Beeldvorming en kwantificering van het gebied van snel bewegende microbellen met behulp van een high-speed camera en beeldanalyse

High-speed imaging kan worden gebruikt om beeld snelle processen, zoals cavitatie bubble dynamics. We demonstreren een methode van beeldvorming cavitatie bellen rond een tandheelkundige ultrasone scaler tip. Cavitatie rond ultrasone scalers wordt onderzocht voor het reinigen van tandplak, maar de hier getoonde methode kan worden gebruikt voor veel verschillende toepassingen.

We hebben ook een beeldanalyseprotocol ontwikkeld met behulp van open source-software waarmee de gebruiker het gebied van cavitatiebellen kan berekenen om vergelijkingen tussen verschillende experimenten mogelijk te maken. Om de experimentele setup te maken, heb je een high-speed camera nodig, een hoge intensiteit koude lichtbron, twee laboratoriumaansluitingen, een micropositioneringsfase met rotatie, een 3D-micropositioneringsfase, een microscoopzoomlens en een ultrasone scaler om cavitatiemicrobellen te genereren, of het object dat u wilt beeld. Om de procedure te beginnen, bevestigt u een micropositioneringsfase met XYZ-vertaling en rotatie aan een laboratoriumaansluiting.

Bevestig het handstuk van de ultrasone scaler in de micropositioneringsfase. Gebruik een high-speed camera met de gewenste framerate en resolutie. Bevestig een micropositionerende schuifplaat aan de high-speed camera body en sluit deze aan op een statief.

Gebruik een lens met de gewenste resolutie en brandpuntslens en bevestig deze aan de high-speed camera body. Bevestig een XY micropositioneringsfase met rotatie aan een andere laboratoriumaansluiting en plaats er een optisch transparante beeldvormingstank bovenop. U zult ook een hoge intensiteit koude lichtbron met een vezellichtgids nodig hebben.

Vul de beeldtank met water en dompel de punt van het instrument onder in de tank. Sluit de camera aan en laad de live weergave in de beeldsoftware. Gebruik een lage vergroting om zich te concentreren op de punt van de ultrasone scaler, het herpositioneren van de lichtbron indien nodig.

In deze studie werd verlichting voorzien in heldere veldmodus. Selecteer de optimale framerate en sluitertijd voor de high-speed camera. In dit geval werd gekozen voor een korte sluitertijd van 262 nanoseconden om ervoor te zorgen dat de snel bewegende cavitatiebellen scherp waren.

Pas de vergroting van de zoomlens en de intensiteit van de lichtbron aan, zodat de achtergrond wit is zonder overbelicht te zijn. Nota van de rotatiehoek van de tip voor reproduceerbaarheid. Als u wilt controleren of het gezichtsveld consistent is voor elke herhaling, kiest u een referentiepunt en noteert u de coördinaten.

In dit geval was het referentiepunt het puntje van de ultrasone scaler. Als beeldanalyse zal worden gedaan, neem een beeld van het instrument zonder enige cavitatie. Dit wordt gebruikt om het gebied van het instrument af te trekken om het gebied van de bellen te berekenen.

Beeld vervolgens de cavitatie rond het instrument. Dit zijn high-speed video's van cavitatie die zich rond verschillende ultrasone scaler tips. In deze studie werd beeldanalyse gebruikt om het gemiddelde gebied van cavitatie te berekenen dat optreedt, en deze grafieken tonen de vergelijking tussen verschillende tips.

Deze techniek is handig voor het beeldvorming van bellenpatronen en hun exacte locaties, wat handig is om te begrijpen hoe cavitatiebellen kunnen worden gebruikt voor verschillende toepassingen, zoals schoonmaken. Deze high-speed imaging experimenten kunnen ook worden gevalideerd met nieuwe medische simulaties. We hebben artikelen gebruikt op basis van eindige elementenmodellering om de driedimensionale, niet-lineaire en voorbijgaande interactie tussen de trilling en de vorming van de scaler-tip te simuleren.

We simuleerden ook de waterstroom rond de scaler, en de cavitatievorming en hun dynamiek. Dit protocol toont de relatief eenvoudige manier om een high-speed imaging setup te creëren, dat wanneer correct onder de knie, kan nuttig zijn voor beeldvorming cavitatie bellen rond tandheelkundige ultrasone scalers, en ook voor het beeldvorming van andere soorten instrumenten die cavitatie microbellen produceren. Na het bekijken van deze video, moet u een goed begrip van hoe u een high-speed imaging ingesteld op beeld snel bewegende microbellen te creëren.

Het belangrijkste voordeel van deze methode is eenvoudig in te stellen, en de snelle beeldanalyse kan gemakkelijk worden toegepast op honderden beelden. Deze techniek zal onderzoekers helpen om high-speed imaging te gebruiken om snel bewegende microbellen te beelden, en het kan gemakkelijk worden aangepast voor verschillende bubble imaging toepassingen.