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Bioengineering

एक उच्च गति कैमरा और छवि विश्लेषण का उपयोग कर तेजी से चलती माइक्रोबबल्स के क्षेत्र की इमेजिंग और मात्राकरण

Published: September 5, 2020 doi: 10.3791/61509
Automatic Translation
1, 2, 2, 1
1School of Dentistry, University of Birmingham, 2Department of Mathematics, University of Birmingham

Summary

कैविटेशन माइक्रोबबल्स को ज़ूम लेंस से जुड़े हाई-स्पीड कैमरे का उपयोग करके इमेज किया जाता है। प्रायोगिक सेटअप को समझाया गया है, और छवि विश्लेषण का उपयोग कैविटेशन के क्षेत्र की गणना करने के लिए किया जाता है। इमेजेज का उपयोग करके इमेज एनालिसिस किया जाता है।

Abstract

एक प्रयोगात्मक और छवि विश्लेषण तकनीक इमेजिंग कैविटेशन बुलबुले और उनके क्षेत्र की गणना के लिए प्रस्तुत किया जाता है। यहां प्रस्तुत उच्च गति इमेजिंग प्रयोगात्मक तकनीक और छवि विश्लेषण प्रोटोकॉल को अनुसंधान के अन्य क्षेत्रों में इमेजिंग सूक्ष्म बुलबुले के लिए भी लागू किया जा सकता है; इसलिए, इसमें आवेदनों की एक विस्तृत श्रृंखला है। हम इसे दंत अल्ट्रासोनिक स्केलर्स के आसपास छवि कैविटेशन पर लागू करते हैं। यह चित्र गुहा के लिए महत्वपूर्ण है यह विशेषता है और समझने के लिए कि यह कैसे विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए शोषण किया जा सकता है। दंत अल्ट्रासोनिक स्केलर्स के आसपास होने वाले कैविटेशन का उपयोग दंत पट्टिका हटाने की एक उपन्यास विधि के रूप में किया जा सकता है, जो अधिक प्रभावी होगा और वर्तमान पीरियोडोन्टल थेरेपी तकनीकों की तुलना में कम नुकसान का कारण बनता है। हम एक उच्च गति कैमरा और एक ज़ूम लेंस का उपयोग कर दंत अल्ट्रासोनिक स्केलर युक्तियों के आसपास होने वाली कैविटेशन बुलबुला बादलों इमेजिंग के लिए एक विधि पेश करते हैं । हम मशीन लर्निंग इमेज एनालिसिस का उपयोग करके कैविटेशन के क्षेत्र की गणना भी करते हैं। ओपन सोर्स सॉफ्टवेयर का उपयोग छवि विश्लेषण के लिए किया जाता है। प्रस्तुत छवि विश्लेषण को दोहराने के लिए आसान है, प्रोग्रामिंग अनुभव की आवश्यकता नहीं है, और उपयोगकर्ता के आवेदन के अनुरूप आसानी से संशोधित किया जा सकता है।

Introduction

बुलबुले की गति इमेजिंग विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है क्योंकि यह एक प्रणाली के हाइड्रोडायनामिक्स को नियंत्रित करता है। ऐसे कई अनुप्रयोग हैं जहां यह उपयोगी हो सकता है: तरल बिस्तर रिएक्टरों में1,,2,या कैविटेशन बुलबुले के साथ सफाई के लिए3,,4। इमेजिंग बुलबुले का उद्देश्य बुलबुले की गतिशीलता के बारे में या बुलबुले के बादल की दिशा और गति के बारे में अधिक समझना है। यह छवि संरचनाओं को देखने के माध्यम से और मात्रात्मक जानकारी प्राप्त करने के लिए छवि विश्लेषण का उपयोग करके भी किया जा सकता है, जैसे बुलबुले का आकार।

कैविटेशन बुलबुले गैस या वाष्प संस्थाएं होती हैं जो संतृप्त दबाव मूल्य5से नीचे गिरने पर तरल पदार्थ में होती हैं । वे तब हो सकते हैं जब अल्ट्रासोनिक आवृत्तियों पर तरल पदार्थ पर ध्वनिक क्षेत्र लागू किया जाता है। वे बार-बार बढ़ते हैं और गिरते हैं, और पतन पर उच्च गति वाले सूक्ष्म जेट और आश्चर्य6,,7के रूप में ऊर्जा जारी कर सकते हैं। ये कतरनी बलों के माध्यम से सतह पर कणों को उखाड़ फेंक सकते हैं और सतह की सफाई का कारण बन सकते हैं8. विभिन्न उद्योगों में सतह की सफाई के लिए कैविटेशन बुलबुले की जांच की जा रही है, जैसे अर्धचालक, भोजन और घाव की सफाई9,10,,,11,,12के लिए। इनका उपयोग दांतों और बायोमैटेरियल्स जैसे दंत प्रत्यारोपण12,13से दंत पट्टिका को साफ करने के लिए भी किया जा सकता है । वर्तमान में इस्तेमाल किए जाने वाले दंत उपकरणों जैसे अल्ट्रासोनिक स्केलर्स और एंडोडोन्टिक फाइल्स के आसपास कैविटेशन होता है और इन उपकरणों के साथ एक अतिरिक्त सफाई प्रक्रिया के रूप में क्षमता दिखाता है14.

कैविटेशन बुलबुले का दोलन कुछ माइक्रोसेकंड पर होता है और इसलिए प्रति सेकंड8हजारों फ्रेम पर इमेजिंग करके उनकी गति को कैप्चर करने के लिए एक उच्च गति वाले कैमरे की आवश्यकता होती है। हम दंत अल्ट्रासोनिक स्केलर्स के आसपास माइक्रोबबल कैविटेशन इमेजिंग की एक विधि प्रदर्शित करते हैं। इसका उद्देश्य यह समझना है कि विभिन्न अल्ट्रासोनिक स्केलर्स के आसपास कैविटेशन कैसे भिन्न होता है, इसलिए इसे दंत पट्टिका को साफ करने के लिए एक उपन्यास तरीके के रूप में अनुकूलित किया जा सकता है।

कैविटेशन की जांच करने के लिए उपयोग किए जाने वाले पिछले तरीकों में सोनोकेमिनेंस शामिल है, जो यह पता लगाने के लिए ल्यूमिनॉल का उपयोग करता है कि कैविटेशन15,,16कहां हुआ है। हालांकि, यह एक अप्रत्यक्ष तकनीक है और यह वास्तविक समय में कैविटेशन बुलबुले की कल्पना करने में सक्षम नहीं है। इसलिए, यह सही ढंग से निर्धारित करने में सक्षम नहीं है कि यह उपकरण पर कहां होता है, और बुलबुले की गतिशीलता पर कोई जानकारी प्राप्त नहीं की जा सकती है, जब तक कि इसे अन्य इमेजिंग तकनीकों17के साथ संयुक्त न किया जाए। हाई-स्पीड इमेजिंग न केवल कैविटेशन बुलबुले को बढ़ते और टूट सकते हैं बल्कि होने वाले कैविटेशन के प्रकार को भी इमेज कर सकते हैं: कैविटेशन क्लाउड्स, माइक्रोस्ट्रीमर और माइक्रो-जेट6,,7,,18। ये इस बारे में अधिक जानकारी देते हैं कि कैविटेशन सतहों को कैसे साफ कर सकता है।

हम एक उच्च गति कैमरे का उपयोग कर कैविटेशन माइक्रोबबल इमेजिंग की एक विधि प्रस्तुत करते हैं और होने वाले कैविटेशन के मतलब क्षेत्र की गणना करते हैं। इस विधि को विभिन्न दंत अल्ट्रासोनिक स्केलर युक्तियों के आसपास होने वाले कैविटेशन के उदाहरण का उपयोग करके प्रदर्शित किया जाता है, हालांकि प्रयोगात्मक और छवि विश्लेषण चरणों का उपयोग अन्य अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है, जैसे कि अन्य मैक्रो और माइक्रोबबल्स इमेजिंग के लिए।

Protocol

1. इंस्ट्रूमेंट सेटअप

  1. चित्रित होने के लिए साधन या वस्तु का चयन करें। इस प्रयोग में एक अल्ट्रासोनिक स्केलर को चित्रित किया गया था। कैविटेशन बुलबुले पानी में अल्ट्रासोनिक स्केलर्स के सुझावों के आसपास होते हैं।
  2. XYZ अनुवाद और रोटेशन के साथ छवि के लिए साधन के लिए एक माइक्रो पोजिशनिंग चरण का चयन करें। एक प्रयोगशाला जैक पर रखें। माइक्रो पोजिशनिंग चरण के लिए उपकरण संभाल देते हैं
  3. इमेजिंग के लिए एक ऑप्टिकली पारदर्शी पानी कंटेनर का चयन करें। इन प्रयोगों में इस्तेमाल किया गया कंटेनर ग्लास माइक्रोस्कोप स्लाइड के साथ बनाया गया था।
  4. रोटेशन प्लेटफॉर्म के साथ एक्सवाई स्टेज का चयन करें। एक प्रयोगशाला जैक पर रखें। पानी के कंटेनर को स्टेज पर रखें और फिल्टर्ड वॉटर (रिवर्स ऑस्मोसिस या डिस्टिल्ड) से भरें।

2. हाई-स्पीड कैमरा सेटअप

  1. वांछित फ्रेम दर और संकल्प और फाइबर लाइट गाइड के साथ एक उच्च तीव्रता वाले प्रकाश स्रोत के साथ एक उच्च गति वाले कैमरे का चयन करें।
  2. हाई-स्पीड कैमरा बॉडी में माइक्रोजिशनिंग स्लाइडिंग प्लेट अटैच करें और इसे ट्राइपॉड स्टैंड से कनेक्ट करें ।
  3. वांछित संकल्प और फोकल लंबाई के साथ एक लेंस का चयन करें और कैमरे के लिए यह देते हैं। इस प्रयोग के लिए 8.4 माइक्रोन/पिक्सल के रेजोल्यूशन पर जूम लेंस का इस्तेमाल किया गया।
  4. इमेजिंग टैंक को पानी से भरें और वांछित अभिविन्यास में पानी की टंकी में चित्रित होने के लिए उपकरण की नोक की स्थिति करें।
  5. कैमरे को जोड़ने और सॉफ्टवेयर में लाइव व्यू लोड करने के बाद, अल्ट्रासोनिक स्केलर की नोक पर ध्यान केंद्रित करने के लिए कम आवर्धन का उपयोग करें, यदि आवश्यक हो तो प्रकाश स्रोत को फिर से स्थापित करें। उपकरण और प्रकाश स्रोत को कैमरे के सामने रखें और ध्यान केंद्रित करें। वांछित फ्रेम दर और चमक के लिए समायोजित करें।
    नोट: उच्च फ्रेम दरों, छोटे शटर गति और/या उच्च आवर्धन पर इमेजिंग के लिए एक उच्च प्रकाश तीव्रता की आवश्यकता होती है । रोशनी प्रतिबिंब मोड या ट्रांसमिशन मोड में प्रदान की जा सकती है। इस प्रोटोकॉल में उच्च तीव्रता वाले ठंडे रोशनी डिवाइस का उपयोग करके ट्रांसमिशन मोड (उज्ज्वल क्षेत्र) में रोशनी प्रदान की जाती है।
  6. हाई-स्पीड कैमरे के लिए एक इष्टतम फ्रेम दर और शटर गति सेट करें। इस प्रयोग में फ्रेम रेट 262 नैनोसेकंड की शटर स्पीड के साथ 6400 एफपीएस था। यह सुनिश्चित करने के लिए कि वे ध्यान में हैं, तेजी से चलने वाले बुलबुले जैसे कैविटेशन बुलबुले के लिए एक छोटी शटर गति की आवश्यकता होती है।
  7. ज़ूम लेंस के आवर्धन और प्रकाश स्रोत की तीव्रता को समायोजित करें ताकि पृष्ठभूमि अधिक उजागर किए बिना सफेद हो।

3. अंशांकन

  1. टिप की स्थिति रिकॉर्ड करें (एक्स-वाई चरण में रोटेशन, प्रजनन क्षमता के लिए उपकरण का रोटेशन कोण)।
  2. यह सुनिश्चित करने के लिए कि प्रत्येक दोहराने के लिए दृष्टिकोण का क्षेत्र सुसंगत है, एक संदर्भ बिंदु चुनें और निर्देशांक को नोट करें। इस मामले में संदर्भ बिंदु अल्ट्रासोनिक स्केलर की नोक थी। यह तो देखने के क्षेत्र के भीतर एक ही स्थान पर भविष्य के प्रयोगों में फिर से तैनात किया जा सकता है ।
  3. यदि पिक्सेल का आकार अज्ञात है, तो सेट आवर्धन पर 10 माइक्रोन मार्क के साथ एक graticule छवि और संकल्प की गणना करने के लिए फिजी जैसे छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर का उपयोग करें ।

4. हाई-स्पीड वीडियो रिकॉर्डिंग

  1. गुहा के बिना साधन छवि। यह कैविटेशन बुलबुले के क्षेत्र की गणना करते समय छवि विश्लेषण में कैविटेशन छवियों से घटाया जाएगा। झगड़ा जैसे प्रारूप में वीडियो को सहेजें ताकि कोई छवि गुणवत्ता खो न जाए।
  2. कैविटेशन के साथ काम कर रहे यंत्र की छवि। सुनिश्चित करें कि सटीक विश्लेषण के लिए पर्याप्त फ्रेम हैं, उदाहरण के लिए 5 500 फ्रेम के साथ दोहराता है।

5. इमेज प्रोसेसिंग

  1. इमेजजे वेबसाइट (https://imagej.net/Fiji) से फिजी19 डाउनलोड करें। एक इमेजजे मैक्रो कोड प्रदान किया गया है जो स्वचालित रूप से नीचे वर्णित छवि विश्लेषण चरण करता है और आवेदन के अनुरूप भी बदला जा सकता है। मैक्रो के अलग-अलग चरणों को चरण 5.3-5.5 में वर्णित किया गया है।
  2. यदि आवश्यक हो तो असमान रोशनी के परिणामस्वरूप किसी भी गहरे क्षेत्र को हटाने के लिए छवि को क्रॉप करें। सुनिश्चित करें कि सभी छवियों को एक ही आकार और छवि में समान बिंदु पर फसली हैं।
  3. ऑटो थ्रेसहोल्ड में से किसी एक का उपयोग करके स्वचालित रूप से थ्रेसहोल्ड करके छवियों को बाइनरी में परिवर्तित करें। इस उदाहरण में न्यूनतम ऑटो सीमा का उपयोग किया जाता है।
  4. झूठे खंडित थे जो बुलबुले के अंदर से किसी भी काले पिक्सल को हटाने के लिए भरने छेद कमान चलाएं।
  5. प्रत्येक फ्रेम में स्केलर और कैविटेशन के अनुरूप पिक्सेल की संख्या दिखाने के लिए स्टैक के हिस्टोग्राम की गणना करें।
  6. इस मामले में बुलबुले के अनुरूप पिक्सल सफेद हैं और मूल्य 255 है। इन मापों को सहेजें।
  7. बुलबुले के बिना ऑपरेटिंग उपकरण के वीडियो के लिए चरण 5.3-5.6 दोहराएं।
  8. केवल हिस्टोग्राम के परिणामों से अल्ट्रासोनिक स्केलर टिप के मतलब क्षेत्र की गणना करें।
  9. स्केलर के चारों ओर बुलबुले के वीडियो से गणना किए गए प्रत्येक क्षेत्र से साधन के मतलब क्षेत्र को घटाएं। बुलबुले का क्षेत्र मापने के लिए छोड़ दिया जाता है।
  10. फिजी में छवि कैलकुलेटर का उपयोग करके बुलबुले के साथ स्केलर की बाइनरी छवि से स्केलर की बाइनरी छवि को घटाकर कल्पना करें।
  11. बुलबुले के क्षेत्र के मतलब और मानक विचलन की गणना करें।
  12. पिक्सल आकार चुकता द्वारा गुणा करके पिक्सल की संख्या से क्षेत्र (इस मामले मेंμm 2)में मानों को परिवर्तित करें। एक ही आवर्धन पर उच्च गति कैमरे के साथ एक graticule इमेजिंग द्वारा प्रत्येक पिक्सेल के आकार की गणना के रूप में इमेजिंग के लिए इस्तेमाल किया गया था और पैमाने निर्धारित करने के लिए ImageJ का उपयोग करें ।
  13. डेटा प्लॉट करें। विभिन्न परिस्थितियों की तुलना करने पर बुलबुले के क्षेत्र में कोई महत्वपूर्ण अंतर दिखाने के लिए सांख्यिकीय विश्लेषण करना भी संभव है।

6. इमेजजे मैक्रो

  1. ImageJ/फिजी मेनू में, प्लगइन्स और जीटी; न्यू > मैक्रोपर जाएं । सुनिश्चित करें कि IJ1 मैक्रो भाषा मेनू के तहत जांच की जाती है और निम्नलिखित कोड को कॉपी और पेस्ट करता है। मैक्रो(सप्लीमेंट्री फाइल)को निष्पादित करने के लिए रन पर क्लिक करें।

Representative Results

इमेज एनालिसिस स्टेप्स को टेस्ट किए गए अल्ट्रासोनिक स्केलर टिप्स में से एक के लिए फिगर 1 में देखा जा सकता है । एक एफएसआई 1000 टिप और एक 10P टिप को पानी की टंकी के अंदर चित्रित किया गया था जिसमें ठंडा पानी बंद हो गया था (चित्र 2)। कैविटेशन अधिकतम शक्ति पर टिप एफएसआई 1000 के मोड़ के पास हुआ, और टिप 10P(चित्रा 3 और चित्रा 4)में मुक्त अंत के पास हुआ। कैविटेशन का मतलब क्षेत्र एफएसआई 1000 टिप के लिए 0.1 ± 0.07 मिमी2 और 10 पी टिप(चित्रा5) के लिए0.50 ± 0.25 मिमी 2 था।

Figure 1
चित्रा 1: उच्च गति इमेजिंग सेटअप और छवि विश्लेषण कदम (क)उच्च गति इमेजिंग सेटअप के योजनाबद्ध अध्ययन में इस्तेमाल किया । (ख)अध्ययन में इस्तेमाल किए गए छवि विश्लेषण चरणों की योजनाबद्ध, स्केलर टिप के बाईं ओर कच्चे चित्रों को केवल और कैविटेशन के साथ दिखाता है, जिन्हें तब कैविटेशन बादलों के क्षेत्र की गणना करने के लिए एक दूसरे से बिनारिज और घटाया जाता था। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: विभिन्न युक्तियों के बीच तुलना हाई-स्पीड इमेज पोस्टरों में परीक्षण किए गए दो अल्ट्रासोनिक स्केलर टिप्स (क)एफएसआई 1000(बी)10P के आसपास होने वाले कैविटेशन दिखाए गए हैं। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें।

Figure 3
चित्रा 3: टिप 10P उच्च गति छवियां: टिप 10P के उच्च गति छवि पोस्टरों, एक वीडियो से प्रति सेकंड ६४०० फ्रेम पर लिया । टिप के मुक्त अंत के आसपास कैविटेशन देखा जा सकता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: टिप FSI1000 उच्च गति छवियां: टिप FSI 1000 के उच्च गति छवि पोस्टरों, प्रति सेकंड 6400 फ्रेम पर लिए गए वीडियो से। टिप के बीच के आसपास कैविटेशन देखा जा सकता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5: कैविटेशन क्षेत्र छवि विश्लेषण परिणाम। छवि विश्लेषण तकनीक का उपयोग करके गणना की गई एफएसआई 1000 और 10P अल्ट्रासोनिक स्केलर युक्तियों के आसपास होने वाले कैविटेशन का मतलब क्षेत्र। त्रुटि सलाखों के मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करते हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक फाइल। इस फाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

Discussion

इस पेपर में वर्णित तकनीक उच्च स्थानिक और लौकिक संकल्प के साथ तेजी से चलती माइक्रोबबल्स की इमेजिंग को सक्षम बनाती है। यह संभावित रूप से रासायनिक इंजीनियरिंग, दंत चिकित्सा और चिकित्सा जैसे वैज्ञानिक विषयों की एक विस्तृत श्रृंखला को लाभ पहुंचा सकता है। इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में सतहों की सफाई के लिए इमेजिंग कैविटेशन बुलबुले, या तरल बिस्तर रिएक्टरों में इमेजिंग बुलबुले शामिल हैं। बायोमेडिकल अनुप्रयोगों में कैविटेशन बुलबुले का उपयोग करके चिकित्सा और दंत उपकरणों के आसपास इमेजिंग कैविटेशन और हार्ड और सॉफ्ट टिश्यू से इमेजिंग बायोफिल्म डिब्राइडेशन शामिल है। इस अध्ययन में हमने दो अलग-अलग दंत अल्ट्रासोनिक स्केलर सुझावों के आसपास कैविटेशन इमेजिंग द्वारा तकनीक का प्रदर्शन किया। कैविटेशन की मात्रा इस अध्ययन में परीक्षण किए गए दो सुझावों के बीच भिन्न होती है, जिसमें टिप 10P के मुक्त अंत के आसपास अधिक कैविटेशन बादल देखे जाते हैं। इसे पहले कंपन आयाम20से जोड़ा गया है । हाई-स्पीड वीडियो बताते हैं कि एफएसआई 1000 टिप में कम कंपन होता है, जिससे होने की संभावना होती है कि इस टिप के आसपास कम कैविटेशन क्यों है।

छवि विश्लेषण विधि की एक सीमा यह है कि स्केलर के क्षेत्र को हटाने के लिए छवि घटाव तकनीक पूरी तरह से सटीक नहीं है क्योंकि स्केलर दोलन है और इसलिए घटाव स्केलर के कुछ क्षेत्रों को बुलबुले के रूप में झूठा खंडित छोड़ सकता है। हालांकि, यह फ्रेम की एक बड़ी संख्या (n= 2000) से क्षेत्र औसत द्वारा के लिए हिसाब किया गया है। यह उन अनुप्रयोगों के लिए समस्या नहीं होगी जहां घटाया जाने वाला ऑब्जेक्ट स्थिर है। अध्ययनों के लिए जहां चलती वस्तु को घटाया जाना है, में बहुत अधिक भिन्नता है, हम सटीक परिणामों के लिए घटाने से पहले दोनों वीडियो में आंदोलनों को सिंक्रोनाइज़ करने की सलाह देते हैं। वर्तमान अध्ययन में, हमने दोलनों को सिंक्रोनाइज नहीं किया लेकिन चूंकि कंपन कम था, इसलिए हम मान सकते हैं कि दोलन इन दो मापों में एक दूसरे के अनुरूप हैं।

छवि थ्रेसिंग सटीक है क्योंकि ब्राइटफील्ड रोशनी अच्छे विपरीत के साथ एक समान पृष्ठभूमि प्रदान करती है। यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि पृष्ठभूमि एक समान है और इसमें कोई अन्य वस्तुएं शामिल नहीं हैं जिन्हें झूठा खंडित किया जा सकता है। थ्रेसहोल्ड विधि को एप्लिकेशन के अनुरूप अन्य स्वचालित थ्रेसहोल्ड का उपयोग करके संशोधित किया जा सकता है। मैन्युअल थ्रेसहोल्डिंग, जहां उपयोगकर्ता सीमा मूल्य सेट करता है, यह भी संभव है, लेकिन इसकी सिफारिश नहीं की जाती है क्योंकि यह परिणामों की पुन: उत्पन्न क्षमता को कम करता है, क्योंकि विभिन्न उपयोगकर्ता विभिन्न सीमा मानों का चयन करेंगे।

छवि विश्लेषण कई अन्य बुलबुला इमेजिंग अध्ययन के लिए इस्तेमाल किया गया है। ये बुलबुले और पृष्ठभूमि के बीच इष्टतम विपरीत होने के लिए बैकलाइटिंग की एक समान विधि का भी उपयोग करते हैं, और बुलबुले21 , 22,,23,,,24को खंडित करने के लिए दहलीज ।24 वर्तमान अध्ययन में दिखाई गई विधि को कई अलग-अलग बबल इमेजिंग अनुप्रयोगों के लिए उपयोग करने के लिए भी सामान्यीकृत किया जा सकता है, जो केवल उच्च गति इमेजिंग तक सीमित नहीं हैं। पानी में उत्पन्न कैविटेशन बुलबुले के लिए हाई-स्पीड इमेजिंग का उपयोग किया गया है और एंडोडोन्टिक फाइल्स और अल्ट्रासोनिक स्केलर्स 12 ,,25, 26,,27,,,28जैसे उपकरणोंकेआसपास भी।28 उदाहरण के लिए रिवास एट अल और मैसेडो एट अल का उपयोग माइक्रोस्कोप से जुड़े एक उच्च-गति कैमरे का उपयोग किया जाता है, जिसमें एक ठंडे प्रकाश स्रोत द्वारा कैविटेशन के साथ सफाई करने के लिए प्रदान की गई रोशनी के साथ, और एक एंडोडोंटिक फ़ाइल17,,29के आसपास कैविटेशन की छवि के लिए। उज्ज्वल क्षेत्र रोशनी पृष्ठभूमि और बुलबुले के बीच अधिक विपरीत प्रदान करती है, जिससे सरल विभाजन तकनीकों जैसे थ्रेसहोल्डिंग का उपयोग करना संभव हो जाता है, जैसा कि रिवास एट अल द्वारा प्रदर्शित किया गया है। इमेजिंग और समय29के साथ कैविटेशन कटाव और सफाई की मात्रा के लिए। 4,30ग्रे तराजू में अधिक भिन्नता के कारण डार्क फील्ड रोशनी से दहलीज अधिक कठिन होजातीहै । अन्य अध्ययनों में बुलबुले के बारे में अधिक जानकारी जुटाने के लिए छवि विश्लेषण का उपयोग किया गया है1,2. व्यास एट अल एक अल्ट्रासोनिक स्केलर20के आसपास कैविटेशन बुलबुले खंड के लिए एक मशीन लर्निंग दृष्टिकोण का इस्तेमाल किया । वर्तमान कागज में वर्णित विधि जल्दी है क्योंकि यह सरल थ्रेसिंग का उपयोग करता है इसलिए यह कम गणनाात्मक रूप से गहन है, और स्केलर के ऊपर और नीचे होने वाले बुलबुले का विश्लेषण किया जा सकता है। हालांकि, वर्तमान कागज में उपयोग की जाने वाली थ्रेसिंग विधि केवल तभी सटीक है जब पृष्ठभूमि एक समान हो। यदि इमेजिंग के दौरान एक समान पृष्ठभूमि प्राप्त करना संभव नहीं है, तो अन्य छवि प्रसंस्करण तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है जैसे कि असमान रोशनी के लिए सही करने के लिए रोलिंग बॉल त्रिज्या का उपयोग करके पृष्ठभूमि घटाव का उपयोग, शोर को हटाने के लिए औसत या गॉसियन फिल्टर का उपयोग करके फ़िल्टर करना, या मशीन लर्निंग आधारित तकनीकों का उपयोग करना20,,31।

अंत में, हम छवि के लिए एक उच्च गति इमेजिंग और विश्लेषण प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं और एक सूक्ष्म चलती वस्तु के क्षेत्र की गणना करते हैं। हमने अल्ट्रासोनिक स्केलर के चारों ओर कैविटेशन बुलबुले इमेजिंग द्वारा इस विधि का प्रदर्शन किया है। इसका उपयोग एंडोडोन्टिक फ़ाइलों जैसे अन्य दंत उपकरणों के आसपास इमेजिंग कैविटेशन के लिए किया जा सकता है और इसे अन्य गैर-दंत बुलबुला इमेजिंग अनुप्रयोगों के लिए आसानी से अनुकूलित किया जा सकता है।

Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

लेखक इंजीनियरिंग और भौतिक विज्ञान अनुसंधान परिषद EP/P015743/1 से धन के लिए आभारी हैं ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
0.25x attachment Navitar 1-50011
12x with 12mm fine focus
Long distance microscope zoom lens		 Navitar 1-50486
2x adaptor with f mount Navitar 1-62922
Cavitron Plus Ultrasonic Scaler Dentsply Sirona 8184003
Cavitron Ultrasonic Insert FSI 1000FSI 1000 Dentsply Sirona UCAFTHD
Fibre light guide. 8mm fibre bundle 1500mm length. Focussing lens assembly for Hayashi light, 1/4"-20 tripod
thread for mounting.		 Hayashi LGC1-
8L1500
Geared head Manfrotto MN405 7.5kg load capacity
HDF7010 High-Power LED Endoscope light
source. 150W LED provides cold output equivalent to 250W
Xenon.		 Hayashi LA-HDF710
Heavy weight Tripod Manfrotto MN475B Geared centre column, 12kg load capacity
High Speed Camera Photron 103526 FASTCAM Mini AX200 900K M3 (16GB memory)
High-Precision Rotation Stage Thorlabs PR01/M
Laboratory jacks Camlab 1194083
Micropositioning sliding plate Manfrotto SKU 454
Micropositioning stage 3D Thorlabs PT3/M
Micropositioning stage rotation Thorlabs OCT-XYR1/M OCT-XYR1/M - XY Stage with Solid Top Plate
NEWTRON P5 XS Ultrasonic Scaler  Acteon F62118
Ultrasonic Insert 10P Acteon F00253

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References

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Vyas, N., Mahmud, M., Wang, Q. X., Walmsley, A. D. Imaging and Quantification of the Area of Fast-Moving Microbubbles Using a High-Speed Camera and Image Analysis. J. Vis. Exp. (163), e61509, doi:10.3791/61509 (2020).

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