Эхо Velocimetry Particle Image

Цель этого эксперимента состоит в том, чтобы получить двумерные, мгновенные поля скорости в потоке Хагена Зой, также известном как поток в ламинарной трубе. С помощью изображения эхо-частиц LOC симметрия или валидационные измерения E-P-I-V-E-P-I-V демонстрируются в потоке рециркуляционной трубы, состоящей из смеси воды и глицерина в соотношении 50:50. В используемой здесь системе подачи труб используется напор постоянного давления, поддерживаемый аквариумным насосом для приведения потока в движение.

Ультразвуковой преобразователь с фазированной решеткой крепится к стенке трубы проточной системы, и на него получаются ультразвуковые изображения в режиме B. Жидкость помещается в полые стеклянные сферы или индикаторные частицы, которые точно следуют за движением потока. Затем ультразвуковые изображения получаются, передаются на ПК и преобразуются в формат изображения, совместимый с коммерческим программным обеспечением для скоростной симметрии изображений частиц.

Алгоритмы взаимной корреляции применяются к последовательным ультразвуковым изображениям в режиме B для вычисления двумерных полей скорости. В конечном счете, векторные поля анализируются для вычисления интересующих нас величин потока, таких как ансамблевое среднее чистое напряжение и завихренность. Хотя этот метод может дать представление об основных гидродинамиках, он может быть и часто используется в практических системах потоков, включая биомедицинские приложения, например, артериальные или межжелудочковые потоки.

Наши продолжающиеся эксперименты с использованием сжиженной биомассы и жидкости — это то, что заинтересовало нас в этой технике. Чтобы настроить систему EP IV, начните с включения насосов. Это запустит поток рециркуляционной трубы с постоянной скоростью.

Далее нанесите на ультразвуковой зонд гель для местного применения на водной основе. Гель сводит к минимуму потерю пропускания ультразвукового луча между поверхностью зонда и трубкой. Затем с помощью специально сконструированного крепления для зонда с фитингами для труб через стену прикрепите ультразвуковой датчик к источнику питания наружной стены трубы на ультразвуковом аппарате.

Как только все системы будут загружены, на ультразвуковом экране появится поток изображений в реальном времени. 2D-режим является настройкой по умолчанию для линейного датчика для получения измерений EPIV. Во-первых, измерьте соответствующий сухой вес номинальных 10-микрометровых полых стеклянных сфер так, чтобы их конечная концентрация при добавлении в проточную систему составляла около 17 весовых частей на миллион.

Затем извлеките объем жидкости из бассейна и добавьте частицы в жидкость, чтобы получить концентрированный раствор частиц. Частицы при добавлении в проточную систему будут служить в качестве ультразвуковых контрастных веществ или индикаторных частиц. Добавьте раствор концентрированных частиц в проточную систему рециркуляционной трубы, перемешивая его в водоемах.

Затем стеклянные сферы можно увидеть на ультразвуковом мониторе. Через несколько минут стеклянные сферы будут равномерно распределены по всей системе, поэтому одной из самых сложных частей этой процедуры является получение четких ультразвуковых изображений с высоким разрешением. Чтобы максимизировать качество этих изображений, мы корректируем фокусные точки усиления и динамический диапазон на основе априорных оценок скорости потока.

В дальнейшем мы оптимизируем эти параметры на лету путем анализа ультразвуковых изображений. С помощью ручки регулировки глубины на панели управления ультразвуковым аппаратом установите глубину изображения на три сантиметра. Затем с помощью ручки 2D-усиления отрегулируйте общее усиление изображения, чтобы увеличить яркость изображения таким образом, чтобы затравочные частицы были хорошо видны на панели приборов.

Отрегулируйте ползунки компенсации временного усиления, чтобы уменьшить рассеяние от стенок трубы и компенсировать затухание ультразвукового сигнала, связанное с глубиной. Это позволит удалить лишнее изображение в верхней и нижней части стенок труб в 2D-режиме. Ручки в верхней части панели управления слева направо соответствуют ширине, частоте фокусировки и частоте кадров.

Используйте эти ручки для дальнейшей настройки изображения, чтобы достичь максимально возможного физического разрешения, частоты и частоты кадров для анализа. Затем отрегулируйте рабочую частоту щупа на 10 мегагерц и установите частоту кадров 49,5 кадров в секунду. Обратите внимание, что эти четыре параметра по своей сути связаны.

Следовательно, для данного ультразвукового сканирования изображения существует компромисс между пространственным и временным разрешением. Из-за ограниченного бокового разрешения стеклянные сферы будут размазываться в боковом направлении и отображаться на изображении как эллипсоиды. После того, как параметры оптимизированы, пришло время собрать данные на пульте ультразвукового управления на приборе.

Нажмите кнопку «Новый экзамен», чтобы начать новый эксперимент. Под больным. Введите расход в трубе в качестве фамилии и дату в качестве имени.

Введите номер теста в поле ID пациента. Ультразвуковое сканирование начнется автоматически, когда будет достигнут предустановленный максимум от 1000 до 1500 изображений. По мере продолжения сканирования начинается новый цикл сканирования.

Вносите коррективы в параметры визуализации до тех пор, пока затравочная частица не станет четко сфокусированной, с примерно 10 частицами на зону опроса. Чтобы перезапустить цикл записи сканирования, нажмите кнопку «Заморозить» на панели управления УЗИ. После того, как будет получено достаточное количество идеальных изображений, нажмите кнопку «Стоп».

Далее нажмите кнопку C loop на панели управления ультразвуком. Выберите все изображения, чтобы включить все ультразвуковые изображения в набор анализов. После того, как изображения для анализа будут выбраны, нажмите кнопку «Сохранить изображение», чтобы сохранить выбранный набор ультразвуковых изображений.

После сохранения изображений нажмите кнопку архива на панели управления ультразвуком. При появлении запроса выберите интересующий вас syn-цикл в маленьком окне, который будет сохранен на локальном жестком диске. Затем с помощью курсора мыши выберите окончание экзамена.

Нажмите кнопку архива и с помощью курсора мыши сначала выберите больше, а затем выберите «Управление дисками». При этом сохраненная циклическая петля или циклические петли будут переданы на ПК, на котором установлено программное обеспечение для симметрии скорости изображения частиц или программное обеспечение PIV. После того, как изображения получены и сохранены, ультразвуковое изображение должно быть преобразовано из файла цифровой визуализации в медицине или файла DICOM в совместную группу экспертов по фотографии или файл изображения в формате JPEG для анализа.

Используйте скрипт MATLAB, запускающий DICOM to jpeg dot m, чтобы преобразовать файлы DICOM в JPEG. Этот скрипт был сделан внутри компании и может быть получен в образовательных целях по указанному здесь веб-адресу. После того, как файл будет преобразован, откройте программу Davi от Law Vision в программе.

Дважды кликните по значку davi, выберите новый проект, затем выберите PIV. На панели инструментов выберите импорт изображений и выберите импорт через пронумерованные файлы. Затем в выпадающем меню найдите папку, в которой хранятся ультразвуковые изображения в формате JPEG, и дважды щелкните по первому изображению из набора.

При этом будут импортированы все ультразвуковые изображения в этом пронумерованном наборе, чтобы определить область интереса для анализа, которая включает только жидкость. Примените маску для создания маски, введите координаты, прямоугольную область с помощью двух координатных точек x и y на основе информации из файла DICOM и знания размеров в пикселях. Далее в главной панели управления в dvu нажмите на вкладку, расположенную под текущим проектом, содержащим импортированные изображения.

Выберите таблицу с надписью Пакетная обработка. Это позволяет включить окно векторной обработки Davi для пакетной обработки из списка операций с использованием дерева временных рядов PIV плюс PIV, выбрать параметры расчета вектора и выбрать многопроходность с убывающим размером опроса 64 пикселя на 64 пикселя до 12 пикселей на 12 пикселей с перекрытием 50%Установить относительное ограничение диапазона вектора на все, а затем абсолютное ограничение диапазона вектора на пять пикселей. Затем примените медианный фильтр для подавления шума и сглаживания векторных полей.

Далее для обработки векторов установите флажок Диапазон данных равен использовать маскируемую область в меню параметров расчета вектора. Обратите внимание, что оптимальный выбор параметров векторного расчета зависит от геометрии потока, свойств потока, разрешения изображения, плотности частиц индикатора и желаемого количественного анализа потока. После того, как все необходимые параметры будут установлены в левой части экрана пакетной обработки, выберите общее количество изображений для обработки.

Нажмите на кнопку «Начать обработку». Это позволит рассчитать поле смещения между последовательными ультразвуковыми изображениями с использованием алгоритмов взаимной корреляции. Чтобы проанализировать обработанные данные, экспортируйте векторные поля UCV из DAVO в виде txt-файлов.

Чтобы сделать это в ветви изображения JPEG на экране проекта, выберите ветвь векторного смещения. На панели инструментов выберите вкладку экспорта. Выберите тип файла.

Спросите е txt. Выберите «Создать папку экспорта» и нажмите «Экспорт». Далее откройте файл в MATLAB, запустив скрипт MATLAB.

Экспортируемые векторные поля называются B-X-X-X-X do TXT, где X представляет число в возрастании от одного до 99 999. Каждый файл содержит четыре столбца данных, которые можно просмотреть с помощью блокнота: один x местоположение вектора на изображении, два Y местоположения вектора на изображении, три X компонента смещения или смещения по потоку, и четыре y компонента смещения, которая описывает стену. Нормальное смещение используется для вычисления векторного поля скорости U как функции X и Y, где X и Y соответствуют пространственным координатам в ультразвуковом изображении, это делается путем предварительного преобразования поля смещения D X и Y, измеренного в пикселях, в поле смещения, измеренное в метрах, с использованием параметра масштабирования изображения M, заданного в единицах метра над пикселем.

Затем поле смещения делится на скорректированное по развертке временное разделение между изображениями дельта T, где дельта T равна единице над частотой кадров, заданной в кадрах в секунду, плюс поле смещения, деленное на время, необходимое ультразвуковому изображению для развертки по ширине изображения. Таким образом, U от X и Y равно M умножить на D от X и Y, деленное на дельту. T.DICOM по своей сути хранит файловую структуру, которая предоставляет информацию, необходимую для вычисления параметра масштабирования изображения M и скорректированного временного разделения. Delta T в данном исследовании M равна 77 микронам на пиксель, FPS равна 49,5, а B равна 25 047 пикселям в секунду.

Наконец, вычислите ансамбль средних векторных полей скорости, в то время как нормальные профили средней скорости и любых других интересующих величин потока. Чтобы продемонстрировать полезность EPIV и оценить неопределенность измерения, были получены двумерные мгновенные поля скорости и ламинарного потока в трубопроводе, как описано в этом видео, этот мгновенный векторный график показывает векторы скорости в каждом четвертом столбце, а контурная карта цвета фона соответствует величине скорости. Двумерное пространственное положение вектора скорости обозначается как D над D и X над D, где D — радиальное положение, измеренное от верхней стенки.

D — диаметр трубы, а X — положение потока, измеренное от входа в трубу. Кажущаяся параболическая форма векторов скорости вдоль колонн указывает на то, что измерения согласуются с ожидаемым профилем скорости для потока в трубе. Ансамбль усредненных векторных графиков, вычисленный путем усреднения более 1000 мгновенных векторных графиков, дает представление поля средней скорости.

Он также усреднит случайные ошибки шума в мгновенных векторных полях. Векторы скоростей в основном находятся в направлении потока. Наибольшие скорости возникают на центральной линии трубы.

Скорости на стенках трубы уменьшаются до нуля, а расход грубо симметричен: здесь показан профиль средней скорости течения по радиусу трубы, полученный путем усреднения усредненного по ансамблю векторного графика вдоль рядов в горизонтальном направлении. Также показан ожидаемый профиль средней скорости для ламинарного потока в трубе. Учитывая условия эксперимента.

Соответствие между измерениями EPIV и ожидаемым профилем Хиггина лучше всего вблизи центральной линии трубы и хуже всего вблизи стенок трубы. Большие различия вблизи стенки, вероятно, связаны с сильным отражением и преломлением ультразвуковых волн на изогнутой поверхности стенки трубы, которые создают высокую интенсивность изображения в этих областях, высокая интенсивность на стене затемняет интенсивность частиц, что приводит к ошибке измерения. С развитием этого метода исследователи, изучающие динамику жидкостей в инженерных или биологических системах потоков, теперь могут получать пространственно-временные изменения поля скоростей в оптически непрозрачных жидкостях или с помощью оптически непрозрачной геометрии.

После просмотра этого видео вы должны хорошо понимать, как работает EPIV, его ограничения и как построить и эксплуатировать систему EPIV с помощью коммерческого ультразвукового аппарата.