הד Velocimetry תמונת חלקיקים

מטרת ניסוי זה היא לרכוש שדות מהירות דו-ממדיים ומיידיים בזרימת האגן זואי, הידועה גם בשם זרימת צינור למינרית. באמצעות תמונת חלקיקי הד, סימטריית LOC או מדידות אימות E-P-I-V-E-P-I-V מודגמות בזרימת צינור מחזורית של תערובת של 50, 50 של מים וגליצרין. מערכת זרימת הצינורות המשמשת כאן משתמשת בראש לחץ קבוע המתוחזק על ידי משאבת אקווריום כדי להניע את הזרימה.

בדיקת אולטרסאונד מערך שלבים מותקנת על דופן הצינור של מערכת הזרימה ותמונות אולטרסאונד במצב B מוזמנות. הנוזל יושב עם כדורי זכוכית חלולים או חלקיקי עוקב העוקבים בנאמנות אחר תנועות הזרימה. לאחר מכן נרכשות תמונות אולטרסאונד, מועברות למחשב ומומרות לפורמט תמונה התואם לתוכנת הסימטריה המסחרית של תמונת חלקיקים.

אלגוריתמי מתאם צולב מיושמים על תמונות מצב אולטרסאונד B עוקבות כדי לחשב שדות מהירות דו-ממדיים. בסופו של דבר, השדות הווקטוריים מנותחים כדי לחשב כמויות זרימה מעניינות, כגון מתח מוחלט ממוצע ומערבולת. למרות שטכניקה זו יכולה לספק תובנה לגבי דינמיקת נוזלים בסיסית, היא יכולה לשמש לעתים קרובות במערכות זרימה מעשיות, כולל יישומים ביו-רפואיים, למשל, זרימות עורקיות או בין-חדריות.

הניסויים המתמשכים שלנו באמצעות ביומסה נוזלית ונוזל הם מה שעניין אותנו בטכניקה הזו. כדי להגדיר את מערכת EP IV, התחל בהפעלת המשאבות. זה יתחיל את זרימת הצינור המחזור בקצב קבוע.

לאחר מכן, מרחו ג'ל מקומי על בסיס מים על בדיקת האולטרסאונד. הג'ל ממזער את אובדן ההעברה של קרן האולטרסאונד בין פני הגשושית לצינור. לאחר מכן באמצעות תושבת בדיקה שנבנתה במיוחד עם אביזרי צנרת קיר דרך, חבר את בדיקת האולטרסאונד לכוח קיר הצינור החיצוני במכונת האולטרסאונד.

לאחר טעינת כל המערכות, יופיע זרם חי של תמונות על מסך האולטרסאונד. מצב דו-ממדי הוא הגדרת ברירת המחדל עבור הגשושית הליניארית לרכישת מדידות EPIV. ראשית, מדוד את המשקל היבש המתאים של כדורי זכוכית חלולים נומינליים של 10 מיקרומטר כך שהריכוז הסופי שלהם כאשר הם מתווספים למערכת הזרימה הוא כ -17 חלקי משקל למיליון.

לאחר מכן, חלצו נפח נוזל מהאגן והוסיפו את החלקיקים לנוזל ליצירת תמיסת חלקיקים מרוכזת. החלקיקים כאשר הם מתווספים למערכת הזרימה ישמשו כחומרי ניגוד אולטרסאונד או חלקיקי מעקב. הוסף את תמיסת החלקיקים המרוכזת למערכת זרימת הצינור המחזור על ידי ערבוב לתוך אגני המים.

לאחר מכן ניתן לראות את כדורי הזכוכית בצג האולטרסאונד. לאחר מספר דקות, כדורי הזכוכית יתפזרו באופן שווה בכל המערכת, אז אחד החלקים הקשים ביותר בהליך זה הוא השגת תמונות אולטרסאונד ברורות ברזולוציה גבוהה. על מנת למקסם את איכות התמונות הללו, אנו מתאימים את מוקדי הרווח ואת הטווח הדינמי על סמך הערכות אפריורי של מהירות הזרימה.

אנו מייעלים עוד יותר את הפרמטרים הללו תוך כדי תנועה על ידי ניתוח תמונות האולטרסאונד. השתמש בכפתור בקרת העומק בלוח הבקרה של האולטרסאונד כדי להגדיר את עומק התמונה לשלושה סנטימטרים. לאחר מכן, באמצעות כפתור הרווח הדו-ממדי, כוונן את רווח התמונה הכולל כדי להגביר את בהירות התמונה כך שחלקיקי הזרע ייראו בבירור בלוח המכשירים.

התאם את מחווני פיצוי רווח הזמן כדי להחליש את הפיזור מדפנות הצינור וכדי לפצות על הנחתה הקשורה לעומק של אות האולטרסאונד. פעולה זו תסיר תמונה עודפת בחלק העליון והתחתון של קירות הצינור במצב דו-ממדי. הכפתורים בחלק העליון של לוח הבקרה משמאל לימין תואמים לרוחב, תדירות המיקוד וקצב הפריימים.

השתמש בכפתורים אלה כדי לכוונן את התמונה עוד יותר כדי להשיג את הרזולוציה הפיזית, התדר וקצב הפריימים הגבוהים ביותר האפשריים לניתוח. לאחר מכן כוונן את תדר פעולת הגשושית ל-10 מגה-הרץ והגדר את קצב הפריימים כ-49.5 פריימים לשנייה. שימו לב שארבעת הפרמטרים הללו מחוברים מטבעם.

כתוצאה מכך, עבור סריקת תמונת אולטרסאונד נתונה, יש פשרה בין רזולוציה מרחבית לזמנית. בשל הרזולוציה הרוחבית המוגבלת, כדורי הזכוכית יימרחו בכיוון הצדדי ויופיעו כאליפסואידים בתמונה. לאחר אופטימיזציה של הפרמטרים, הגיע הזמן לאסוף נתונים בלוח הבקרה של האולטרסאונד במכשיר.

לחצו על כפתור הבחינה החדשה כדי להתחיל ניסוי חדש. תחת סבלנות. הזן זרימת צינור כשם המשפחה ואת התאריך כשם הפרטי.

הזן את מספר הבדיקה בשדה מזהה המטופל. לאחר מכן, סריקת האולטרסאונד תתחיל אוטומטית כאשר תגיע למקסימום שנקבע מראש של 1000 עד 1,500 תמונות. לולאת סריקה חדשה מתחילה עם המשך הסריקה.

בצע התאמות לפרמטרי ההדמיה עד שחלקיק הזרע נמצא בפוקוס חד עם כ-10 חלקיקים לכל אזור חקירה. כדי להפעיל מחדש את לולאת הקלטת הסריקה, לחץ על כפתור ההקפאה בלוח הבקרה של האולטרסאונד. לאחר שנרכש מספר מספיק של תמונות אידיאליות, לחץ על כפתור ההקפאה.

לאחר מכן, לחץ על כפתור לולאת C בלוח הבקרה של האולטרסאונד. בחר את כל התמונות כדי לכלול את כל תמונות האולטרסאונד בערכת הניתוח. לאחר בחירת התמונות לניתוח, לחץ על כפתור מאגר התמונות כדי לשמור את הקבוצה שנבחרה של תמונות אולטרסאונד.

לאחר שמירת התמונות, לחץ על כפתור הארכיון בלוח הבקרה של האולטרסאונד. כאשר תתבקש, בחר את לולאת הסינכרון המעניינת מהחלון הקטן שיש לשמור בכונן הקשיח המקומי. לאחר מכן השתמש בסמן העכבר כדי לבחור סיום בחינה.

לחץ על כפתור הארכיון והשתמש בסמן העכבר כדי לבחור תחילה עוד ולאחר מכן בחר ניהול דיסקים. פעולה זו תעביר את לולאת הגליל או לולאות הצילינדר השמורות למחשב המריץ את סימטריית מהירות תמונת החלקיקים או תוכנת PIV. לאחר שהתמונות נלכדות ונשמרות, יש להמיר את תמונת האולטרסאונד מתקשורת הדמיה דיגיטלית ברפואה או קובץ DICOM לקבוצת מומחי צילום משותפת או קובץ תמונה JPEG לניתוח.

השתמשו בסקריפט MATLAB המפעיל DICOM ל- jpeg dot m כדי להמיר קובצי DICOM לקובצי JPEG. סקריפט זה נוצר בתוך החברה וניתן להשיג אותו למטרות חינוכיות מכתובת האינטרנט המוצגת כאן. לאחר המרת הקובץ, פתח את תוכנת Davi מ-Law Vision בתוכנה.

לחץ פעמיים על סמל davi, בחר פרויקט חדש ולאחר מכן בחר PIV. בסרגל הכלים, בחר ייבוא תמונות ובחר ייבוא באמצעות קבצים ממוספרים. לאחר מכן, בתפריט הנפתח, אתר את התיקיה בה מאוחסנות תמונות האולטרסאונד JPEG ולחץ פעמיים על התמונה הראשונה של הסט.

פעולה זו תייבא את כל תמונות האולטרסאונד בקבוצה ממוספרת זו כדי להגדיר אזור עניין לניתוח הכולל רק את הנוזל. החילו מסיכה ליצירת המסיכה, הזינו את הקואורדינטות, אזור מלבני עם שתי נקודות קואורדינטות x ו-y בהתבסס על המידע מקובץ DICOM והכרת מידות הפיקסלים. לאחר מכן בלוח הבקרה הראשי ב-dvu, לחץ על הכרטיסייה הממוקמת תחת הפרויקט הנוכחי המכיל את התמונות המיובאות.

בחר את הטבלה עם התווית עיבוד אצווה. זה מאפשר את חלון העיבוד הווקטורי של Davi לעיבוד אצווה מרשימת הפעולות באמצעות עץ סדרות הזמן PIV פלוס PIV, בחר פרמטרי חישוב וקטוריים ובחר מולטי-פאס עם גודל חקירה יורד של 64 פיקסלים על 64 פיקסלים ל-12 פיקסלים על 12 פיקסלים עם חפיפה של 50%הגדר את הגבלת הטווח הווקטורי היחסי לכולם ולאחר מכן הגבלת טווח וקטורי מוחלט לחמישה פיקסלים. לאחר מכן החל מסנן חציוני כדי לדכא רעש ולהחליק את השדות הווקטוריים.

לאחר מכן לעיבוד וקטורי, סמן את התיבה טווח הנתונים שווה לשימוש באזור מסיכה בתפריט פרמטר החישוב הווקטורי. שימו לב שהבחירה האופטימלית של פרמטרי חישוב וקטור תלויה בגיאומטריית הזרימה, מאפייני הזרימה, רזולוציית התמונה, צפיפות חלקיקי העוקב וניתוח הזרימה הכמותי הרצוי. לאחר שכל הפרמטרים הרצויים הוגדרו בצד שמאל של מסך עיבוד האצווה, בחר את המספר הכולל של התמונות לעיבוד.

לחץ על התחל לעבד. זה יחשב את שדה התזוזה בין תמונות אולטרסאונד עוקבות באמצעות אלגוריתמים של מתאם צולב. כדי לנתח את הנתונים המעובדים, ייצא את שדות וקטור UCV מ-DAVO כקבצי txt.

כדי לעשות זאת תחת ענף תמונת JPEG במסך הפרויקט, בחר את ענף התזוזה הווקטורית. בסרגל הכלים, בחר בכרטיסיית הייצוא. בחר סוג קובץ.

שאל את e txt. בחר צור תיקיית ייצוא ובחר ייצוא. לאחר מכן, פתח את הקובץ ב-MATLAB על ידי הפעלת סקריפט MATLAB.

השדות הווקטוריים המיוצאים נקראים B-X-X-X-X-X do TXT כאשר X מייצג מספר בעלייה מ-1 ל-99, 999. כל קובץ מכיל ארבע עמודות נתונים, שניתן לצפות בהן באמצעות פנקס רשימות מיקום x אחד של הווקטור בתמונה שני מיקום Y של הווקטור בתמונה, שלושה רכיב X של תזוזה או תזוזה חכמת זרם, וארבעה רכיב y של תזוזה, המתאר את הקיר. תזוזה רגילה משמשת לחישוב שדה וקטור המהירות U כפונקציה של X ו-Y, כאשר X ו-Y תואמים לקואורדינטות מרחביות בתמונת האולטרסאונד, זה נעשה על ידי המרת שדה התזוזה D של X ו-Y הנמדד בפיקסלים לשדה תזוזה הנמדד במטרים באמצעות פרמטר קנה המידה של התמונה M הניתן ביחידות של מטר על פיקסל.

לאחר מכן, שדה התזוזה מחולק על ידי ההפרדה הזמנית המתוקנת בין תמונות דלתא T, כאשר דלתא T שווה לאחד מעל קצב הפריימים הניתן בפריימים לשנייה, בתוספת שדה התזוזה חלקי הזמן שלוקח לתמונת האולטרסאונד לטאטא את רוחב התמונה. לסיכום, U של X ו-Y שווה ל-M כפול D של X ו-Y חלקי דלתא T.DICOM מאחסן מטבעו מבנה קובץ המספק את המידע הדרוש לחישוב פרמטר קנה המידה של התמונה M ולטאטא את ההפרדה הזמנית המתוקנת. דלתא T, במחקר הנוכחי, M שווה ל-77 מיקרון לפיקסל, FPS שווה ל-49.5 ו-B שווה ל-25,047 פיקסלים לשנייה.

לבסוף, חשב שדות וקטוריים של מהירות ממוצעת של אנסמבל בעוד פרופילים נורמליים של מהירות ממוצעת וכל כמויות זרימה אחרות מעניינות. כדי להדגים את התועלת של EPIV ולהעריך את אי הוודאות במדידה, נרכשו שדות דו-ממדיים מיידיים של מהירות וזרימת צינור למינרית כמתואר בסרטון זה, תרשים וקטורי מיידי זה מציג וקטורי מהירות בכל עמודה רביעית, ומפת קווי המתאר של צבע הרקע תואמת את גודל המהירות. המיקום המרחבי הדו-ממדי של וקטור המהירות מסומן על ידי D על D ו-X על D, כאשר D הוא המיקום הרדיאלי הנמדד מהקיר העליון.

D הוא קוטר הצינור, ו-X הוא מיקום הזרם הנמדד מכניסת הצינור. הצורה הפרבולית לכאורה של וקטורי המהירות לאורך העמודות מצביעה על כך שהמדידות תואמות את פרופיל המהירות הצפוי לזרימת הצינור. עלילת הווקטור הממוצעת של האנסמבל המחושבת על ידי ממוצע של למעלה מ-1000 עלילות וקטוריות מיידיות מספקת ייצוג של שדה המהירות הממוצעת.

זה גם יחשב ממוצע של שגיאות רעש אקראיות בשדות הווקטור המיידיים. וקטורי המהירות הם בעיקר בכיוון הזרם. המהירויות הגדולות ביותר מתרחשות בקו מרכז הצינור.

המהירויות ירדו לאפס בדפנות הצינור והזרימה סימטרית בערך, פרופיל המהירות הממוצעת לאורך רדיוס הצינור המתקבל על ידי ממוצע עלילת הווקטור הממוצעת של האנסמבל לאורך השורות בכיוון האופקי מוצג כאן. כמו כן מוצג פרופיל המהירות הממוצע הצפוי לזרימת צינור למינרית. בהתחשב בתנאי הניסוי.

ההסכמה בין מדידות ה-EPIV לפרופיל ה-higgin pozo הצפוי היא הטובה ביותר ליד קו מרכז הצינור והגרוע ביותר ליד קירות הצינור. ההבדלים הגדולים ליד הקיר נובעים ככל הנראה מהשתקפות ושבירה חזקה של גלי האולטרסאונד במשטח המעוקל של דופן הצינור המייצרים עוצמות תמונה גבוהות באזורים אלה, העוצמות הגבוהות בקיר מטשטשות את עוצמות החלקיקים המובילות לטעות מדידה. עם התפתחות טכניקה זו, חוקרים החוקרים דינמיקת זורמים במערכות זרימה מהונדסות או ביולוגיות יכולים כעת לרכוש וריאציות זמניות מרחביות של שדה המהירות בנוזלים אטומים אופטית או באמצעות גיאומטריות אטומות אופטית.

לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד EPIV עובד, מגבלותיו וכיצד לבנות ולהפעיל מערכת EPIV באמצעות מכשיר אולטרסאונד מסחרי.