הד Velocimetry תמונת חלקיקים
27 בדצמבר 2012
Velocimetry מערכת הד חלקיק תמונה (EPIV) מסוגלת לרכוש שדות דו ממדים של מהירות בנוזלים אופטיים אטומים או באמצעות גיאומטריות אופטיות אטומות מתוארת, ומדידות אימות בזרימת צינור מדווחות.
מטרת ניסוי זה היא להשיג שדות מהירות רגעיים דו-ממדיים בזרימת Hagen-Poiseuille, הידועה גם כזרימה למינרית בצינור. באמצעות המערכת E-P-I-V (Echo Particle Image Velocimetry), מוצגות מדידות תיקוף של סימטריה בתוך זרימה מחזרית בצינור של תערובת 50:50 של מים וגליצרין. מערכת זרימת הצינור המשמשת כאן עושה שימוש בלחץ קבוע השומר על זרימה באמצעות משאבת אקווריום.
מתמר אולטרסאונד בעל מערך פאזות מותקן על דופן הצינור של מערכת הזרימה, ותמונות אולטרסאונד במצב B מוזרמות באופן רציף. הנוזל מכיל כדוריות זכוכית חלולות או חלקיקי סימון העוקבים נאמנה אחר תנועות הזרימה. תמונות אולטרסאונד נרכשות לאחר מכן, מועברות למחשב ומומרות לפורמט תמונה התואם לתוכנה המסחרית לדימיון חלקיקי מהירות (particle image velocimetry).
אלגוריתמים של מתאם צולב (Cross correlation) מיושמים על תמונות אולטרסאונד רצופות במצב B (B mode) כדי לחשב שדות מהירות דו-ממדיים. בסופו של דבר, שדות הווקטורים מנותחים כדי לחשב כמויות זרימה רלוונטיות, כגון מאמץ גזירה ממוצע של המערכה (ensemble average sheer stress) ומסחרור (vorticity). למרות שטכניקה זו יכולה לספק תובנות לגבי דינמיקה בסיסית של נוזלים, היא יכולה לשמש, ולמעשה משמשת לעיתים קרובות, במערכות זרימה מעשיות, כולל יישומים ביו-רפואיים, למשל, זרימות עורקיות או בין-חדריות.
הניסויים השוטפים שלנו המשתמשים בביומסה מונזלת ובנוזלים הם שגרמו לנו להתעניין בטכניקה זו. כדי להקים את מערכת ה-EP IV, התחילו בהפעלת המשאבות. פעולה זו תחל את זרימת הצינור במחזוריות בקצב קבוע.
בשלב הבא, מרחו ג'ל מקומי על בסיס מים על המתמר (פרוב) של האולטרסאונד. הג'ל ממזער את אובדן התמסורה של קרן האולטרסאונד בין פני המתמר לבין הצינור. לאחר מכן, באמצעות תושבת מתמר ייעודית עם מחברי צינור העוברים דרך הדופן, חברו את מתמר האולטרסאונד לדופן החיצונית של הצינור והפעילו את מכשיר האולטרסאונד.
לאחר טעינת כל המערכות, יופיע זרם תמונות חי על מסך האולטרסאונד. מצב 2D הוא הגדרת ברירת המחדל עבור המתמר הליניארי לצורך ביצוע מדידות EPIV. ראשית, שקלו את המשקל היבש המתאים של כדורי זכוכית חלולים בעוביית 10 מיקרומטר נומינלית, כך שריכוזם הסופי בעת הוספתם למערכת הזרימה יהיה כ-17 חלקי מיליון ממשקל.
בשלב הבא, הוציאו נפח של נוזל מהאגן והוסיפו את החלקיקים לנוזל כדי להכין תמיסת חלקיקים רכז. החלקיקים, בעת הוספתם למערכת הזרימה, ישמשו כחומרי ניגוד לאולטרסאונד או כחלקיקי סמן. הוסיפו את תמיסת החלקיקים הרכז למערכת זרימת הצינורים במעגל סגור על ידי ערבובם לתוך מאגרי המים.
ניתן כעת לצפות בכדורי הזכוכית במסך האולטרסאונד. לאחר מספר דקות, כדורי הזכוכית יתפזרו באופן אחיד בכל המערכת, כך שאחד החלקים הקשים ביותר בפרוצדורה זו הוא השגת תמונות אולטרסאונד ברורות וברזולוציה גבוהה. כדי למקסם את איכות התמונות הללו, אנו מכוונים את ה-gain, נקודות המיקוד (focal points) ואת הטווח הדינמי בהתבסס על הערכות מוקדמות של מהירות הזרימה.
אנו מבצעים אופטימיזציה נוספת של פרמטרים אלו באופן שוטף על ידי ניתוח תמונות האולטרסאונד. השתמשו בכפתור בקרת העומק בלוח הבקרה של מכשיר האולטרסאונד כדי להגדיר את עומק התמונה ל-three centimeters. לאחר מכן, בעזרת כפתור ה-2D gain, כווננו את הגבר הכולל של התמונה כדי להגביר את בהירותה, כך שחלקיקי הגרעין יהיו נראים בבירור בלוח הבקרה של המכשיר.
כוון את מחווני פיצוי הגבר הזמן (TGC) כדי להחליש את הפיזור מדפנות הצינור וכדי לפצות על ניחות של אות האולטרסאונד הקשור לעומק. פעולה זו תסיר תמונות עודפות בחלק העליון והתחתון של דפנות הצינור במצב 2D. הכפתורים בחלק העליון של לוח הבקרה, משמאל לימין, תואמים לרוחב, לתדר המיקוד ולקצב הפריימים.
השתמשו בכפתורים אלו כדי לכוונן את התמונה באופן נוסף להשגת הרזולוציה הפיזית, התדר וקצב הפריימים הגבוהים ביותר האפשריים לצורך האנליזה. לאחר מכן, כווננו את תדר הפעולה של המתמר ל-10 megahertz והגדירו את קצב הפריימים כ-49.5 frames per second. שימו לב כי ארבעה פרמטרים אלו קשורים זה בזה באופן מהותי.
כתוצאה מכך, עבור סריקת תמונה אולטרסאונדית נתונה, קיים trade-off בין הרזולוציה המרחבית לרזולוציה הזמנית. בשל רזולוציה לטרלית מוגבלת, כדורי הזכוכית ייראו מטושטשים בכיוון הלטרלי ויופיעו כאליפסואידים בתמונה. לאחר אופטימיזציה של הפרמטרים, הגיע הזמן לאסוף נתונים באמצעות לוח הבקרה של האולטרסאונד במכשיר.
לחץ על כפתור "בדיקה חדשה" (new exam) כדי להתחיל ניסוי חדש. תחת סעיף המטופל, הזן "pipe flow" כשם משפחה ואת התאריך כשם פרטי.
הזינו את מספר הבדיקה בשדה מזהה המטופל (patient ID). סריקת האולטרסאונד תחל באופן אוטומטי כאשר יושג המקסימום המוגדר מראש של 1,000 עד 1,500 תמונות. עם המשך הסריקה, תחל לולאת סריקה חדשה.
בצעו התאמות בפרמטרי הדמיה עד שחלקיקי הגרעין יהיו במיקוד חד, עם כ-10 חלקיקים לכל אזור בדיקה. כדי להפעיל מחדש את לולאת הקלטת הסריקה, לחצו על כפתור ההקפאה (freeze) בלוח הבקרה של מכשיר האולטרסאונד. לאחר שנקלט מספר מספיק של תמונות אידיאליות, לחצו על כפתור ההקפאה.
בשלב הבא, לחצו על כפתור ה-C loop בלוח הבקרה של מכשיר האולטרסאונד. בחרו ב-"select all images" כדי לכלול את כל תמונות האולטרסאונד בסט הניתוח. לאחר בחירת התמונות לניתוח, לחצו על כפתור שמירת התמונות (image store) כדי לשמור את סט תמונות האולטרסאונד שנבחר.
לאחר שמירת התמונות, לחצו על כפתור הארכיון בלוח הבקרה של מכשיר האולטרסאונד. כאשר תתבקשו, בחרו מהחלון הקטן את ה-syn loop הרצוי לשמירה בכונן הקשיח המקומי. לאחר מכן, השתמשו בסמן העכבר כדי לבחור בסיום הבדיקה (end exam).
לחצו על כפתור הארכיון והשתמשו בסמן העכבר כדי לבחור תחילה ב-more ולאחר מכן ב-disc management. פעולה זו תעביר את לולאת ה-cyl או לולאות ה-cyl השמורות למחשב המריץ את התוכנה למיפוי מהירות תמונות חלקיקים (particle image velocity symmetry או PIV). לאחר לכידה ושמירה של התמונות, יש להמיר את תמונת האולטרסאונד מקובץ תקשורת דימותים ומידע רפואי (digital imaging communications in medicine או DICOM) לקובץ תמונה בפורמט joint photographic experts group או JPEG לצורך ניתוח.
השתמש בסקריפט MATLAB המריץ את הקובץ DICOM to jpeg.m כדי להמיר את קובצי ה-DICOM לתמונות JPEG. סקריפט זה פותח במוסדנו וניתן להשיגו למטרות חינוכיות בכתובת האינטרנט המוצגת כאן. לאחר המרת הקובץ, פתח את תוכנת Davi מבית Law Vision בתוך התוכנה.
לחצו פעמיים על סמל ה-davi, בחרו ב-new project, ולאחר מכן בחרו ב-PIV. בסרגל הכלים, בחרו ב-import images ובחרו ב-import via numbered files. לאחר מכן, בתפריט הנפתח, אתרו את התיקייה שבה שמורות תמונות האולטרסאונד בפורמט JPEG ולחצו פעמיים על התמונה הראשונה בסדרה.
פעולה זו תייבא את כל תמונות האולטרסאונד בסט ממוספר זה כדי להגדיר אזור עניין (ROI) לניתוח שיכלול רק את הנוזל. כדי ליצור את המסכה, החיל את המסכה והזן את הקואורדינטות, שטח מלבני המבוסס על שתי נקודות קואורדינטות x ו-y בהתאם למידע מקובץ ה-DICOM ולהיכרות עם ממדי הפיקסלים. לאחר מכן, בלוח הבקרה הראשי ב-dvu, לחץ על הלשונית הממוקמת תחת הפרויקט הנוכחי (current project) המכילה את התמונות המיובאות.
בחרו בטבלה המסומנת כ-batch processing. פעולה זו תפעיל את חלון עיבוד הווקטורים של Davi לצורך עיבוד באצווה מרשימת הפעולות, תוך שימוש בעץ PIV plus PIV time series לבחירת פרמטרי חישוב ווקטורים. בחרו ב-multipass עם גודל שאלת (interrogation size) פוחת מ-64 pixels על 64 pixels ועד 12 pixels על 12 pixels, עם חפיפה של 50%. הגדירו את הגבלת טווח הווקטורים היחסי (relative vector range restriction) ל-all, ולאחר מכן את הגבלת טווח הווקטורים המוחלט (absolute vector range restriction) ל-five pixels. לאחר מכן, החילו מסנן חציוני (median filter) כדי לדכא רעשים ולהחליק את שדות הווקטורים.
בשלב הבא עבור עיבוד וקטורים, סמנו את תיבת הסימון "data range equals use masked area" בתפריט הפרמטרים של חישוב הווקטורים. שימו לב כי הבחירה האופטימלית של פרמטרי חישוב הווקטורים תלויה בגיאומטריית הזרימה, בתכונות הזרימה, ברזולוציית התמונה, בצפיפות חלקיקי העקיבה ובניתוח הכמותי הרצוי של הזרימה. לאחר שכל הפרמטרים הרצויים הוגדרו בצד שמאל של מסך עיבוד האצווה (batch processing), בחרו את מספר התמונות הכולל לעיבוד.
לחצו על start processing. פעולה זו תחשב את שדה ההעתקה בין תמונות אולטרסאונד עוקבות באמצעות אלגוריתמים של מתאם צולב (cross correlation). כדי לנתח את הנתונים המעובדים, ייצאו את שדות הווקטורים של ה-UCV מתוכנת DAVO כקבצי txt.
כדי לבצע זאת, בחר בענף ה-vector displacement תחת ענף תמונת ה-JPEG במסך הפרויקט. בסרגל הכלים, בחר בלשונית הייצוא (export). בחר את סוג הקובץ.
בקש את קובץ ה-txt. בחר ביצירת תיקיית ייצוא ובחר בייצוא. לאחר מכן, פתח את הקובץ ב-MATLAB על ידי הרצת הסקריפט של MATLAB.
שדות הווקטורים המיוצאים נקראים B-X-X-X-X-X do TXT, כאשר X מייצג מספר העולה מאחד ועד 99,999. כל קובץ מכיל ארבע עמודות נתונים, אותן ניתן לצפות באמצעות פנקס רשימות (notepad): אחת היא מיקום X של הווקטור בתמונה, שתיים היא מיקום Y של הווקטור בתמונה, שלוש היא רכיב X של ההעתקה או העתקה לאורך הזרימה, וארבע היא רכיב y של ההעתקה, המתאר את ההעתקה בניגוד לקיר. כדי לחשב את שדה וקטור המהירות U כפונקציה של X ו-Y, כאשר X ו-Y תואמים לקואורדינטות מרחביות בתמונת האולטרסאונד, יש להמיר תחילה את שדה ההעתקה D של X ו-Y הנמדד בפיקסלים לשדה העתקה הנמדד במטרים, וזאת באמצעות פרמטר קנה מידה של התמונה M הנתון ביחידות של מטר לפיקסל.
בשלב הבא, שדה ההעתקה מחולק על ידי ההפרדה הזמנית המתוקנת לסריקה בין התמונות delta T, כאשר delta T שווה לאחד חלקי קצב הפריימים הנתון בפריימים לשנייה, בתוספת שדה ההעתקה חלקי הזמן שלוקח לתמונת האולטרסאונד לסרוק את רוחב התמונה. לסיכום, U של X ו-Y שווה ל-M כפול D של X ו-Y חלקי delta T. קובץ DICOM מאחסן מטבעו מבנה קבצים המספק את המידע הדרוש לחישוב פרמטר קנה המידה של התמונה M וההפרדה הזמנית המתוקנת לסריקה. Delta T במחקר הנוכחי M שווה ל-77 microns per pixel, FPS שווה ל-49.5 ו-B שווה ל-25, 047 pixels per second.
לבסוף, חשבו שדות וקטורי מהירות של ממוצע צברים, לצד פרופילים נורמליים של מהירות ממוצעת וכלה גדלוסי זרימה רלוונטיים אחרים. כדי להדגים את התועלת של EPIV ולהעריך את אי-הוודאות במדידה, נרכשו שדות מהירות רגעיים דו-ממדיים של זרימה למינרית בצינור כפי שמתואר בסרטון זה; תרשים וקטורים רגעי 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 over D ו-X over D, כאשר D הוא המיקום הרדיאלי שנמדד מהדופן העליונה.
D הוא קוטר הצינור, ו-X הוא המיקום לאורך זרימת הנוזל הנמדד מכניסת הצינור. הצורה הפרבולית המדומה של וקטורי המהירות לאורך העמודות מעידה כי המדידות תואמות את פרופיל המהירות הצפוי עבור זרימה בצינור. תרשים הווקטורים הממוצע עבור המדגם, שחושב על ידי מיצוע של 1000 תרשימי וקטורים רגעיים, מספק ייצוג של שדה המהירות הממוצע.
פעולה זו תמצע גם שגיאות של רעש אקראי בשדות הווקטורים הרגעים. וקטורי המהירות פונים בעיקר לכיוון הזרימה. המהירויות הגבוהות ביותר מופיעות בקו המרכז של הצינור.
המהירויות ירדו לאפס בדפנות הצינור והזרימה היא כמעט סימטרית; כאן מוצג פרופיל מהירות הממוצע לאורך ציר הזרימה ברדיוס הצינור, שהתקבל על ידי מיצוע של תרשים הווקטורים הממוצע של המערכה לאורך השורות בכיוון האופקי. כמו כן, מוצג פרופיל המהירות הממוצע הצפוי עבור זרימה למינרית בצינור, בהינתן התנאים הניסיוניים.
ההתאמה בין מדידות ה-EPIV לבין פרופיל ה-higgin pozo הצפוי היא הטובה ביותר בקרבת קו המרכז של הצינור והגרועה ביותר בקרבת דפנות הצינור. ההבדלים הגדולים בקרבת הדופן נובעים ככל הנראה מהחזרה ושבירה חזקות של גלי האולטרסאונד במשטח המעוקל של דופן הצינור, אשר מייצרות עצימויות תמונה גבוהות באזורים אלו; העצימויות הגבוהות בדופן מסתירות את עצימות החלקיקים, מה שמוביל לשגיאת מדידה. עם פיתוח טכניקה זו, חוקרים הלומדים דינמיקה של נוזלים במערכות זרימה הנדסיות או ביולוגיות יכולים כעת להשיג וריאציות מרחביות-זמניות של שדה המהירות בנוזלים אטומים אופטית או דרך גאומטריות אטומות אופטית.
לאחר צפייה בסרטון זה, תרכשו הבנה מעמיקה לגבי אופן הפעולה של EPIV, מגבלותיו, וכיצד להקים ולהפעיל מערכת EPIV באמצעות מכשיר אולטרסאונד מסחרי.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מאמר זה מתאר מערכת של מדידת מהירות באמצעות תמונות של חלקיקים בהדהוף (EPIV), שנועדה ללכוד שדות מהירות דו-ממדיים בנוזלים אטומים מבחינה אופטית. מוצגות מדידות תיקוף בזרימה למינרית בצינור, המדגימות את יכולות המערכת.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- דינמיקת נוזלים
- דימות באולטרסאונד
- וולוסימטריה של תמונות חלקיקים (PIV)
רקע
- מערכות EPIV משמשות למדידת מהירות נוזלים בתנאים מאתגרים.
- זרימה למינרית בצינור היא תרחיש נפוץ לתיקוף של טכניקות למדידת נוזלים.
- חלקיקי סמן חיוניים למעקב מדויק אחר מהירות בדינמיקה של נוזלים.
- דימות אולטרסאונד מספק שיטה לא פולשנית להדמיית דינמיקת זרימה.
מטרת המחקר
- פיתוח מערכת EPIV לשימוש בנוזלים אטומים מבחינה אופטית.
- תיקוף ביצועי המערכת בסביבת זרימה מבוקרת בצינור.
- הדגמת היעילות של שימוש באולטרה-סאונד למדידת מהירות הנוזל.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- שימוש במתמר אולטרסאונד בעל מערך פאזות המותקן על דופן הצינור.
- הזרמה של תמונות אולטרסאונד במצב B לצורך ניתוח.
- שימוש בכדורי זכוכית חלולים כחלקיקי סמן בנוזל.
- המרה של תמונות אולטרסאונד לפורמט תואם עבור תוכנה לולוסימטריה של תמונות חלקיקים (particle image velocimetry).
תוצאות עיקריות
- השגה מוצלחת של שדות מהירות דו-ממדיים בזרימה למינרית.
- תיקוף של מערכת ה-EPIV באמצעות מדידות ניסיוניות.
- הדגמת יכולתו של המערכת לפעול בתנאים אטומים מבחינה אופטית.
- מעקב יעיל אחר דינמיקת זרימה באמצעות חלקיקי סימון והדמיה באולטרסאונד.
מסקנות
- מערכת ה-EPIV היא כלי בעל ערך לחקר דינמיקה של נוזלים בסביבות מאתגרות.
- דימות באולטרסאונד משפר את היכולת למדוד מהירות זרימה בנוזלים עכורים.
- יישומים עתידיים עשויים להתרחב לתחומים שונים הדורשים ניתוח של מהירות נוזלים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
מדדי מהירות של תמונות חלקיקים בשיטת הד (Echo Particle Image Velocimetry - EPIV) מאפשרים מדידה לא פולשנית וברוזולוציה גבוהה של שדות מהירות של נוזלים במערכות אטומות מבחינה אופטית, ובכך תומכים בהבנה מכניסטית של תופעות הובלה בזרימות ביולוגיות והנדסיות מורכבות. יכולת זו מסייעת בהפחתת סיכונים הנובעים מהנחות על דינמיקה של נוזלים במהלך שלבים מוקדמים של תיקוף מטרות ופיתוח מודלים פרה-קליניים, על ידי אספקת נתונים כמותיים עם רזולוציה מרחבית על הובלת מסה, תנע ואנרגיה. שדות מהירות המופקים בשיטת EPIV מגבירים את הביטחון במיקוד החזוי במערכות פרה-קליניות שבהן הגישה האופטית הישירה מוגבלת, כגון בחומרים ביו-סינתטיים צמיגיים או במודלי פנטום המדמים רקמה.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר חקירה של מנגנוני הובלה המתווכים על ידי נוזלים במערכות להמסרה של תרופות, ובכך תומך בבדיקת השערות לגבי האופן שבו תכונות הפורמולציה משפיעות על פיזור החלקיקים ועל הזמינות הביולוגית.
- ערך תפעולי: מספק נתונים כמותיים הניתנים לשחזור של שדה מהירות, לצורך תיקוף תפקודי של רכיבים פלואידיים במכשירים פרה-קליניים או בפיגומים של חומרי בנייה ביולוגיים (biomaterial scaffolds).
סריקה ופיתוח בדיקות
- ערך מדעי: מייצר מפות מהירות דו-ממדיות סטנדרטיות המשמשות כמדדים פונקציונליים להערכת התנהגות נוזלים במטריצות מורכבות, ובכך מאפשרת בדיקת מוכנות עבור פורמולציות צמיגיות או המכילות חלקיקים.
- ערך תפעולי: תומך בדימות רחב-טווח ובנאמנות גבוהה של דינמיקת חלקיקי סמן תחת תנאי זרימה מבוקרים, דבר המשפר את השחזוריות בחוזרים של מסעות סריקה.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: מגשר בין שלב הגילוי לבדיקה פרה-קלינית על ידי כימות גזירה ומסחרור (vorticity) המושרים על ידי זרימה במערכות ביו-מימטיות, ובכך מסייע בקבלת החלטות מותאמות סיכון לגבי ביצועי המכשיר ותאימות ביולוגית.
- ערך תפעולי: מאפשר רצף בין אפיון נוזלים במעבדה לבדיקות פרה-קליניות באמצעות ולוצימטריה סטנדרטית מבוססת אולטרה-סאונד, התואמת סימולטורים ביולוגיים אטומים.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
EPIV משתלב בתהליך הגילוי ככלי להערכת דינמיקה של נוזלים מונחית-השערה, הממוקם בין סינון ראשוני של פורמולציות לבין תיקוף פונקציונלי פרה-קליני, במיוחד כאשר עכירות אופטית מגבילה גישות דימות קונבנציונליות.
- ביולוגיה של גילוי: תומכת בהפחתת סיכונים מכניסטיים על ידי מתן אפשרות לוויזואליזציה וכימות של הובלת נוזלים במערכות שבהן זרימות עמוסות חלקיקים משפיעות על מעורבות המטרה או על קינטיקה של שחרור תרופות.
- סריקה: מספקת שדות דחיפה ומהירות מושגים ממתאם-חילוץ (cross-correlation) שמוכנים לבדיקה, עם אי-ודאות מכומתת, מה שמאפשר השוואה בין גרסאות של פורמולציות או מכשירים.
- אנליטיקה: מספקת שדות מהירות (u(x,y)) ניתנים להרחבה ומתוקננים להגדלה מתוך נתוני דחיפה, מה שמאפשר לצומי מחקר לחשב גדלים נגזרים כמו מאמץ גזירה ומסחרור (vorticity) לצורך ניתוח השוואתי.
- מחקר תרגומי: מקשרת בין התנהגות נוזלים in vitro לרלוונטיות פרה-קלינית על ידי מדידת פרופילי זרימה בסימולטורים מייצגים מבחינה גיאומטרית וריאולוגית, ובכך תומכת ברציפות בהערכת מכשירים או חומרים ביולוגיים.
- שימוש חוזר ארגוני: מבססת שיטה ניתנת לשימוש חוזר בעלת יכולת פלטפורמה לאפיון דינמיקה של נוזלים לאורך פרויקטים מרובים, תוך מינוף תשתיות תוכנה של אולטרסאונד מסחרי ו-PIV.
השפעה תפעולית ועסקית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי באינטראקציות ביולוגיות המתווכות על ידי נוזלים, על ידי הפחתת אי-הוודאות בהערכת שדה המהירות בסביבות אטומות.
- ערך תפעולי: משפר את הסטנדרטיזציה והשחזוריות באמצעות רכישת תמונות מסונכרנת, ניתוח קורלציה צולבת וכיול זמני מתוקן לסריקה.
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת החלטות go/no-go בתוכניות התלויות בנוזלים על ידי אספקת מדדי ייחוס אובייקטיביים וכמותיים לביצועי הזרימה.
- השפעה על הפורט폴יו: מאפשר תיעדוף מותאם סיכונים של פורמולציות או מכשירים על בסיס התנהגות הידרודינמית מאומתת אמפירית בסימולטורים ריאליסטיים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בעקרונות דימות אולטרסאונד, ולוסימטריה של תמונות חלקיקים (PIV) ודינמיקה של נוזלים כדי למטב את ההגבר (gain), המיקוד, קצב הפריימים וריכוז החלקיקים.
- תלוי בגישה למ probe של אולטרסאונד מסוג phased array, מערכת אולטרסאונד רפואית ותוכנת PIV מבוססת מחשב המסוגלת לעבד רצפי תמונות במצב B (B-mode).
- מחייב סטנדרטיזציה של פרמטרי הדימות בין צוותים (למשל, קצב פריימים, הגדלה, גודל חלון השאילתה) כדי להבטיח השוואתיות של שדה המהירות בין מחקרים שונים.
- כולל שיקולי התאמה עבור תכונות משתנות של חלקיקי המעקב, צמיגות הנוזל וגיאומטריית הזרימה, במטרה לשמור על נאמנות התמונה ודיוק המדידה.
- כולל מגבלות מעשיות, לרבות רזולוציה לטרלית מופחתת הגורמת למריחה של חלקיקים וארטיפקטים של החזר אולטרסאונד בגבולות מעוקלים, העלולים להסתיר מדידות מהירות בקרבת הדופן.
