גבוהה (א)סכמטי של כיוונון ההדמיה במהירות גבוהה המשמש במחקר. (ב)סכמטי של שלבי ניתוח התמונה המשמשים במחקר, מראה את התמונות הגולמיות בצד שמאל של קצה scaler בלבד עם קביטציה, אשר לאחר מכן בינאריים ופחתו אחד מהשני כדי לחשב את האזור של ענני קביטציה. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.

figure-results-2
איור 2: השוואה בין טיפים שונים תמונות במהירות גבוהה סטילס מראה קביטציה המתרחשים סביב שני טיפים scaler אולטראסוניות נבדקו (a) FSI 1000 (ב) 10P. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-3
איור 3: עצה לתמונות במהירות גבוהה של 10P: תמונות סטילס במהירות גבוהה של קצה 10P, מתוך סרטון שצולם ב- 6400 פריימים לשניה. קביטציה ניתן לראות סביב הקצה החופשי של הקצה. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.

figure-results-4
איור 4: עצה FSI1000 תמונות במהירות גבוהה: תמונות במהירות גבוהה תמונות של קצה FSI 1000, מתוך וידאו שצולמו ב 6400 מסגרות לשנייה. ניתן לראות קביטציה סביב אמצע הקצה. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.

figure-results-5
איור 5: תוצאות ניתוח תמונה של אזור קביטציה. האזור ממוצע של קביטציה המתרחשים סביב FSI 1000 ו 10P טיפים סולטור אולטראסוניות מחושב באמצעות טכניקת ניתוח תמונה המתוארת. קווי השגיאה מייצגים את סטיית התקן. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.

קובץ משלים. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הטכניקה המתוארת במאמר זה מאפשרת הדמיה של מיקרו-bubbles הנעים במהירות עם רזולוציה מרחבית וזמנית גבוהה. זה יכול להועיל מגוון רחב של דיסציפלינות מדעיות כגון הנדסה כימית, רפואת שיניים ורפואה. יישומים הנדסיים כוללים בועות קביטציה הדמיה לניקוי משטחים, או עבור בועות הדמיה בכורי מיטה נוזליים. יישומים ביו-רפואיים כוללים קביטציה הדמיה סביב מכשירים רפואיים ודנטליים והטריה ביופילם הדמיה מרקמות קשות ורכות באמצעות בועות קביטציה. במחקר זה הראינו את הטכניקה על ידי קביטציה הדמיה סביב שני טיפים שונים scaler אולטראסוניות שיניים. כמות קביטציה משתנה בין שני טיפים שנבדקו במחקר זה, עם ענני קביטציה יותר שנצפו סביב הקצה החופשי של קצה 10P. זה היה קשור בעבר משרעת רטט20. קטעי הווידאו במהירות גבוהה מראים כי קצה FSI 1000 יש פחות רטט, אשר סביר להניח שזו הסיבה שיש פחות קביטציה סביב קצה זה.

מגבלה אחת של שיטת ניתוח התמונה היא כי טכניקת חיסור התמונה כדי להסיר את האזור של scaler אינו מדויק לחלוטין כי scaler הוא נדנודות ולכן החיסור עשוי להשאיר אזורים מסוימים של scaler מחולק באופן כוזב כמו בועות. עם זאת, זה כבר בחשבון על ידי ממוצע האזור ממספר גדול של מסגרות (n = 2000). זו לא תהיה בעיה עבור יישומים שבהם האובייקט שיש להפחית הוא נייח. עבור מחקרים שבהם האובייקט הנע יש להפחית יש שונות גבוהה הרבה יותר, אנו ממליצים לסנכרן את התנועות בשני קטעי הווידאו לפני חיסור לקבלת תוצאות מדויקות. במחקר הנוכחי, לא סנכרנו את התנודות, אך מכיוון שהרעידות היו נמוכות, אנו יכולים להניח כי התנודות מתאימות זו לזו בשתי מידות אלה.

סף התמונה מדויק מכיוון שהתאורה של brightfield מספקת רקע אחיד עם ניגודיות טובה. חשוב לוודא שהרקע אחיד ואינו מכיל אובייקטים אחרים אשר ניתן לחלקם באופן כוזב. ניתן לשנות את שיטת הסף באמצעות סף אוטומטי אחר שיתאים ליישום. סף ידני, שבו המשתמש מגדיר את ערך הסף, אפשרי גם הוא אך אינו מומלץ מכיוון שהוא מפחית את האפשרות לשחזור של התוצאות, מאחר שמשתמשים שונים יבחרו ערכי סף שונים.

ניתוח תמונה שימש עבור מחקרי הדמיית בועות רבים אחרים. אלה משתמשים גם בשיטה דומה של תאורה אחורית כדי לקבל ניגודיות אופטימאופטימית בין הבועות והרקע, ותו לאמקטע הבועות 21,22,23,24. השיטה המוצגת במחקר הנוכחי יכולה גם להיות הכללה כדי לשמש עבור יישומי הדמיית בועה רבים ושונים, אשר אינם מוגבלים רק הדמיה במהירות גבוהה. הדמיה במהירות גבוהה שימש בועות קביטציה שנוצר במים וגם סביב מכשירים כגון קבצים אנדודונטיים scalersאולטראסוניות 12,25,26,27,28. לדוגמה ריבאס ואח ' ו Macedo ואח ' השתמשו במצלמה במהירות גבוהה מחובר מיקרוסקופ, עם תאורה המסופקת על ידי מקור אור קר לניקוי תמונה עם קביטציה, ו כדי קביטציה תמונה סביב קובץ אנדודונטי17,29. תאורת שדה בהיר מספקת ניגודיות רבה יותר בין הרקע לבין הבועות, מה שאפשר להשתמש בטכניקות פילוח פשוטות כגון סף, כפי שהוכח על ידי Rivas ואח '. עבור הדמיה וכמת שחיקת קביטציה וניקוילאורך זמן 29. תאורת שדה כהה מקשה על הסף בשל הווריאציה הגבוהה יותר בקנה מידהאפור 4,30. ניתוח תמונה שימש במחקרים אחרים כדי לאסוף מידע נוסף על בועות1,2. Vyas ואח 'השתמש בגישה למידת מכונה בועות קביטציה קטע סביב scaler אולטראסוניות20. השיטה המתוארת בנייר הנוכחי מהירה יותר מכיוון שהיא משתמשת בסף פשוט כך שהיא פחות אינטנסיבית מבחינה חישובית, וניתן לנתח בועות המתרחשות מעל ומתחת למאזניים. עם זאת, שיטת הסף המשמשת בנייר הנוכחי מדויקת רק אם הרקע אחיד. אם לא ניתן להשיג רקע אחיד במהלך ההדמיה, ניתן להשתמש בטכניקות עיבוד תמונה אחרות כגון שימוש בהחסיר רקע באמצעות רדיוס כדור מתגלגל כדי לתקן תאורה לא אחידה, סינון באמצעות מסננים חציון או Gaussian כדי להסיר רעש, או גם באמצעות טכניקותמבוססות למידת מכונה 20,31.

לסיכום, אנו מציגים פרוטוקול הדמיה וניתוח במהירות גבוהה לתמונה ולחשב את האזור של אובייקט נע מיקרוסקופי. הראינו שיטה זו על ידי הדמיה בועות קביטציה סביב scaler אולטראסוניות. זה יכול לשמש עבור קביטציה הדמיה סביב מכשירים דנטליים אחרים כגון קבצים אנדודונטיים וזה יכול להיות מותאם בקלות עבור יישומי הדמיה בועה שאינם שיניים אחרים.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

לסופרים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים אסירי תודה על מימון מהמועצה למחקר הנדסה ומדעי הפיזיקליים EP/P015743/1.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
0.25x קובץ מצורףNavitar1-50011
12x עם מיקוד עדין 12 מ"מ
עדשת זום מיקרוסקופ למרחקים ארוכים		Navitar1-50486
מתאם 2x עם f הרNavitar1-62922
Cavitron Plus Ultrasonic ScalerDentsply Sirona8184003
Cavitron Ultrasonic Insert FSI 1000FSI 1000Dentsply Sironaסיבים UCAFTHD
. צרור סיבים 8 מ"מ אורך 1500 מ"מ. מכלול עדשות מיקוד לאור Hayashi, חוט 1/4 אינץ'-20 חצובה
להרכבה.		HayashiLGC1-
8L1500
ראש גירManfrottoMN405קיבולת עומס של 7.5 ק"ג
HDF7010 מקור אור אנדוסקופ LED בעל עוצמה גבוהה
. LED 150W מספק תפוקה קרה שווה ערך ל-250W
קסנון.		HayashiLA-HDF710
חצובה במשקל כבדManfrottoMN475Bעמוד מרכזי עם הילוכים, קיבולת עומס של 12 ק"ג
מצלמה מהירהPhotron103526FASTCAM Mini AX200 900K M3 (זיכרון 16GB)
סיבוב דיוק גבוה  שלבThorlabsPR01/M
שקעי מעבדהCamlab1194083
מיקרופוזיציה צלחת הזזהManfrottoSKU 454
שלב מיקרו-מיקום תלת מימדThorlabsPT3/M
סיבוב שלב מיקרו-מיקוםThorlabsOCT-XYR1/MOCT-XYR1/M - XY שלב עם צלחת עליונה מוצקה
NEWTRON P5 XS סקלר אולטרסאונד ActeonF62118
תוספת אולטרסאונד 10PActeonF00253
מדריך אור

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Investigation of bubble behavior in fluidized beds with and without immersed horizontal tubes using a digital image analysis technique. Journal of Power Technologies. 210 (3), 248-260 (2011).">Asegehegn, T. W., Schreiber, M., Krautz, H. J. Investigation of bubble behavior in fluidized beds with and without immersed horizontal tubes using a digital image analysis technique. Journal of Power Technologies. 210 (3), 248-260 (2011).
  2. Analysis of the bubbling behaviour of 2D gas solid fluidized beds: Part I. Digital image analysis technique. Chemical Engineering Journal. 140 (1), 398-413 (2008).">Busciglio, A., Vella, G., Micale, G., Rizzuti, L. Analysis of the bubbling behaviour of 2D gas solid fluidized beds: Part I. Digital image analysis technique. Chemical Engineering Journal. 140 (1), 398-413 (2008).
  3. High-speed imaging in fluids. Experiments in Fluids. 54 (2), 1-35 (2013).">Versluis, M. High-speed imaging in fluids. Experiments in Fluids. 54 (2), 1-35 (2013).
  4. Visualization of irrigant flow and cavitation induced by Er: YAG laser within a root canal model. Journal of Endodontics. 37 (6), 839-843 (2011).">Matsumoto, H., Yoshimine, Y., Akamine, A. Visualization of irrigant flow and cavitation induced by Er: YAG laser within a root canal model. Journal of Endodontics. 37 (6), 839-843 (2011).
  5. Cavitation. , World Scientific. (1999).">Young, F. R. Cavitation. , World Scientific. (1999).
  6. Cavitation and Bubble Dynamics. , Cambridge University Press. (2013).">Brennen, C. E. Cavitation and Bubble Dynamics. , Cambridge University Press. (2013).
  7. The acoustic bubble. , Academic Press. (2012).">Leighton, T. The acoustic bubble. , Academic Press. (2012).
  8. Measuring cavitation and its cleaning effect. Ultrasonics Sonochemistry. 29, 619-628 (2016).">Verhaagen, B., Rivas, D. F. Measuring cavitation and its cleaning effect. Ultrasonics Sonochemistry. 29, 619-628 (2016).
  9. The development of an ultrasonic apparatus for the non-invasive and repeatable removal of fouling in food processing equipment. Letters in Applied Microbiology. 30 (1), 47-52 (2000).">Oulahal-Lagsir, N., Martial-Gros, A., Boistier, E., Blum, L., Bonneau, M. The development of an ultrasonic apparatus for the non-invasive and repeatable removal of fouling in food processing equipment. Letters in Applied Microbiology. 30 (1), 47-52 (2000).
  10. Roles of cavitation and acoustic streaming in megasonic cleaning. Particulate Science and Technology. 17 (3), 229-238 (1999).">Gale, G. W., Busnaina, A. A. Roles of cavitation and acoustic streaming in megasonic cleaning. Particulate Science and Technology. 17 (3), 229-238 (1999).
  11. Microbial biofilm modulation by ultrasound: Current concepts and controversies. Ultrasonics Sonochemistry. 21, 15-22 (2014).">Erriu, M., et al. Microbial biofilm modulation by ultrasound: Current concepts and controversies. Ultrasonics Sonochemistry. 21, 15-22 (2014).
  12. Passive ultrasonic irrigation of the root canal: a review of the literature. International Endodontic Journal. 40 (6), 415-426 (2007).">Van der Sluis, L., Versluis, M., Wu, M., Wesselink, P. Passive ultrasonic irrigation of the root canal: a review of the literature. International Endodontic Journal. 40 (6), 415-426 (2007).
  13. A quantitative method to measure biofilm removal efficiency from complex biomaterial surfaces using SEM and image analysis. Scientific Reports. 6, 32694(2016).">Vyas, N., Sammons, R. L., Addison, O., Dehghani, H., Walmsley, A. D. A quantitative method to measure biofilm removal efficiency from complex biomaterial surfaces using SEM and image analysis. Scientific Reports. 6, 32694(2016).
  14. Mapping cavitation activity around dental ultrasonic tips. Clinical Oral Investigations. 17 (4), 1227-1234 (2013).">Walmsley, A. D., Lea, S. C., Felver, B., King, D. C., Price, G. J. Mapping cavitation activity around dental ultrasonic tips. Clinical Oral Investigations. 17 (4), 1227-1234 (2013).
  15. Sonochemical characterisation of ultrasonic dental descalers. Ultrasonics Sonochemistry. 21, 2052-2060 (2014).">Price, G. J., Tiong, T. J., King, D. C. Sonochemical characterisation of ultrasonic dental descalers. Ultrasonics Sonochemistry. 21, 2052-2060 (2014).
  16. Cavitation occurrence around ultrasonic dental scalers. Ultrasonics Sonochemistry. 16, 692-697 (2009).">Felver, B., King, D. C., Lea, S. C., Price, G. J., Damien Walmsley, A. Cavitation occurrence around ultrasonic dental scalers. Ultrasonics Sonochemistry. 16, 692-697 (2009).
  17. Sonochemical and high-speed optical characterization of cavitation generated by an ultrasonically oscillating dental file in root canal models. Ultrasonics Sonochemistry. 21, 324-335 (2014).">Macedo, R. G., et al. Sonochemical and high-speed optical characterization of cavitation generated by an ultrasonically oscillating dental file in root canal models. Ultrasonics Sonochemistry. 21, 324-335 (2014).
  18. Membrane cleaning with ultrasonically driven bubbles. Ultrasonics Sonochemistry. 37, 542-560 (2017).">Reuter, F., Lauterborn, S., Mettin, R., Lauterborn, W. Membrane cleaning with ultrasonically driven bubbles. Ultrasonics Sonochemistry. 37, 542-560 (2017).
  19. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nature Methods. 9 (7), 676-682 (2012).">Schindelin, J., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nature Methods. 9 (7), 676-682 (2012).
  20. High-speed Imaging of Cavitation around Dental Ultrasonic Scaler Tips. PLoS One. 11 (3), 0149804(2016).">Vyas, N., et al. High-speed Imaging of Cavitation around Dental Ultrasonic Scaler Tips. PLoS One. 11 (3), 0149804(2016).
  21. Bubble dynamics in 2D bubble column: comparison between high-speed camera imaging analysis and 4-point optical probe. Chemical Engineering Communications. 202 (1), 85-95 (2015).">Ahmed, F. S., Sensenich, B. A., Gheni, S. A., Znerdstrovic, D., Al Dahhan, M. H. Bubble dynamics in 2D bubble column: comparison between high-speed camera imaging analysis and 4-point optical probe. Chemical Engineering Communications. 202 (1), 85-95 (2015).
  22. Reconstruction of three-dimensional bubble surface from high-speed orthogonal imaging of dilute bubbly flow. Proceedings of Computational Methods in Multiphase Flow V, New Forest, UK. , 469-480 (2009).">Honkanen, M. Reconstruction of three-dimensional bubble surface from high-speed orthogonal imaging of dilute bubbly flow. Proceedings of Computational Methods in Multiphase Flow V, New Forest, UK. , 469-480 (2009).
  23. Image processing techniques for high-speed videometry in horizontal two-phase slug flows. Flow Measurement and Instrumentation. 33, 257-264 (2013).">do Amaral, C. E., et al. Image processing techniques for high-speed videometry in horizontal two-phase slug flows. Flow Measurement and Instrumentation. 33, 257-264 (2013).
  24. Development of an image measurement technique for size distribution in dense bubbly flows. Chemical Engineering Science. 94, 20-29 (2013).">Lau, Y., Deen, N., Kuipers, J. Development of an image measurement technique for size distribution in dense bubbly flows. Chemical Engineering Science. 94, 20-29 (2013).
  25. Behaviour of a bubble cluster in an ultrasound field. International Journal for Numerical Methods in Fluids. 47 (6-7), 591-601 (2005).">Matsumoto, Y., Yoshizawa, S. Behaviour of a bubble cluster in an ultrasound field. International Journal for Numerical Methods in Fluids. 47 (6-7), 591-601 (2005).
  26. Visualization of removal of trapped air from the apical region of the straight root canal models generating 2-phase intermittent counter flow during ultrasonically activated irrigation. Journal of Endodontics. 40 (6), 857-861 (2014).">Peeters, H. H., Iskandar, B., Suardita, K., Suharto, D. Visualization of removal of trapped air from the apical region of the straight root canal models generating 2-phase intermittent counter flow during ultrasonically activated irrigation. Journal of Endodontics. 40 (6), 857-861 (2014).
  27. Synergistic effect of microbubble emulsion and sonic or ultrasonic agitation on endodontic biofilm in vitro. Journal of Endodontics. 38 (11), 1530-1534 (2012).">Halford, A., et al. Synergistic effect of microbubble emulsion and sonic or ultrasonic agitation on endodontic biofilm in vitro. Journal of Endodontics. 38 (11), 1530-1534 (2012).
  28. High-speed imaging of ultrasound driven cavitation bubbles in blind and through holes. Ultrasonics Sonochemistry. 48, 39-50 (2018).">Kauer, M., Belova-Magri, V., Cairós, C., Linka, G., Mettin, R. High-speed imaging of ultrasound driven cavitation bubbles in blind and through holes. Ultrasonics Sonochemistry. 48, 39-50 (2018).
  29. Localized removal of layers of metal, polymer, or biomaterial by ultrasound cavitation bubbles. Biomicrofluidics. 6 (3), 034114(2012).">Rivas, D. F., et al. Localized removal of layers of metal, polymer, or biomaterial by ultrasound cavitation bubbles. Biomicrofluidics. 6 (3), 034114(2012).
  30. Cavitation Bubble Cluster Activity in the Breakage of Kidney Stones by Lithotripter Shockwaves. Journal of Endourology. 17 (7), 435-446 (2003).">Pishchalnikov, Y. A., et al. Cavitation Bubble Cluster Activity in the Breakage of Kidney Stones by Lithotripter Shockwaves. Journal of Endourology. 17 (7), 435-446 (2003).
  31. Biomedical image processing. Computer. (1), 22-34 (1983).">Sternberg, S. R. Biomedical image processing. Computer. (1), 22-34 (1983).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

High Speed CameraImage AnalysisCavitation BubblesDental Ultrasonic ScalerMicrobubble AreaOpen Source SoftwareZoom LensMicropositioning StageHigh Intensity LightBubble Dynamics

Related Articles