صدى الجسيمات Velocimetry صورة

Summary

يوصف صورة الجسيمات صدى velocimetry (EPIV) نظام قادر على الحصول على ثنائي الأبعاد في مجالات سرعة السوائل مبهمة بصريا أو من خلال هندستها مبهمة بصريا، ويتم التحقق من صحة القياسات ذكرت في تدفق الأنابيب.

Abstract

يتم تحديد نهاية المطاف نقل الجماعي، والزخم، والطاقة في تدفقات السوائل عن طريق توزيعات الزمانية المكانية للحقل سرعة السائل .. ¹ وبالتالي، شرط أساسي لفهم والتنبؤ بها والسيطرة على تدفقات السوائل وهي القدرة على قياس حقل السرعة الكافية المكانية و قرار الزمنية. ² للقياسات السرعة في سوائل مبهمة بصريا أو من خلال هندستها مبهمة بصريا، صدى الجسيمات velocimetry الصورة (EPIV) هو أسلوب التشخيص جذابة لتوليد "الفوري" ثنائي الأبعاد مجالات السرعة. وفي هذا ^3،4،5،6 وذكرت ورقة، وبروتوكول لنظام التشغيل EPIV بنيت من خلال دمج جهاز الموجات فوق الصوتية الطبية التجارية ⁷ مع جهاز كمبيوتر يعمل على الصورة التجارية velocimetry الجسيمات (PIV) يوصف البرنامج ^8، والتحقق من صحة القياسات في هاغن-Poiseuille (أي الصفحي الأنابيب) تدفق .

لقياس EPIVالإدلاء بالبيانات، يتم استخدام مجموعة مراحل التحقيق متصلا جهاز الموجات فوق الصوتية الطبية لتوليد صورة الموجات فوق الصوتية ثنائية الأبعاد عن طريق ينبض العناصر كهرضغطية التحقيق في أوقات مختلفة. كل عنصر من عناصر التحقيق ينقل نبضة الموجات فوق الصوتية في السوائل، وجسيمات التتبع في السائل (إما طبيعيا أو المصنف) تعكس أصداء الموجات فوق الصوتية مرة أخرى إلى التحقيق حيث يتم تسجيلها. يتم استخدام السعة من موجات فوق الصوتية تنعكس وتأخير وقتهم نسبة إلى إحالته إلى خلق ما يعرف باسم B-وضع (وضع السطوع) صور الموجات فوق الصوتية ثنائية الأبعاد. على وجه التحديد، يتم استخدام تأخير الوقت لتحديد موقف المشتت في السائل ويستخدم لتعيين كثافة السعة إلى المشتت. يتم تحديد الوقت المطلوب للحصول على واحدة B-وضع الصور، تي، في الوقت الذي تتخذ لنبض كل عناصر التحقيق مجموعة مراحل. للحصول على عدة B-وضع الصور، معدل الإطار للنظام في لقطة في الثانية (fps) = 1 / وديالجمعية اللبنانية لتعزيز؛ ر. (انظر 9 لمراجعة التصوير بالموجات فوق الصوتية.)

يتم الحصول على تجربة نموذجية EPIV، معدل الإطار إطارا في الثانية ما بين 20-60، وفقا لظروف التدفق، و100-1000 B-وضع صور للتوزيع المكاني للجسيمات التتبع في التدفق. حصلت مرة واحدة، وتنتقل الموجات فوق الصوتية الصور B-وضع عبر وصلة إيثرنت لتشغيل PC البرمجيات التجارية PIV. باستخدام برنامج PIV والحقول التتبع النزوح الجسيمات، D (X، Y) [بكسل]، (حيث x و y دلالة موقف المكانية الأفقية والعمودية في الصورة فوق الصوتية، على التوالي) يتم الحصول من خلال تطبيق خوارزميات الارتباط عبر الموجات فوق الصوتية إلى المتعاقبة B- وضع الصور. ⁽¹⁰⁾ حقول السرعة، ش (س، ص) [م / ث]، ويتم تحديد من الحقول التشريد، ومعرفة الخطوة الوقت بين أزواج الصورة، ΔT [ق]، وتكبير الصورة، M [متر / بكسل ]، أي، ش (س، ص) = MD (X، Y) / ΔT. ب خطوة الوقتإلى صف الصور ΔT = D + 1/fps (X، Y) / B، حيث B [بكسل / ثانية] هو الوقت الذي تستغرقه الموجات فوق الصوتية التحقيق لاكتساح عبر عرض الصورة. في هذه الدراسة، M = 77 [ميكرومتر / بكسل]، إطارا في الثانية = 49،5 [1 / ثانية]، وB = 25047 [بكسل / S]. حصلت مرة واحدة، يمكن تحليل الحقول لحساب سرعة تدفق كميات من الفائدة.

Protocol

1. خلق تدفق للقياس

1. أظهرت القياسات سيتم التحقق من صحة EPIV في تدفق الأنابيب من الجليسرين المحلول المائي (الجليسرين 50٪ - 50٪ ماء). ويرد التخطيطي للإعداد تجريبية في الشكل 1.
2. تضاف كرات زجاجية مجوفة يبلغ قطرها اسمية 10 ميكرومتر إلى السائل بتركيز من أجزاء الوزن حوالي 17 لكل مليون. مجالات الزجاج جوفاء بمثابة عوامل التباين الموجات فوق الصوتية، ويتم اختيار حجمها وكثافة بحيث أنها تتبع بشكل سلبي على تدفق السوائل ¹⁰
3. يتم توفير الجهد الثابت A إلى المضخة لإدخال معدل التدفق المعروفة. يتم اختيار معدل التدفق بحيث U << ΔX / δt، حيث U هي متوسط ​​السرعة في الأنابيب، ΔX هو طول خطي من حجم قياس EPIV، وδt هي الخطوة الوقت بين الصور، أي أن يكون في حاجة إلى تدفق "بطيء" مقارنة إطارا في الثانية من سي الموجات فوق الصوتيةالجذعية .. ³

2. معايرة الموجات فوق الصوتية

1. تحميل التحقيق الموجات فوق الصوتية لجدار الأنابيب الخارجية. يتم تطبيق جل موضعي المياه استنادا إلى التحقيق الموجات فوق الصوتية لتقليل الخسائر في انتقال الموجات فوق الصوتية شعاع بين الوجه التحقيق والجدار الأنابيب.
2. الطاقة على جهاز الموجات فوق الصوتية. A بث مباشر من صور الموجات فوق الصوتية يبدأ تلقائيا بمجرد تحميل جميع النظم.
3. تعيين عمق الصورة باستخدام مفتاح التحكم العمق على لوحة التحكم لجهاز الموجات فوق الصوتية.
4. تعيين مكسب الصورة مجموع باستخدام مقبض كسب 2D على لوحة التحكم لجهاز الموجات فوق الصوتية.
5. ضبط التعويض كسب الوقت (TGC) المتزلجون لتخفيف مبعثر من جدران الأنابيب وللتعويض عن توهين ذات الصلة عمق إشارة الموجات فوق الصوتية.
6. تم تعديل عرض الصور، والتركيز، التحقيق تردد التشغيل، ومعدل الإطار باستخدام مقابض التحكم احالة. هؤلاء4 المقابض، وتقع على الجزء العلوي الأيسر من لوحة التحكم، تختلف وفقا لوضع النظام الذي يتم تشغيله. في وضع 2D (كما هو مستخدم حاليا)، من اليسار إلى اليمين المقابض تتوافق مع، عرض الترددات، والتركيز، ومعدل الإطار، على التوالي. ملاحظة أنه نظرا للمبادئ الأساسية الموجات فوق الصوتية والتصوير ^9، تقترن هذه بطبيعتها المعلمات الأربعة. وبناء على ذلك، لإعطاء صورة التصوير بالموجات فوق الصوتية (أي تجربة EPIV) هناك مفاضلة بين القرار المكانية والزمانية.
7. انظر الشكل 2 لصورة الموجات فوق الصوتية ممثل تدفق الأنابيب مع المصنف 10 ميكرومتر مجالات الزجاج جوفاء. ملاحظة أنه نظرا لقرار الجانبية محدودة، والمجالات طخت الزجاج في الاتجاه الأفقي وتظهر مجسمات القطع الناقص في الصورة.

3. جمع البيانات

1. اضغط على زر امتحان جديد في لوحة التحكم بالموجات فوق الصوتية لبدء تجربة جديدة.
2. إنشاءجديد "المريض" عن طريق إدخال أنبوب تدفق في اسم العائلة وتاريخ اليوم في الاسم الأول ورقم ID في اختبار للمريض.
3. بعد إنشاء "المريض"، يبدأ التصوير بالموجات فوق الصوتية حتى يتم الوصول إلى الحد الأقصى من بين مسبقا 1000-1500 الصور، وبعد ذلك حلقة جديدة يبدأ المسح الضوئي. الضغط على زر تجميد الموجات فوق الصوتية لوحة التحكم سيتم إعادة تشغيل مرتين الفحص في أي وقت قبل التوصل إلى أكبر عدد ممكن من الصور مسبقا.
4. مرة واحدة وقد تم الحصول على مجموعة جيدة من صور الموجات فوق الصوتية (أي حادة الصور الجسيمات البذور والبذور كافية كثافة الجسيمات)، اضغط على زر تجميد الموجات فوق الصوتية لوحة التحكم لوقف الحصول على الصور.
5. اضغط على زر Cineloop على الموجات فوق الصوتية لوحة التحكم. حدد مجموعة من الصور بالموجات فوق الصوتية ليتم تحليلها باستخدام مقبض دورة الأولى على الموجات فوق الصوتية لوحة التحكم لتحديد الصورة الأولى في المجموعة، ومفتاح آخر دورة لتحديدمشاركة الصور في المجموعة.
6. اضغط على زر المتجر صورة الموجات فوق الصوتية على لوحة التحكم لحفظ مجموعة مختارة من صور الموجات فوق الصوتية.
7. اضغط على زر الأرشيف على الموجات فوق الصوتية لوحة التحكم واستخدام مؤشر الماوس لتحديد تاريخ امتحان. وهذا يدفع المستخدم لتحديد الصور أو cineloops لانقاذ لمحرك الأقراص الثابت المحلي. حدد cineloop (ق) من الفائدة ثم الخروج من الامتحان.
8. اضغط على زر الأرشيف على الموجات فوق الصوتية لوحة التحكم واستخدام مؤشر الماوس لتحديد الأول أكثر ثم حدد إدارة القرص. وإدارة القرص نقل cineloop حفظ (ق) إلى تشغيل برنامج PC التعريف الشخصي.

4. تحويل نوع الملف

1. يتم تخزين صورة الموجات فوق الصوتية والتصوير الرقمي والاتصالات في الطب (DICOM) نوع الملف على جهاز الموجات فوق الصوتية. من أجل أن تفتح وتقرأ من قبل برنامج PIV، يجب تحويل الملفات إلى ملفات صور DICOM. في الوقت الحاضر،يتم استخدام البرنامج النصي DICOM2JPG.m مطلب تشغيل لتحويل ملفات DICOM لمجموعة خبراء التصوير مفصلية نوع الملف (JPEG).
2. ثم يتم تحليل هذه الصور باستخدام الموجات فوق الصوتية JPEG ديفيس البرنامج من LaVision.

5. حساب الحقول التشرد، D (X، Y)، عن طريق ديفيز

1. انقر نقرا مزدوجا فوق الماوس على أيقونة ديفيس على جهاز الكمبيوتر. حدد مشروع جديد. حدد التعريف الشخصي.
2. حدد استيراد الصور في شريط الأدوات، واختر استيراد الملفات عن طريق تعداد رقمي. في القائمة المنسدلة، حدد موقع المجلد حيث يتم تخزين الصور JPEG الموجات فوق الصوتية، وانقر نقرا مزدوجا على الصورة الأولى للمجموعة. وهذا استيراد جميع الصور بالموجات فوق الصوتية في هذه المجموعة مرقمة.
3. وعادة ما يتم تعريف قناع الصورة لعزل المنطقة ذات الاهتمام (ROI) في الصورة الموجات فوق الصوتية لتتم معالجتها. لتدفق الأنابيب، يتم استخدام قناع لتحديد العائد على الاستثمار بين جدران الأنابيب (أي السائل).
4. التوجه إلى لوحة التحكم الرئيسية في ديفيس، حدد علامة التبويب الموجودة تحت المشروع الحالي الذي يحتوي على الصور المستوردة، وحدد علامة التبويب تجهيز دفعة المسمى. وهذا يتيح نافذة تجهيز ناقلات من ديفيس لتجهيز دفعة من صور الموجات فوق الصوتية المستوردة.
5. من قائمة العمليات، وذلك باستخدام شجرة PIV-السلاسل الزمنية، حدد حساب المعلمات ناقلات، واختيار المعلمات لاستخدامها في معالجة النواقل. إذا تم استخدام القناع، والتحقق من نطاق البيانات مربع = استخدام منطقة ملثمين في المعلمة القائمة ناقلات الحساب. لاحظ أن اختيار الأمثل للمعلمات حساب ناقلات يعتمد على تدفق هندسة، خصائص التدفق، صورة القرار الجسيمات التتبع الكثافة، وتحليل تدفق الكمية المطلوبة ¹⁰
   لقياسات تدفق الأنابيب، المعلمات التي أثمرت عادة أفضل النتائج المتعددة الدخول مع حجم الاستجواب تناقص من 32 بكسل 32 × ^{2 حتي} 8 X8 بكسل ^2، مع تداخل من 50٪. تم تعيين مجموعة ناقلات تقييد النسبية لجميع ± (حجم النافذة / 2) وكان من المقرر المطلق تقييد نطاق ناقلات إلى بكسل ± 5. وأخيرا، تم استخدام 3 × ² 3pixel مرشح لقمع متوسط ​​الضوضاء وتسهيل مجالات النواقل.
6. على الجهة اليسرى من الشاشة تجهيز الدفعة، حدد المبلغ الإجمالي للصور التي سيتم تجهيزها وحدد تجهيز البداية. وهذا حساب مجال التشرد، D (س، ص)، وبين صور الموجات فوق الصوتية باستخدام المتعاقبة عبر علاقة الخوارزميات.

6. تحليل حقول المتجهات

1. لتحليل ما بعد التصنيع والبيانات، ويتم تصدير الحقول ناقلات EPIV من ديفيس كملفات TXT. ويتحقق هذا عن طريق اختيار فرع النزوح ناقلات تحت الصورة JPEG فرع في شاشة المشروع. في شريط الأدوات، حدد علامة التبويب التصدير، حدد نوع الملف ASCII. TXT، اختر / إنشاء مجلد التصدير، وهود حدد تصدير.
2. تتم تسمية الحقول ناقلات تصدير Bxxxxx.txt، حيث ≤ 00001 كسكسكسكسكس ≤ 99999، مع B العازلة تدل. كل ملف يحتوي على أربعة أعمدة البيانات: (1) X-موقع ناقلات في الصورة، (2) ص موقع ناقلات في الصورة، (3) X-مكون من النزوح (التهجير أي streamwise)، (4) ذ مكون من النزوح (أي الجدار العادي التشرد). يتم فتح الملفات ومعالجتها في Bxxxxx.txt MATLAB لحساب لأول مرة مجال السرعة، من خلال معرفة الخطوة الزمنية بين أزواج الصورة، ΔT [ق]، وتكبير الصورة، M [متر / بكسل]، أي يو (X، Y ) = MD (X، Y) / ΔT. الخطوة الوقت بين الصور ΔT = D + 1/fps (X، Y) / B، حيث B [بكسل / ثانية] هو الوقت الذي تستغرقه الموجات فوق الصوتية التحقيق لاكتساح عبر عرض الصورة. في هذه الدراسة، M = 77 [ميكرومتر / بكسل]، إطارا في الثانية = 49،5 [1 / ثانية]، وB = 25047 [بكسل / S]. المقبل، ensemيتم حساب متوسط ​​بلي المجالات ناقلات السرعة، الجدار العادي لمحات من متوسط ​​السرعة، بين كميات تدفق الأخرى ذات الاهتمام. (انظر القسم ممثل النتائج.)

النتائج

ويرد الصدى الفوري جسيم الصورة velocimetry (EPIV) مجال ناقلات في الشكل 3. المؤامرة ناقلات ناقلات السرعة يظهر كل العمود الرابع، وخريطة كنتورية لون الخلفية يتوافق مع حجم السرعة. ويرد متجه متوسط ​​مؤامرة فرقة المتوسط ​​أكثر من 1000 حظية المؤامرات ناقلات EPIV في الشكل...

Discussion

وقد وصفت البروتوكول التشغيل للصورة الجسيمات نظام الصدى (EPIV) قادرة على الحصول على velocimetry ثنائي الأبعاد في مجالات سرعة السوائل مبهمة بصريا أو من خلال هندستها مبهمة بصريا. التطبيق العملي للEPIV هو مناسبة تماما لدراسة نظم التدفق الصناعية والبيولوجية، حيث تدفق السوائل مبه?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
اسم كاشف	شركة	كتالوج رقم	التعليقات (اختياري)
الموجات فوق الصوتية آلة	GE	7 برو حية
الموجات فوق الصوتية خطية صفيف	GE	10 L
DC مضخة مياه	KNF	NF 10 KPDC
ناقلات برمجيات معالجة	Lavision	ديفيس 7،2
أضف برمجيات معالجة	ماثووركس	MATLAB 7.12
الاكريليك أنابيب	ماكماستر السيارةص	8486K531
الموجات فوق الصوتية جل	باركر	Aquasonic 100