Изображение и количественная оценка области быстро движущихся микропузырей с помощью высокоскоростной камеры и анализа изображений

Высокоскоростная визуализация может быть использована для изображения быстрых процессов, таких как динамика пузырьков кавитации. Мы демонстрируем метод визуализации пузырьков кавитации вокруг зубного ультразвукового кончика шкалера. Кавитация вокруг ультразвуковых шкалеров в настоящее время исследованы для очистки зубного налета, но метод, показанный здесь, может быть использован для многих различных применений.

Мы также разработали протокол анализа изображений с использованием программного обеспечения с открытым исходным кодом, который позволяет пользователю вычислить область пузырьков кавитации, чтобы позволить сравнения между различными экспериментами. Для создания экспериментальной установки вам понадобится высокоскоростная камера, высокоинтенсивный источник холодного света, два лабораторных домкрата, этап микропозиционирования с вращением, 3D-этап микропозиционирования, зум-объектив микроскопа и ультразвуковой масштабер для создания микропузырей кавитации или объект, который вы хотите издать. Чтобы начать процедуру, прикрепите стадию микропозиционирования с переводом и вращением XY к лабораторной разъему.

Зафиксировать ручную руку ультразвукового шкалера на стадии микропозиционирования. Используйте высокоскоростную камеру с желаемой частотой кадров и разрешением. Прикрепите микропозиционную раздвижную пластину к корпусу высокоскоростной камеры и подключите ее к штативу.

Используйте объектив с желаемым разрешением и фокусным объективом и прикрепите его к высокоскоростному корпусу камеры. Прикрепите этап микропозиционирования XY с вращением к другому лабораторному разъему и поместите оптически прозрачный резервуар для визуализации поверх этого. Вам также понадобится высокоинтенсивный источник холодного света с направляющий выступ света волокна.

Заполните резервуар для изображений водой и погрузите кончик инструмента внутрь резервуара. Подключите камеру и загрузите живой вид в программном обеспечении для визуализации. Используйте низкое увеличение, чтобы сосредоточиться на кончике ультразвукового шкалы, при необходимости перепозиционирование источника света.

В этом исследовании освещение обеспечивалось в ярком полевом режиме. Выберите оптимальную частоту кадров и скорость затвора для высокоскоростной камеры. В этом случае, короткая скорость затвора 262 наносекунд был выбран для обеспечения быстро движущихся пузырьков кавитации были в фокусе.

Отрегулируйте увеличение зум-объектива и интенсивность источника света, чтобы фон был белым, не будучи переэкспонированным. Запись угла вращения наконечника для воспроизводимости. Чтобы обеспечить согласованное поле зрения для каждого повтора, выберите точку отсчета и заместите координаты.

В данном случае точкой отсчета была верхушка ультразвукового шкалера. Если анализ изображения будет сделан, сделайте снимок прибора без какой-либо кавитации. Это будет использовано для вычитания области инструмента для расчета площади пузырьков.

Затем изображение кавитации вокруг инструмента. Это высокоскоростные видео кавитации, происходящие вокруг различных ультразвуковых советов шкалы. В этом исследовании анализ изображений был использован для расчета среднего района кавитации происходит, и эти графики показывают сравнение между различными советами.

Этот метод полезен для визуализации пузырьковых моделей и их точного местоположения, что полезно для понимания того, как пузырьки кавитации могут быть использованы для различных приложений, таких как очистка. Эти высокоскоростные эксперименты с визуализацией также могут быть проверены с помощью новых медицинских симуляций. Мы использовали статьи, основанные на моделировании конечных элементов, чтобы имитировать трехмерное, нелинейное и переходное взаимодействие между вибрацией и образованием кончика шкалы.

Мы также смоделировали поток воды вокруг шкалы, образование кавитации и их динамику. Этот протокол показывает относительно простой способ создания высокоскоростной установки изображений, что при правильном освоении может быть полезно для визуализации пузырьков кавитации вокруг зубных ультразвуковых шкалеров, а также для визуализации других типов инструментов, которые производят кавитации микропузырьки. После просмотра этого видео, вы должны иметь хорошее понимание того, как создать высокоскоростную визуализацию, настроенную на изображение быстро движущихся microbubbles.

Основное преимущество этого метода легко настроить, и быстрый анализ изображения может быть легко применен к сотням изображений. Этот метод поможет исследователям использовать высокоскоростную визуализацию для изображения быстро движущихся микропузырей, и он может быть легко адаптирован для различных приложений изображения пузырьков.