Imagem e quantificação da área de microbolhas em movimento rápido usando uma câmera de alta velocidade e análise de imagem

Imagens de alta velocidade podem ser usadas para imagem de processos rápidos, como a dinâmica da bolha de cavitação. Demonstramos um método de imagens de bolhas de cavitação em torno de uma ponta de escalador ultrassônico dental. A cavitação em torno de escaladores ultrassônicos está sendo pesquisada para limpeza de placas dentárias, mas o método aqui mostrado poderia ser usado para muitas aplicações diferentes.

Também desenvolvemos um protocolo de análise de imagem usando software de código aberto que permite ao usuário calcular a área de bolhas de cavitação para permitir comparações entre diferentes experimentos. Para criar a configuração experimental, você precisará de uma câmera de alta velocidade, uma fonte de luz fria de alta intensidade, duas tomadas de laboratório, um estágio de microposicionamento com rotação, um estágio de microposicionamento 3D, uma lente de zoom de microscópio e um escalador ultrassônico para gerar microbolhas de cavitação, ou o objeto que você deseja imaginar. Para iniciar o procedimento, conecte um estágio de microposicionamento com tradução XYZ e rotação a uma tomada de laboratório.

Fixar a peça de mão do escalador ultrassônico no estágio de microposicionamento. Use uma câmera de alta velocidade com a taxa de quadros desejada e resolução. Conecte uma placa deslizante de microposicionamento ao corpo da câmera de alta velocidade e conecte-a a um tripé.

Use uma lente com a resolução desejada e lente focal e anexe-a ao corpo da câmera de alta velocidade. Conecte um estágio de microposicionamento XY com rotação a outra tomada de laboratório e coloque um tanque de imagem opticamente transparente em cima disso. Você também precisará de uma fonte de luz fria de alta intensidade com um guia de luz de fibra.

Encha o tanque de imagens com água e mergulhe a ponta do instrumento dentro do tanque. Conecte a câmera e carregue a visão ao vivo no software de imagem. Use baixa ampliação para focar na ponta do escalador ultrassônico, reposicionando a fonte de luz, se necessário.

Neste estudo, a iluminação foi fornecida no modo campo brilhante. Selecione a taxa de quadros ideal e a velocidade do obturador para a câmera de alta velocidade. Neste caso, uma velocidade curta do obturador de 262 nanossegundos foi escolhida para garantir que as bolhas de cavitação em movimento rápido estivessem em foco.

Ajuste a ampliação da lente de zoom e a intensidade da fonte de luz, de modo que o fundo é branco sem ser superexposto. Regisso ângulo de rotação da ponta para reprodutibilidade. Para garantir que o campo de visão seja consistente para cada repetição, escolha um ponto de referência e anote as coordenadas.

Neste caso, o ponto de referência foi a ponta do escalador ultrassônico. Se a análise da imagem for feita, tire uma imagem do instrumento sem qualquer cavitação. Isso será usado para subtrair a área do instrumento para calcular a área das bolhas.

Em seguida, imagem a cavitação em torno do instrumento. Estes são vídeos de alta velocidade de cavitação ocorrendo em torno de diferentes pontas de escalador ultrassônico. Neste estudo, utilizou-se a análise de imagem para calcular a área média da cavitação, e esses gráficos mostram a comparação entre diferentes pontas.

Esta técnica é útil para padrões de bolhas de imagem e seus locais exatos, o que é útil para entender como bolhas de cavitação poderiam ser usadas para diferentes aplicações, como limpeza. Esses experimentos de imagem de alta velocidade também podem ser validados com novas simulações médicas. Utilizamos artigos baseados na modelagem de elementos finitos para simular a interação tridimensional, não linear e transitória entre a vibração e a formação da ponta do scaler.

Também simulamos o fluxo de água ao redor do scaler, a formação de cavitação e sua dinâmica. Este protocolo mostra a maneira relativamente simples de criar uma configuração de imagem de alta velocidade, que quando dominada corretamente, pode ser útil para bolhas de cavitação de imagem em torno de escaladores ultrassônicos dentários, e também para imagens de outros tipos de instrumentos que produzem microbolhas de cavitação. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como criar uma imagem de alta velocidade configurada para imagens de microbolhas em movimento rápido.

A principal vantagem deste método é fácil de configurar, e a análise rápida de imagens pode ser facilmente aplicada a centenas de imagens. Essa técnica ajudará os pesquisadores a usar imagens de alta velocidade para fotografar microbolhas em movimento rápido, e pode ser facilmente adaptada para várias aplicações de imagem de bolhas.