Name: Nabij-infrarood temperatuur meting techniek voor het Water rondom een inductie-verwarmd kleine magnetische bol (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-30T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 52 s
Description: Leer nabij-infrarood temperatuurmeting voor hyperthermie-onderzoek met inductieverwarmde magnetische bolletjes in water. Deze methode maakt nauwkeurige lokale warmtemeting mogelijk.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs bedanken Mr. Kenta Yamada, Mr. Ryota Fujioka en Mr. Mizuki Kyoda voor hun steun op de experimenten en data-analyses. Dit werk werd gesteund door JSPS KAKENHI Grant nummer 25630069, de Suzuki Foundation, en de nauwkeurige meting technologie promotie Foundation, Japan.

1. experimentele opzet en Procedures
Bereiden een optische spoor te monteren een monster en optica voor NIR imaging-als volgt.
<ol><li>
Bereiding van de monsters. Opmerking: Wanneer u water of waterige vloeistof, 1.1.1 stap. Als u een waterige gel met hoge viscositeit, stap 1.1.2.<ol>
<li>Stalen bol instelling in water.<ol>
<li>Een stalen bol van 2.0-mm-diameter aan het einde van een dun plastic string met behulp van een kleine hoeveelheid lijm vast te stellen.</li>
			<li>Hang de stalen bol in het midden van de cel rechthoekig glas met een optische weglengte van 10.0 mm, een breedte van 10 mm en een hoogte van 45 mm (Figuur 3).</li>
			<li>Gefilterd water giet in de cel zorgvuldig om niet te produceren luchtbellen. Noot: Een stalen bol kan ook worden vastgesteld, naar het uiteinde van een dunne kunststof staaf met een kleine hoeveelheid lijm19.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Stalen bol instelling in waterige gel.<ol>
<li>Verwarm een waterige gel ter vermindering van de viscositeit, zodanig dat het laag genoeg om het soepel worden gegoten.</li>
			<li>Met behulp van een injectiespuit, giet de waterige gel in een cel rechthoekig glas met een optische weglengte van 2.0 mm, een breedte van 10 mm en een hoogte van 45 mm tot half vol en laat het afkoelen.</li>
			<li>Plaats een 0,5-mm-diameter stalen bol in het midden van het oppervlak van de gel.</li>
			<li>Vul de cel met de waterige gel. Opmerking: Grotere bollen (> ~ 1 mm dia.) mag niet worden gebruikt met een gel omdat ze door zwaartekracht en/of magnetische krachten tijdens inductie verhitten bewegen zal.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Stel de cel in een plastic houder en dit koppelen op de optische spoor (Figuur 3).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Voorbereiding van NIR imaging systeem.
	<ol>
<li>Bereiden van een halogeenlamp met een fiber-lichtgeleider, en monteren van het einde van de vezel lichtgeleider met een houder op de optische spoor.</li>
		<li>Plaatst u een smalle bandfilter filter (NBPF) met een piek doorlating aan λ = 1150 nm of λ = 1412 nm tussen de lichtgeleider van vezel en de cel (Figuur 3).</li>
		<li>Rukten een ander bandfilter filter (BPF), wiens zendbereik van de golflengte breder dan die van de NBPF, tussen de halogeenlamp en de NBPF is. Opmerking: De BPF nodig is ter voorkoming van thermische schade aan de NBPF, omdat het licht rechtstreeks ontvangt.</li>
		<li>Rukten een iris diaphragm(s) in het licht pad tussen de houder van het NBPF en cel om het strooilicht (Figuur 3).</li>
		<li>Opzetten van een NIR-camera te detecteren het licht doorgegeven via de cel (Figuur 3). Sluit de camera via een kabel van de overdracht gegevens naar een grafische kaart met afbeelding acquisitie software in een personal computer (PC) is geïnstalleerd.</li>
		<li>Stel een telecentrische lens tussen de cel en de camera (Figuur 3). Opmerking: Een gemeenschappelijke cameralens kan ook worden gebruikt. Er is echter een telecentrische lens beter in termen van de selectieve detectie van de lichte parallel aan de chief vleug voor naar de IAT en vermindering van de invloed van diffractie. Opmerking: De NBPF en BPF moet niet worden geplaatst tussen de cel en de camera, omdat daarmee de temperatuur van het water via directe absorptie van hoge intensiteit licht van de halogeenlamp verhogen zou.</li>
		<li>Zet de camera NIR en start de afbeelding acquisitie software.</li>
		<li>Licht van de halogeenlamp en aanpassen van haar uitgangsvermogen observeren van de afbeelding weergegeven op het scherm (Figuur 4).</li>
		<li>Het aanpassen van de as, de positie, en de focus van de telecentrische lens om een prima beeld van de stalen bol te krijgen. Opmerking: Als de aanpassing niet compleet is, onregelmatige intensiteit patronen weergegeven, leidende tot onjuiste verticaal absorptie.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Voorbereiding van inductie verwarming systeem.
	<ol>
<li>Bereiden van een inductie verwarming systeem dat bestaat uit een hoogfrequent generator (maximale uitgangsvermogen: 5,6 kW; frequentie: 780 kHz), watergekoelde spoel en water chiller. Opmerking: Een inductie verwarming systeem voor solderen, lassen en solderen van kleine metalen onderdelen is geschikt voor dit doel; Zie Tabel van materialen.</li>
		<li>Indien mogelijk, de spoel te monteren op een XYZ roerende stadium om haar positie te wijzigen.</li>
		<li>Plaats de spoel in de buurt van de cel, zodat de afstand tussen het midden van de spoel en de stalen bol ongeveer 15 mm (Figuur 3 is). Zorg ervoor dat er geen andere metalen delen in de buurt van de spoel zijn. Opmerking: De afstand moet worden aangepast afhankelijk van de kracht en de grootte van het gebied van inductieverhitting.</li>
		<li>Circuleren water voor koeling.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Beeldacquisitie en inductie verhitten.
	<ol>
<li>Klik op "start" op de afbeelding acquisitie software voor het opslaan van de afbeeldingen opeenvolgend.</li>
		<li>Klik op "start" op de inductieverhitting controlesoftware om te beginnen de inductie verhitten.</li>
		<li>Na enkele seconden (afhankelijk van de omstandigheden en het doel), klikt u op "stop" op de afbeelding acquisitie software.</li>
		<li>Klik op "stop" op de inductieverhitting besturingssoftware.</li>
		<li>De tijdelijk opgeslagen afbeeldingen opslaan als een TIFF-reeks (of andere niet-gecomprimeerd formaat) op de afbeelding acquisitie software. Opmerking: Als de temperatuur hoog genoeg is, zal het effect van de lichte uitwijking verschijnen op de afbeelding7. De inductieverhitting macht moet worden gedaald naar behoren al experimenten zodanig zijn dat de stijging van de temperatuur in de buurt van het gebied minder dan ongeveer 10 K, die in de volgende stappen van het protocol voor de schatting van de temperatuur kan worden bevestigd.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. image Processing en temperatuur schatting
Opmerking: De opgeslagen opeenvolgende beelden worden weergegeven als ikik(x, z), waar ik het framenummer sequentiële is. De coördinaten x, y, z, ren r' worden gedefinieerd als zijn aangegeven in Figuur 2; z is positief in de richting tegengesteld aan de zwaartekracht. De omtrek van de volgende stappen van het protocol wordt ook geïllustreerd in Supplement 1.
<ol><li>
Absorptie image wordt gemaakt.
	<ol>
<li>Open ikik(x, z) met het beeld processing software.</li>
		<li>Beperking van het lawaai in ikik(x, z) door de uitvoering van 3 × 3 pixel gemiddeld.</li>
		<li>Maken van een gemiddelde beeld van ikik(x, z) i = 1 tot en met 5 (of meer) voor verwarming en definiëren als de referentieafbeelding, ikr(x, z). Opmerking: Deze gemiddeld vermindert het lawaai om te verkrijgen van een betrouwbaarder beeld dan een enkel frame beeld.</li>
		<li>De opeenvolgende beelden van de extinctie verschil, Δ bouweneenik(x, z), via de volgende vergelijking: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57407/57407eq1.jpg">(1) Opmerking: ΔAik(x, z) is de variatie in de extinctie, eenik(x, z) van de referentie-extinctie, eenr(x, z), voordat Verwarming, en wordt als volgt afgeleid van15,16,17,18,19: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57407/57407eq2.jpg">(2) waar ik0 is de intensiteit van het invallende licht naar de cel.</li>
		<li>Het inkleuren van de Δeenik beelden met behulp van een geschikte kleurkaart zoals blauw-naar-rood. Opmerking: Het commando scriptbestand voor het uitvoeren van de stappen 2.1.2 via 2.1.5 voor ImageJ wordt gepresenteerd in Supplement 2.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Schatting van de temperatuur.
	<ol>
<li>Kies de periode tijdens welke ΔAik(x, z) circulair symmetrisch ten opzichte van het middelpunt van de bol is door visueel waarnemen van de beelden. Opmerking: De circulaire symmetrie wordt gebroken voornamelijk door gratis convectie. Een beeld-gebaseerde Analytisch oordeel van gratis convectie voorkomende is geïntroduceerd in de vorige werk19; praktisch, echter de visuele beoordeling effectief.</li>
		<li>Uittreksel van de ΔAik(ʹ vanr, θ) gegevens langs 360 straalsgewijze lijnen (Δθ = 1˚) op de beelden van Δeenik(x, z).</li>
		<li>Uitsluiten van de Δeenik(ʹ vanr, θ) gegevens binnen de sfeer en in de nabijheid (Δrʹ≈ 0,2 mm). Opmerking: De gegevens zijn anomalously zeer klein of groot in de buurt voornamelijk vanwege de lichte beweging van de bol.</li>
		<li>Gemiddelde Δeenik(ʹ vanr, θ) over θ om te bepalen van het profiel van de lijn, Δeenik(rʹ). Opmerking: Het commando scriptbestand voor het uitvoeren van de stappen 2.2.2 via 2.2.4 voor ImageJ wordt gepresenteerd in Supplement 3.</li>
		<li>Onderlinge aanpassing van de gegevens van ΔAik(rʹ) door de volgende multi-Gaussiaans functie: <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57407/57407eq3.jpg">(3) waar eenj is de wegingsfactor σj is de parameter dispersie en R is de maximale waarde van rʹ waar ΔAik(R) = 0 kan worden aangenomen.</li>
		<li>Bereken het verschil absorptie coëfficiënt, Δµik(r), te vervangen door de verkregen N, eenjen σj in de volgende IAT van Eq. (3): <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57407/57407eq4.jpg">(4) waar EVF is de error-functie.</li>
		<li>Δµik(r) omzetten in temperatuur via de volgende vergelijking: <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57407/57407eq5.jpg">(5) de coëfficiënten van de temperatuur van het water, αf, die 4.0 × 10-3 K-1 mm-1 voor λ = 1150 nm19 en 4.1 × 10-3 K-1 mm-1 voor λ = 1412 nm17. Opmerking: Het commando scriptbestand voor het uitvoeren van de stappen 2.2.5 via 2.2.7 wordt gepresenteerd in Supplement 4, waar de Levenberg-Marquardt niet-lineaire kleinste kwadraten algoritme17,19 voor stap 2.2.5 werkzaam is.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Physics+of+Thermal+Therapy%22">Physics of Thermal Therapy</a>. Moros, E. G. , CRC Press. (2012).</li>
<li>Périgo, E. G., Hemery, G., Sandre, O., Ortega, D., Garaio, E., Plazaola, F., Teran, F. J. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4935688?journalCode=are">Fundamentals and advances in magnetic hyperthermia.</a> Appl Phys Rev. 2, 041302(2015).</li>
<li>Bardati, F., Marrocco, G., Tognolatti, P. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/1318787/">Time-dependent microwave radiometry for the measurement of temperature in medical applications.</a> IEEE Trans Microwave Theo Tech. 52, 1917-1924 (2004).</li>
<li>Levick, A., Land, D., Hand, J. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-0233/22/6/065801">Validation of microwave radiometry for measuring the internal temperature profile of human tissue.</a> Meas Sci Technol. 22, 065801(2011).</li>
<li>Daniels, M. J., Varghese, T., Madsen, E. L., Zagzebski, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+ultrasound-based+temperature+imaging+for+monitoring+radiofrequency+heating-phantom+results%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Med+Biol%22%5BJournal%5D)">Non-invasive ultrasound-based temperature imaging for monitoring radiofrequency heating-phantom results.</a> Phys Med Biol. 52, 4827(2007).</li>
<li>Daniels, M. J., Varghese, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+frame+selection+for+in+vivo+ultrasound+temperature+estimation+during+radiofrequency+ablation%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Med+Biol%22%5BJournal%5D)">Dynamic frame selection for in vivo ultrasound temperature estimation during radiofrequency ablation.</a> Phys Med Biol. 55, 4735(2010).</li>
<li>Seo, C. H., Shi, Y., Huang, S. -W., Kim, K., O'Donnell, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+strain+imaging%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Interface+Focus%22%5BJournal%5D)">Thermal strain imaging: A review.</a> Interface Focus. 1, 649-664 (2011).</li>
<li>Bayat, M., Ballard, J. R., Ebbini, E. S. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4977628">Ultrasound thermography: A new temperature reconstruction model and in vivo results.</a> AIP Conf Proc. 1821, 060004(2017).</li>
<li>Petrova, E., Liopo, A., Nadvoretskiy, V., Ermilov, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+technique+for+real-time+temperature+monitoring+during+cryotherapy+of+lesions%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Imaging technique for real-time temperature monitoring during cryotherapy of lesions.</a> J Biomed Opt. 21, 116007(2016).</li>
<li>Gardner, B., Matousek, P., Stone, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temperature+spatially+offset+Raman+spectroscopy+%28T-SORS%29%3A+Subsurface+chemically+specific+measurement+of+temperature+in+turbid+media+using+anti-Stokes+spatially+offset+Raman+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Temperature spatially offset Raman spectroscopy (T-SORS): Subsurface chemically specific measurement of temperature in turbid media using anti-Stokes spatially offset Raman spectroscopy.</a> Anal Chem. 88, 832-837 (2016).</li>
<li>Yoshioka, Y., Oikawa, H., Ehara, S., Inoue, T., Ogawa, A., Kanbara, Y., Kubokawa, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+measurement+of+temperature+and+fractional+dissociation+of+imidazole+in+human+lower+leg+muscles+using+1H-nuclear+magnetic+resonance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">Noninvasive measurement of temperature and fractional dissociation of imidazole in human lower leg muscles using 1H-nuclear magnetic resonance spectroscopy.</a> J Appl Physiol. 98, 282-287 (2004).</li>
<li>Galiana, G., Branca, R. T., Jenista, E. R., Warren, W. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accurate+temperature+imaging+based+on+intermolecular+coherences+in+magnetic+resonance%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Accurate temperature imaging based on intermolecular coherences in magnetic resonance.</a> Science. 322, 421-424 (2008).</li>
<li>Rapoport, E., Pleshivtseva, Y. <a target="_blank" href="https://www.crcpress.com/Optimal-Control-of-Induction-Heating-Processes/Rapoport-Pleshivtseva/p/book/9780849337543">Optimal Control of Induction Heating Processes</a>. , CRC Press. Boca Raton, FL. (2006).</li>
<li>Lucía, O., Maussion, P., Dede, E. J., Burdío, J. M. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/6595059/">Induction heating technology and its applications: Past developments, current technology, and future challenges.</a> IEEE Trans Ind Electron. 61, 2509-2520 (2014).</li>
<li>Kakuta, N., Kondo, K., Ozaki, A., Arimoto, H., Yamada, Y. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931009002968">Temperature imaging of sub-millimeter-thick water using a near-infrared camera.</a> Int J Heat Mass Trans. 52, 4221-4228 (2009).</li>
<li>Kakuta, N., Fukuhara, Y., Kondo, K., Arimoto, H., Yamada, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temperature+imaging+of+water+in+a+microchannel+using+thermal+sensitivity+of+near-infrared+absorption%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Temperature imaging of water in a microchannel using thermal sensitivity of near-infrared absorption.</a> Lab Chip. 11, 3479-3486 (2011).</li>
<li>Kakuta, N., Kondo, K., Arimoto, H., Yamada, Y. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931014004463">Reconstruction of cross-sectional temperature distributions of water around a thin heating wire by inverse Abel transform of near-infrared absorption images.</a> Int J Heat Mass Trans. 77, 852-859 (2014).</li>
<li>Kakuta, N., Yamashita, H., Kawashima, D., Kondo, K., Arimoto, H., Yamada, Y. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-0233/27/11/115401/meta">Simultaneous imaging of temperature and concentration of ethanol-water mixtures in microchannel using near-infrared dual-wavelength absorption technique.</a> Meas Sci Technol. 27, 115401(2016).</li>
<li>Kakuta, N., Nishijima, K., Kondo, K., Yamada, Y. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4995284">Near-infrared measurement of water temperature near a 1-mm-diameter magnetic sphere and its heat generation rate under induction heating.</a> J Appl Phys. 122, 044901(2017).</li>
<li>Libnau, F. O., Kvalheim, O. M., Christy, A. A., Toft, J. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0924203194850143">Spectra of water in the near- and mid-infrared region.</a> Vib Spectrosc. 7, 243-254 (1994).</li>
<li>Siesler, H. W., Ozaki, Y., Kawata, S., Heise, H. M. <a target="_blank" href="NULL">Near-Infared Spectroscopy</a>. , Wiley-VCH. (2002).</li>
<li>Shakher, C., Nirala, A. K. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143816699000378">A review on refractive index and temperature profile measurements using laser-based interferometric techniques.</a> Opt Laser Eng. 31, 455-491 (1999).</li>
<li>Assebana, A., Lallemanda, M., Saulniera, J. -B., Fominb, N., Lavinskaja, E., Merzkirchc, W., Vitkinc, D. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0030399200000955">Digital speckle photography and speckle tomography in heat transfer studies.</a> Opt Laser Technol. 32, 583-592 (2000).</li>
<li>Ambrosini, D., Paoletti, D., Spagnolo, S. G. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931003002667">Study of free-convective onset on a horizontal wire using speckle pattern interferometry.</a> Int J Heat Mass Trans. 46, 4145-4155 (2003).</li>
<li>Bracewell, R. N. <a target="_blank" href="https://www.amazon.com/Fourier-Transform-Its-Applications/dp/0073039381">The Fourier Transform and Its Applications</a>. , McGraw-Hill. (2000).</li>
<li>Yoder, L. M., Barker, J. R., Lorenz, K. T., Chandler, D. W. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009261499001761">Ion imaging the recoil energy distribution following vibrational predissociation of triplet state pyrazine-Ar van der Waals clusters.</a> Chem Phys Lett. 302, 602-608 (1999).</li>
<li>De Colle, F., de Burgo, C., Raga, A. C. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/0805.0559">Diagnostics of inhomogeneous stellar jets: convolution effects and data reconstruction.</a> Astron Astrophys. 485, 765-772 (2008).</li>
<li>Green, K. M., Borrás, M. C., Woskov, P. P., Flores, G. J., Hadidi, K., Thomas, P. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/922753/">Electronic excitation temperature profiles in an air microwave plasma torch.</a> IEEE Trans Plasma Sci. 29, 399-406 (2001).</li>
<li>Bendinelli, O. <a target="_blank" href="http://adsabs.harvard.edu/abs/1991ApJ...366..599B">Abel integral equation inversion and deconvolution by multi-Gaussian approximation.</a> Astrophys J. 366, 599-604 (1991).</li>
<li>Dorband, B., Muller, H., Gross, H. Vol. 5 Metrology of Optical Components and Systems. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/book/10.1002/9783527699223">Handbook of Optical System</a>. Gross, H. , Wiley-VCH. (2012).</li>
<li>Sheikholeslami, M., Rokni, H. B. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931017330004">Simulation of nanofluid heat transfer in presence of magnetic field: A review.</a> Int J Heat Mass Trans. 115, 1203-1233 (2017).</li>
<li>Häfeli, U., Schütt, W., Teller, J., Zborowski, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aH%C3%A4feli%2C+U+%22Scientific+and+Clinical+Applications+of+Magnetic+Carriers%22">Scientific and Clinical Applications of Magnetic Carriers</a>. , Springer Science and Business Media. (2013).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

De techniek in deze paper gepresenteerd is een roman een met behulp van de temperatuursafhankelijkheid van NIR Absorptie van water en presenteert geen aanzienlijke problemen bij het opzetten van de nodige apparatuur en uitvoering. Het invallende licht kan gemakkelijk worden geproduceerd met behulp van een halogeenlamp en een NBPF. Nochtans, lasers niet worden gebruikt, omdat samenhangende interferentie patronen op de beelden verschijnen zou. Gemeenschappelijke optische lenzen en glas cellen voor zichtbaar licht gebruik k...

An erratum was issued for: <a href="https://www.jove.com/video/57407/near-infrared-temperature-measurement-technique-for-water-surrounding">Near-Infrared Temperature Measurement Technique for Water Surrounding an Induction-heated Small Magnetic Sphere</a>. The Protocol section was updated.
In 2.2.7, the temperature coefficient of water, &#945;f, for &#955; = 1150 nm has been corrected from:
4.0 x 10-3 K-1 mm-1
to:
2.8&#160;x 10-4&#160;K-1&#160;mm-1

An erratum was issued for: <a href="https://www.jove.com/video/57407/near-infrared-temperature-measurement-technique-for-water-surrounding">Near-Infrared Temperature Measurement Technique for Water Surrounding an Induction-heated Small Magnetic Sphere</a>. The Protocol section was updated.

Erratum: Near-Infrared Temperature Measurement Technique for Water Surrounding an Induction-heated Small Magnetic Sphere

Een techniek voor het meten van de temperatuur in de buurt van een kleine warmtebron binnen een medium is vereist in veel gebieden van het wetenschappelijk onderzoek en toepassingen. Bijvoorbeeld, in het onderzoek naar de magnetische hyperthermie, oftewel een kanker therapie methode met behulp van elektromagnetische inductie van magnetische deeltjes of magnetische reepjes, is het essentieel om nauwkeurig te voorspellen de temperatuur distributies gegenereerd door de magnetische deeltjes1,2. Echter, hoewel magnetron3,4, echografie5,,6,,7,8, optoacoustic9, Raman10en magnetische resonantie11 ,12-gebaseerde temperatuur meettechnieken zijn onderzocht en ontwikkeld, die een innerlijke temperatuur verdeling kan niet nauwkeurig worden gemeten op dit moment. Tot nu toe zijn één-positie temperaturen of temperaturen op een paar posities gemeten via temperatuursensoren, die, in het geval van inductie verhitten, niet-magnetisch optische vezel temperatuur sensoren13,14. Anderzijds hebben de oppervlakte temperaturen van media op afstand gemeten via infrarood straling thermometers te schatten van de innerlijke temperaturen14. Echter wanneer een medium met een kleine warmtebron een laag water of een niet-troebel waterig medium is, hebben wij aangetoond dat een nabij-infrarood (NIR) absorptie techniek nuttig is voor het meten van de temperatuur15,16, 17,18,19. Dit document stelt de gedetailleerde protocol van deze techniek en representatieve resultaten.
De NIR Absorptie techniek is gebaseerd op het beginsel van de temperatuursafhankelijkheid van de bands van de absorptie van water in het NIR gebied. Zoals blijkt uit Figuur 1a, de ν1 + ν2 ν3 absorptie band van wordt water als de temperatuur in de 1100-nm tot 1250-nm (λ) golflengtebereik en verschuivingen voor kortere golflengtes waargenomen verhoogt19. Hier, ν1 + ν2 + ν3 betekent dat deze band komt met de combinatie van de drie fundamentele O-H trillingen modi overeen: symmetrische uitrekken (ν1), (ν buigen 2), en antisymmetrische (ν3)20,21uitrekken. Deze wijziging in het spectrum geeft aan dat de meest temperatuurgevoelig golflengte in de band λ ≈ 1150 nm is. Andere bands van de absorptie van water ook vertonen vergelijkbaar gedrag met betrekking tot de temperatuur15,16,17,18,20,21. De ν1 + ν3 band water waargenomen binnen het bereik λ = 1350−1500 nm en de temperatuursafhankelijkheid worden weergegeven in Figuur 1b. In de ν1 + ν3 band van water is 1412 nm de meest temperatuurgevoelig golflengte. Dus, is het mogelijk te verkrijgen van tweedimensionale (2D) temperatuur beelden met behulp van een NIR-camera opnamen van 2D extinctie op λ = 1150 of 1412 nm. Als de absorptiecoëfficiënt van water op λ = 1150 nm is kleiner dan dat bij λ = 1412 nm, de voormalige golflengte is geschikt voor ongeveer 10 mm dik-waterige media, terwijl de laatste is geschikt voor ongeveer 1 mm dik-ones. Onlangs, met behulp van λ = 1150 nm, kregen we de distributies van de temperatuur in een laag van 10 mm dik-water met een inductie-verwarmd 1-mm-diameter stalen bol19. Bovendien, de verdelingen van de temperatuur in een laag water van 0,5 mm dik zijn gemeten met behulp van λ = 1412 nm15,17.
Een voordeel van de NIR-gebaseerde temperatuur imaging techniek is dat het is eenvoudig te installeren en uit te voeren omdat het is een meettechniek transmissie-absorptie en geen fluorophore, fosfor of andere thermische sonde vergt. Daarnaast is zijnresolutie van de temperatuur lager dan 0,2 K15,17,19. Zo'n goede temperatuur resolutie kan niet worden bereikt door andere transmissie technieken op basis van interferometrie, die vaak werden gebruikt in de warmte- en massaoverdracht studies22,23,24. Wij merk echter op dat de NIR-gebaseerde temperatuur imaging techniek is niet geschikt in gevallen met aanzienlijke lokale temperatuurverandering, omdat de afbuiging van licht veroorzaakt door de grote temperatuur gradiënt wordt dominante19. Deze kwestie wordt aangeduid in deze paper in termen van praktische gebruik.
Dit witboek beschrijft de experimentele opzet en de procedure voor de NIR-gebaseerde temperatuur beeldvormende techniek voor een kleine magnetische bol verwarmd via inductie; Bovendien, presenteert het de resultaten van twee representatieve 2D extinctie beelden. Een beeld is van een 2.0-mm-diameter stalen bol in een 10,0-mm dik water laag die is gevangen bij λ = 1150 nm. Het tweede beeld is van een stalen bol van 0,5-mm-diameter in een 2.0-mm dik maltose siroop laag die is gevangen bij λ = 1412 nm. Dit document stelt ook de berekeningsmethode en de resultaten van de driedimensionale (3D) radiale verdeling van temperatuur door de inverse transformatie Abel (IAT) toe te passen op de absorptie van 2D-afbeeldingen. De IAT is geldig bij een 3D temperatuur verdeling wordt ervan uitgegaan dat bolsymmetrisch zoals in het geval van een verwarmde bol (Figuur 2)19. Voor de berekening van de IAT, is een functie van de multi-Gaussiaans montage methode werkzaam hier, omdat de IATs van Gauss functies kunnen worden verkregen analytisch25,26,27,28,29 en passen goed bij monotoon minderen gegevens; het gaat hierbij om experimenten met thermische geleiding van een interne warmtebron.

<table><tbody><tr><td>Inductie verwarmingssysteem</td><td>CEIA, Italië</td><td>SPW900/56</td><td>780 kHz, 5,6 kW (max).</td></tr><tr><td>Spoel</td><td>SA-Japan</td><td>op maat</td><td>Watergekoelde koperen buis; twee windingen; buitendiameter 28 mm.</td></tr><tr><td>Waterkoeler</td><td>Matsumoto Kikai, Japan</td><td>MP-401CT</td><td></td></tr><tr><td>Halogeenlamp</td><td>Hayashi Watch-Works, Japan</td><td>LA-150UE-A</td><td></td></tr><tr><td>Smal banddoorlaatfilter voor &lambda; = 1150 nm</td><td>Andover</td><td>115FS10-25</td><td>Breedte bij halve hoogte (FWHM): 10 nm.</td></tr><tr><td>Smal banddoorlaatfilter voor &lambda; = 1412 nm</td><td>Andover</td><td>semi-op maat</td><td>Breedte bij halve hoogte (FWHM): 10 nm.</td></tr><tr><td>Banddoorlaatfilter voor &lambda; = 850&minus;1300 nm</td><td>Spectrogon</td><td>SP-1300</td><td></td></tr><tr><td>Banddoorlaatfilter voor &lambda; = 1100&minus;2000 nm</td><td>Spectrogon</td><td>SP-2000</td><td></td></tr><tr><td>NIR-camera</td><td>FLIR Systems</td><td>Alpha NIR</td><td>InGaAs</td></tr><tr><td>Beeldverwerkingssoftware</td><td>FLIR Systems</td><td>IRvista</td><td></td></tr><tr><td>Beeldverwerkingssoftware</td><td>NIH</td><td>ImageJ</td><td>ver. 1.51r</td></tr><tr><td>Beeldverwerkingssoftware</td><td>MathWorks</td><td>Matlab</td><td>ver. 2016a</td></tr><tr><td>Telecentrische lens</td><td>Edmond Optics</td><td>55350-L</td><td>X1</td></tr><tr><td>Stalen bol (0,5 mm dia.)</td><td>Kobe Steel, Japan</td><td></td><td>Fe-1.5Cr-1.0C-0.4Mn (wt %)</td></tr><tr><td>Stalen bol (2,0 mm dia.)</td><td>Kobe Steel, Japan</td><td></td><td>Fe-1.5Cr-1.0C-0.4Mn (wt %)</td></tr><tr><td>Maltose siroop als waterige gel</td><td>Sonton, Japan</td><td>Mizuame</td><td>Voedingsproduct</td></tr></tbody></table>

nabij-infrarood temperatuur meting techniek voor het water rondom een inductie-verwarmd kleine magnetische bol

Near-Infrared Temperature Measurement Technique for Water Surrounding an Induction-heated Small Magnetic Sphere

Een techniek voor het meten van de temperatuur van het water en niet-troebel waterige media rondom een inductie-verwarmd kleine magnetische bol wordt gepresenteerd. Deze techniek maakt gebruik van golflengten van 1150 en 1412 nm, waartegen de absorptiecoëfficiënt van water is afhankelijk van de temperatuur. Water of een niet-troebel waterige gel met een 2.0- of 0,5-mm-diameter mm magnetische bol wordt bestraald met 1150 nm of 1412 nm invallende licht, als het geselecteerde met behulp van een smalle bandfilter filter; Bovendien zijn twee-dimensionale extinctie beelden, die de dwarse prognoses van de d'absorption acoustique zijn, verworven via een nabij-infrarood camera. Wanneer de driedimensionale verdelingen van de temperatuur worden aangenomen bolsymmetrisch dat kunnen, worden ze geschat door inverse die Abel transformeert naar de absorptie profielen toe te passen. De temperaturen waren waargenomen consequent veranderen al naar gelang de tijd en de macht van inductieverhitting.

Beelden van ΔAik(x, z) op λ = 1150 nm voor een 2.0-mm-diameter van de stalen bol in water en bij λ = 1412 nm voor een stalen bol van 0,5-mm-diameter in maltose siroop worden gepresenteerd in Figuur 5een en Figuur 6een, respectievelijk. In beide gevallen was het gebied gelegen 12 mm onder de onderkant van de spoel langs de centrale as. <stro...

Een techniek met behulp van golflengten van 1150 en 1412 nm voor het meten van de temperatuur van het water rond een inductie-verwarmd kleine magnetische bol wordt gepresenteerd.

Nabij-infrarood temperatuur meting techniek voor het Water rondom een inductie-verwarmd kleine magnetische bol

A technique to measure the temperature of water and non-turbid aqueous media surrounding an induction-heated small magnetic sphere is presented. This ...

Het algemene doel van dit experiment is om temperatuurverdelingen te meten in de buurt van een verwarmde kleine bol of een puntwarmtebron die zich binnen water of niet-troebele media bevindt. Deze methode zal zeer nuttig zijn voor het onderzoeken van lokale verwarming in media, zoals onderzoek naar hyperthermie met behulp van magnetische deeltjes. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het eenvoudig is om op te zetten en te implementeren.Het demonstreren van de procedure zullen Keisuke Nishijima en Van Cuong Han zijn, die afgestudeerde studenten zijn uit mijn laboratorium. Om een water- of waterige vloeistofmonster voor te bereiden, gebruikt u eerst de minimale hoeveelheid sneldrogende, waterbestendige lijm om een stalen bol van twee millimeter diameter aan het uiteinde van een dunne, niet-metalen draad of staaf te bevestigen. Zorg ervoor dat de lijm de vorm van de bol en de warmteoverdrachtssnelheid minimaal beïnvloedt, en leid vervolgens de draad door het middelste gat van een PTFE cuvetkap.Bevestig de draad met plakband met 22 millimeter van de draad die onder de dop hangt. Voorzie een met water gevulde spuit van een 0,22 micrometer spuitfilter en een plastic doseer

near-infrared-temperature-measurement-technique-for-water-surrounding

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Deze video beschrijft de rheotaxis-test bij zebravissen. De methode omvat het meten van oriëntatiegedrag van zebravissen als reactie op verschillende waterdebieten onder invloed van verschillende magnetische velden.

Zebrafish Rheotaxis Assay: een methode voor het meten van oriëntatiegedrag in reactie op verschillende waterstroomsnelheden

Hier presenteren we drie protocollen voor thermische metingen in microfluïdische apparaten.

Thermische Meettechnieken in Analytical Microfluïdische Devices

Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) een optische luminescentie lijn bij 612 nm, waarvan de activering efficiëntie sterk af met de temperatuur. Indien een monster bekleed met een dunne film van dit materiaal micro-afgebeeld, kan de 612 nm luminescentie reactie intensiteit worden omgezet in een rechtstreekse kaart monster oppervlaktetemperatuur.

High-resolution thermische Micro-imaging Met behulp europiumchelaat Lichtgevende Coatings

In deze paper wordt ingegaan op het monster en sensor voorbereiding procedures en de protocollen voor het gebruik van de beproevingsinrichting met name voor dynamische domein beeldbewerking met in-situ BH metingen met het oog op optimale domein patroon kwaliteit en nauwkeurige BH metingen.

Geoptimaliseerde Setup en Protocol voor magnetische domein Imaging met In Situ Hysteresis meting

Dit manuscript wordt beschreven methoden gericht op het meten van de lokale momentane convectie warmte overdracht coëfficiënten in een stroom van één of twee fasen pijp. Een eenvoudige optische methode om te bepalen van de lengte en de snelheid van de voortplanting van een verlengde (Taylor)-luchtbel rijdt met een constante snelheid wordt ook gepresenteerd.

Metingen van lokale momentane convectieve warmteoverdracht in een pijp - één en twee fasen Flow

Hier presenteren we een protocol voor het uitvoeren van gevoelige, ruimtelijk opgelost gas spectroscopie in de regio Midden-infrarood, met behulp van ontaarde vier-Golf mengen gecombineerd met upconversion detectie.

Infrarood gedegenereerde vier-Golf mengen met Upconversion detectie voor kwantitatieve Gas detectie

Dit document presenteert een protocol dat instrumentatie van willekeurige wond elektrische spoelen met vezel Bragg rooster (FBG) thermische sensoren met het oog op gedistribueerde conditie monitoring van interne thermische hot spots mogelijk maakt.

Ontwerp-, instrumentatie- en gebruiksprotocollen voor gedistribueerde in situ thermische hotspots monitoring in elektrische spoelen met behulp van FBG Sensor Multiplexing

Dit protocol beschrijft hoe u een infraroodcamera in een transportbandoven installeert, een klantcorrectie van een in de fabriek gekalibreerde IR-camera uitvoert en de ruimtelijke oppervlaktetemperatuurverdeling van een interessant object evalueert. De voorbeeldobjecten zijn industriële silicium zonnecellen.

In Situ Oppervlaktetemperatuurmeting in een transportbandoven via inline infrarood thermografie

Hier wordt een protocol gepresenteerd voor de fabricage van ijzeroxide nanodeeltjes-shelled microbubbels (NSM's) door middel van zelfassemblage, synergetische magnetische, akoestische en optische responsiviteit in één nanotherapeutisch platform voor magnetische hyperthermie en fototherme combinatie kankertherapie.

Magnetische,akoestische en optisch-drievoudig-responsieve microbubbels voor magnetische hyperthermie en pothotothermale combinatie kankertherapie

Een protocol om biologisch weefsel te bestuderen bij een hoge ruimtelijke resolutie met behulp van ultra-hoog veld magnetische resonantie microscopie (MRM) met behulp van microcoils wordt gepresenteerd. Stapsgewijze instructies zijn voorzien voor het karakteriseren van de microcoils. Ten slotte wordt optimalisatie van beeldvorming aangetoond op plantenwortels.

MRM Microcoil Performance Kalibratie en gebruik gedemonstreerd op Medicago truncatula Roots op 22 T

Dit artikel presenteert de Frequency Domain Thermoreflectance (FDTR) techniek voor lokale niet-destructieve thermische karakterisering en beeldvorming.

De frequentiedomein-thermoreflectantietechniek voor thermische eigenschapsmetingen

Leer nabij-infrarood temperatuurmeting voor hyperthermie-onderzoek met inductieverwarmde magnetische bolletjes in water. Deze methode maakt nauwkeurige lokale warmtemeting mogelijk.

Nabij-infrarood temperatuur meting techniek voor het Water rondom een inductie-verwarmd kleine magnetische bol

Meer video's verkennen