Hochgeschwindigkeits-Bildgebung kann verwendet werden, um schnelle Prozesse abzubilden, wie z. B. Kavitationsblasendynamik. Wir zeigen eine Methode der Bildgebung Kavitationsblasen um eine zahnärztliche Ultraschall-Skalaspitze. Kavitation um Ultraschall-Skalierer wird für die Reinigung von Zahnbelag erforscht, aber die hier gezeigte Methode könnte für viele verschiedene Anwendungen verwendet werden.
Wir haben auch ein Bildanalyseprotokoll mit Open-Source-Software entwickelt, die es dem Benutzer ermöglicht, den Bereich der Kavitationsblasen zu berechnen, um Vergleiche zwischen verschiedenen Experimenten zu ermöglichen. Um den Versuchsaufbau zu erstellen, benötigen Sie eine Hochgeschwindigkeitskamera, eine hochintensive Kaltlichtquelle, zwei Laborbuchsen, eine Mikropositionierungsstufe mit Rotation, eine 3D-Mikropositionierungsstufe, ein Mikroskop-Zoomobjektiv und einen Ultraschall-Skalierer, um Kavitationsmikroblasen zu erzeugen, oder das Objekt, das Sie abbilden möchten. Um das Verfahren zu beginnen, befestigen Sie eine Mikropositionierungsstufe mit XYZ-Übersetzung und -Rotation an einer Laborbuchse.
Fixieren Sie das Handstück des Ultraschall-Skalierers in der Mikropositionierungsstufe. Verwenden Sie eine Hochgeschwindigkeitskamera mit der gewünschten Bildrate und Auflösung. Befestigen Sie eine mikropositionierende Schiebeplatte am Hochgeschwindigkeitskamerakörper und schließen Sie sie an ein Stativ an.
Verwenden Sie ein Objektiv mit der gewünschten Auflösung und Brennlinse und befestigen Sie es am Highspeed-Kamerakörper. Befestigen Sie eine XY-Mikropositionierungsstufe mit Drehung an einer anderen Laborbuchse und legen Sie einen optisch transparenten Bildgebungsbehälter darauf. Sie benötigen auch eine hochintensive kaltlichtquelle mit einer Faserlichtführung.
Füllen Sie den Bildgebungsbehälter mit Wasser und tauchen Sie die Spitze des Instruments in den Tank ein. Schließen Sie die Kamera an und laden Sie die Live-Ansicht in die Bildverarbeitungssoftware. Verwenden Sie eine geringe Vergrößerung, um sich auf die Spitze des Ultraschall-Skalierers zu konzentrieren, und positionieren Sie die Lichtquelle bei Bedarf neu.
In dieser Studie wurde die Beleuchtung im hellen Feldmodus bereitgestellt. Wählen Sie die optimale Bildrate und Verschlusszeit für die Hochgeschwindigkeitskamera aus. In diesem Fall wurde eine kurze Verschlusszeit von 262 Nanosekunden gewählt, um sicherzustellen, dass die sich schnell bewegenden Kavitationsblasen im Fokus standen.
Passen Sie die Vergrößerung des Zoomobjektivs und die Intensität der Lichtquelle an, sodass der Hintergrund weiß ist, ohne überbelichtet zu werden. Zeichnen Sie den Drehwinkel der Spitze für die Reproduzierbarkeit auf. Um sicherzustellen, dass das Sichtfeld für jede Wiederholung konsistent ist, wählen Sie einen Referenzpunkt aus, und notieren Sie sich die Koordinaten.
In diesem Fall war der Bezugspunkt die Spitze des Ultraschall-Skalierers. Wenn eine Bildanalyse durchgeführt wird, nehmen Sie ein Bild des Instruments ohne Kavitation. Dies wird verwendet, um die Fläche des Instruments zu subtrahieren, um die Fläche der Blasen zu berechnen.
Dann bilden Sie die Kavitation um das Instrument. Dies sind Hochgeschwindigkeitsvideos von Kavitation, die um verschiedene Ultraschall-Skalarspitzen auftreten. In dieser Studie wurde die Bildanalyse verwendet, um den mittleren Kavitationsbereich zu berechnen, der auftritt, und diese Diagramme zeigen den Vergleich zwischen verschiedenen Spitzen.
Diese Technik ist nützlich für die Abbildung von Blasenmustern und deren genauen Positionen, was nützlich ist, um zu verstehen, wie Kavitationsblasen für verschiedene Anwendungen wie die Reinigung verwendet werden können. Diese Hochgeschwindigkeits-Bildgebungsexperimente können auch mit neuen medizinischen Simulationen validiert werden. Wir haben Artikel verwendet, die auf finite Elementmodellierung basieren, um die dreidimensionale, nichtlineare und transiente Wechselwirkung zwischen der Schwingung und der Bildung der Skalenspitze zu simulieren.
Wir simulierten auch den Wasserfluss um den Scaler, die Kavitationsbildung und ihre Dynamik. Dieses Protokoll zeigt die relativ einfache Möglichkeit, ein Hochgeschwindigkeits-Bildgebungs-Setup zu erstellen, das, wenn es richtig gemastert wird, für bildgebende Kavitationsblasen um zahnärztliche Ultraschall-Skalenfänger nützlich sein kann, und auch für die Abbildung anderer Arten von Instrumenten, die Kavitationsmikroblasen herstellen. Nachdem Sie sich dieses Video angeschaut haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie eine Hochgeschwindigkeits-Bildgebung erstellen, die auf schnell lebbereite Mikroblasen eingestellt ist.
Der Hauptvorteil dieser Methode ist einfach einzurichten, und die schnelle Bildanalyse kann leicht auf Hunderte von Bildern angewendet werden. Diese Technik wird Forschern helfen, High-Speed-Bildgebung zu verwenden, um schnell bewegliche Mikroblasen abzubilden, und es kann leicht für verschiedene Blasenbildanwendungen angepasst werden.
