高速カメラによる高速マイクロバブルのイメージングと定量化

高速イメージングは、キャビテーションバブルダイナミクスなどの高速プロセスを画像化するために使用できます。歯科超音波スケーラー先端の周りにキャビテーション気泡をイメージングする方法を実証する。超音波スケーラーの周りのキャビテーションは、歯垢を洗浄するために研究されているが、ここで示す方法は、多くの異なる用途に使用することができます。

また、ユーザーがキャビテーション気泡の面積を計算して異なる実験間の比較を可能にするオープンソースソフトウェアを使用して画像解析プロトコルを開発しました。実験用セットアップを作成するには、高速カメラ、高強度の冷たい光源、2つの実験室ジャック、回転を伴うマイクロポジショニングステージ、3Dマイクロポジショニングステージ、顕微鏡ズームレンズ、およびキャビテーションマイクロバブルを生成するための超音波スケーラー、または画像を撮りたいオブジェクトが必要です。手順を開始するには、XYZ変換と回転を伴うマイクロ位置決め段階を実験室用ジャックに取り付けます。

マイクロ位置決め段階で超音波スケーラーのハンドピースを固定します。目的のフレームレートと解像度を持つ高速カメラを使用します。マイクロ位置決めスライドプレートを高速カメラ本体に取り付け、三脚に接続します。

目的の解像度と焦点レンズを持つレンズを使用し、高速カメラ本体に取り付けます。回転を伴うXYマイクロポジションステージを別の実験室用ジャックに取り付け、その上に光学的に透明なイメージングタンクを置きます。また、繊維の導光と高強度の冷たい光源が必要になります。

イメージングタンクに水を充填し、装置の先端をタンク内に浸します。カメラを接続し、イメージングソフトウェアでライブビューをロードします。必要に応じて光源を再配置し、超音波スケーラーの先端に焦点を合わせるために低倍率を使用してください。

本研究では、明視野モードで照明を提供した。高速カメラの最適なフレームレートとシャッタースピードを選択します。この場合、動きの速いキャビテーション気泡が焦点を合わせるために262ナノ秒の短いシャッター速度が選択されました。

ズームレンズの倍率と光源の強度を調整し、背景が露出過多にならずに白色になるようにします。再現性のために先端の回転角度を記録します。繰り返しごとにビューフィールドの一貫性を保つには、参照点を選択し、座標をメモします。

この場合、基準点は超音波スケーラーの先端であった。画像解析を行う場合は、キャビテーションを行わずに機器の画像を撮ります。これは、気泡の面積を計算するために、計器の面積を減算するために使用されます。

次に、機器の周囲のキャビテーションを画像化します。これらは、異なる超音波スケーラーの先端の周りに発生するキャビテーションの高速ビデオです。この研究では、画像解析を使用してキャビテーションの平均面積を計算し、これらのグラフは異なる先端間の比較を示した。

この手法は、バブル パターンとその正確な位置をイメージングする場合に便利で、掃除などのさまざまな用途にキャビテーション バブルを使用する方法を理解するのに役立ちます。これらの高速イメージング実験は、新しい医療シミュレーションでも検証できます。有限要素モデリングに基づく記事を使用して、振動とスケーラ先端の形成との間の三次元、非線形、および過渡的な相互作用をシミュレートしました。

また、スケーラーの周りの水の流れ、キャビテーションの形成とそのダイナミクスをシミュレートしました。このプロトコルは、高速イメージングセットアップを作成する比較的簡単な方法を示しており、正しく習得すると、歯科超音波スケーラーの周りのキャビテーション気泡をイメージングしたり、キャビテーションマイクロバブルを生成する他のタイプの機器をイメージングするのにも役立ちます。このビデオを見た後、動きの速いマイクロバブルをイメージするために設定された高速イメージングを作成する方法をよく理解する必要があります。

この方法の主な利点は、セットアップが容易であり、迅速な画像解析は、数百の画像に簡単に適用することができます。この技術は、高速イメージングを使用して高速イメージングを使用して高速移動マイクロバブルを画像化するのに役立ち、さまざまなバブルイメージングアプリケーションに容易に適応することができます。