הד Velocimetry תמונת חלקיקים
27 בדצמבר 2012
Velocimetry מערכת הד חלקיק תמונה (EPIV) מסוגלת לרכוש שדות דו ממדים של מהירות בנוזלים אופטיים אטומים או באמצעות גיאומטריות אופטיות אטומות מתוארת, ומדידות אימות בזרימת צינור מדווחות.
מטרת ניסוי זה היא להשיג שדות מהירות רגעיים דו-ממדיים בזרימת Hagen-Poiseuille, הידועה גם כזרימה למינרית בצינור. באמצעות מדידות תיקוף של echo particle image velocimetry (EPIV) בסימטריה LOC, מודגמת זרימה בצינור עם סירקולציה של תערובת 50:50 של מים וגליצרין. מערכת הזרימה בצינור המשמשת כאן עושה שימוש בראש לחץ קבוע המתוחזק על ידי משאבת אקווריום להנעת הזרימה.
מתמר אולטרסאונד מסוג מערך פאזי (phased array) מותקן על דופן הצינור של מערכת הזרימה, ותמונות אולטרסאונד במצב B (B mode) מוזרמות בזמן אמת. הנוזל מכיל כדוריות זכוכית חלולות או חלקיקי סמן העוקבים בדיוק אחר תנועות הזרימה. לאחר מכן נרכשות תמונות אולטרסאונד, המועברות למחשב ומומרות לפורמט תמונה התואם לתוכנה המסחרית למיפוי מהירות על פי תמונות חלקיקים (particle image velocimetry).
אלגוריתמים של מתאם צולב (Cross correlation) מיושמים על תמונות אולטרסאונד רצופות במצב B (B mode) כדי לחשב שדות מהירות דו-ממדיים. בסופו של דבר, שדות הווקטורים מנותחים כדי לחשב כמויות זרימה רלוונטיות, כגון מאמץ גזירה ממוצע (ensemble average sheer stress) ומסחרור (vorticity). למרות שטכניקה זו יכולה לספק תובנה לגבי דינמיקה בסיסית של נוזלים, היא יכולה לשמש, ואכן משמשת לעיתים קרובות, במערכות זרימה מעשיות, כולל יישומים ביו-רפואיים, למשל, זרימות עורקיות או זרימות בין-חדריות.
הניסויים השוטפים שלנו המשתמשים בביומסה מנוזלת ובנוזלים הם שמעוררו את ענייננו בטכניקה זו. כדי להקים את מערכת ה-EP IV, התחילו בהפעלת המשאבות. פעולה זו תתחיל את זרימת הצינור במעגל סגור בקצב קבוע.
בשלב הבא, מרחו ג'ל טופקלי על בסיס מים על מתמר האולטרסאונד. הג'ל ממזער את אובדן התמסורת של קרן האולטרסאונד בין פני המתמר לבין הצינור. לאחר מכן, באמצעות תושבת מתמר שנבנתה במיוחד עם מחברי צינור העוברים דרך הדופן, חברו את מתמר האולטרסאונד לדופן החיצונית של הצינור והפעילו את מכשיר האולטרסאונד.
לאחר טעינת כל המערכות, יופיע זרם תמונות חי על מסך האולטרסאונד. מצב 2D הוא הגדרת ברירת המחדל עבור המתמר הליניארי לצורך ביצוע מדידות EPIV. ראשית, שקלו את המשקל היבש המתאים של כדורי זכוכית חלולים בעובי נומינלי של 10 micrometer, כך שריכוזם הסופי בעת הוספתם למערכת הזרימה יהיה כ-17 חלקי מיליון ממשקל.
בשלב הבא, הוצאו נפח של נוזל מהאגן והוסיפו את החלקיקים לנוזל כדי ליצור תמיסת חלקיקים מרוכזת. החלקיקים, כאשר יתווספו למערכת הזרימה, ישמשו כחומרי ניגוד לאולטרסאונד או כחלקיקי מעקב. הוסיפו את תמיסת החלקיקים המרוכזת למערכת זרימת הצינור במעגל סגור על ידי ערבובם בתוך מאגרי המים.
ניתן להצפים בכדורי הזכוכית במסך האולטרסאונד. לאחר מספר דקות, כדורי הזכוכית יתפזרו באופן שווה בכל המערכת, כך שאחד החלקים הקשים ביותר בפרוצדורה זו הוא השגת תמונות אולטרסאונד ברורות וברזולוציה גבוהה. כדי למקסם את איכות התמונות הללו, אנו מכוונים את ההגבר (gain), נקודות המיקוד והטווח הדינמי בהתבסס על הערכות מוקדמות של מהירות הזרימה.
אנו מבצעים אופטימיזציה נוספת של פרמטרים אלו בזמן אמת באמצעות ניתוח תמונות האולטרסאונד. השתמש בכפתור בקרת העומק בלוח הבקרה של מכשיר האולטרסאונד כדי להגדיר את עומק התמונה ל-three centimeters. לאחר מכן, באמצעות כפתור ה-2D gain, כוונן את הגבר הכללי של התמונה כדי להגביר את בהירותה, כך שחלקיקי הגרעין יהיו גלויים בבירור בלוח הבקרה של המכשיר.
כוון את מפסקי פיצוי הגבר הזמן (TGC) כדי להחליש את הפיזור מדפנות הצינור ולפצות על ניחות של אות האולטרסאונד התלוי בעומק. פעולה זו תסיר תמונות עודפות בחלקים העליונים והתחתונים של דפנות הצינור במצב דו-ממדי (2D). הכפתורים בחלקו העליון של לוח הבקרה, משמאל לימין, מקבילים לרוחב, לתדר המיקוד ולקצב הפריימים.
השתמשו במפתחים אלו כדי לכוונן את התמונה עוד יותר, במטרה להשיג את הרזולוציה הפיזית, התדר וקצב הפריימים הגבוהים ביותר האפשריים לצורך הניתוח. לאחר מכן, כווננו את תדר הפעולה של הגשש ל-10 megahertz והגדירו את קצב הפריימים ל-49.5 frames per second. שימו לב שארבעת הפרמטרים הללו קשורי זה לזה באופן מהותי.
כתוצאה מכך, עבור סריקת תמונה אולטרסאונד נתונה, קיימת פשרה בין הרזולוציה המרחבית לרזולוציה הזמנית. בשל רזולוציה לטרלית מוגבלת, כדורי הזכוכית ייראו מטושטשים בכיוון הלטרלי ויופיעו כאלליפסואידים בתמונה. לאחר אופטימיזציה של הפרמטרים, הגיע הזמן לאסוף נתונים באמצעות לוח הבקרה של האולטרסאונד במכשיר.
לחצו על כפתור הבדיקה החדשה (new exam) כדי להתחיל ניסוי חדש. תחת פרטי המטופל, הזינו pipe flow כשם המשפחה ואת התאריך כשם הפרטי.
הזינו את מספר הבדיקה בשדה מזהה המטופל (patient ID). סריקת האולטרסאונד תתחיל באופן אוטומטי כאשר יושג המקסימום המוגדר מראש של 1,000 עד 1,500 תמונות. מחזור סריקה חדש יתחיל עם המשך הסריקה.
בצעו התאמות בפרמטרי הדמיה עד שחלקיקי הזריעה יהיו בפוקוס חד, עם כ-10 חלקיקים לכל אזור דגימה. כדי להתחיל מחדש את לולאת הקלטת הסריקה, לחצו על כפתור ההקפאה (freeze) בלוח הבקרה של מכשיר האולטרסאונד. לאחר שנקלט מספר מספיק של תמונות אידיאליות, לחצו על כפתור ההקפאה.
בשלב הבא, לחץ על כפתור ה-C loop בלוח הבקרה של מכשיר האולטרסאונד. בחר ב-"Select all images" כדי לכלול את כל תמונות האולטרסאונד במערך הניתוח. לאחר שבחרת את התמונות לניתוח, לחץ על כפתור שמירת התמונות (image store) כדי לשמור את מערך תמונות האולטרסאונד שנבחר.
לאחר שמירת התמונות, לחצו על כפתור הארכיון (archive) בלוח הבקרה של מכשיר האולטרסאונד. כאשר תופיע הבקשה, בחרו מהחלון הקטן את ה-syn loop הרלוונטי לשמירה בכונן הקשיח המקומי. לאחר מכן, השתמשו בסמן העכבר כדי לבחור בסיום הבדיקה (end exam).
לחצו על כפתור הארכיון והשתמשו בסמן העכבר כדי לבחור תחילה ב-more ולאחר מכן ב-disc management. פעולה זו תעביר את לולאת ה-cyl או לולאות ה-cyl השמורות למחשב המריץ את תוכנת ה-particle image velocity symmetry או ה-PIV. לאחר לכידה ושמירה של התמונות, יש להמיר את תמונת האולטרסאונד מקובץ digital imaging communications in medicine או DICOM לקובץ תמונה מסוג joint photographic experts group או JPEG לצורך ניתוח.
השתמשו בסקריפט MATLAB המריץ את הקובץ DICOM to jpeg.m כדי להמיר את קבצי ה-DICOM לתמונות JPEG. סקריפט זה פותח במעבדה וניתן להשיגו למטרות לימודיות בכתובת האינטרנט המוצגת כאן. לאחר המרת הקובץ, פתחו את תוכנת Davi של Law Vision בתוכנה.
לחץ פעמיים על סמל ה-davi, בחר ב-new project, ולאחר מכן בחר ב-PIV. בסרגל הכלים, בחר ב-import images ובחר ב-import via numbered files. לאחר מכן, בתפריט הנפתח, אתר את התיקייה שבה מאוחסנות תמונות האולטרסאונד בפורמט JPEG ולחץ פעמיים על התמונה הראשונה בסדרה.
פעולה זו תייבא את כל תמונות האולטרסאונד בסט ממוספר זה כדי להגדיר אזור עניין (region of interest) לניתוח שיכלול רק את הנוזל. כדי ליצור את המסכה, יש להחיל מסכה, להזין את הקואורדינטות, ואזור מלבני באמצעות שתי נקודות קואורדינטות x ו-y בהתבסס על המידע מקובץ ה-DICOM והידע על ממדי הפיקסלים. לאחר מכן, בלוח הבקרה הראשי ב-dvu, לחץ על הלשונית שנמצאת תחת הפרויקט הנוכחי (current project) המכילה את התמונות המיובאות.
בחרו בטבלה המסומנת כעיבוד באצוות (batch processing). פעולה זו תפעיל את חלון עיבוד הווקטורים של Davi עבור עיבוד באצוות מרשימת הפעולות; באמצעות עץ PIV plus PIV time series, בחרו בחישוב וקטורים והגדירו פרמטרים של multipass עם גודל חלון שאילתה (interrogation size) פוחת מ-64 pixels על 64 pixels ל-12 pixels על 12 pixels עם חפיפה (overlap) של 50%. הגדירו את הגבלת טווח הווקטורים היחסי (relative vector range restriction) ל-all ואת הגבלת טווח הווקטורים המוחלט (absolute vector range restriction) ל-5 pixels. לאחר מכן, החילו מסנן חציוני (median filter) כדי לדכא רעשים ולהחליק את שדות הווקטורים.
בשלב הבא לעיבוד וקטורים, סמנו את תיבת הסימון data range equals use masked area בתפריט הפרמטרים של חישוב הווקטורים (vector calculation parameter). שימו לב כי בחירה אופטימלית של פרמטרי חישוב הווקטורים תלויה בגיאומטריה של הזרימה, תכונות הזרימה, רזולוציית התמונה, צפיפות חלקיקי הסימון (tracer particles) וניתוח הזרימה הכמותי הרצוי. לאחר הגדרת כל הפרמטרים הרצויים בחלק השמאלי של מסך עיבוד האצוות (batch processing), בחרו את המספר הכולל של התמונות לעיבוד.
לחצו על התחל עיבוד. פעולה זו תחשב את שדה ההעתקה בין תמונות אולטרסאונד עוקבות באמצעות אלגוריתמים של מתאם צולב (cross correlation). כדי לנתח את הנתונים המעובדים, ייצאו את שדות הווקטורים של ה-UCV מתוכנת DAVO כקבצי txt.
כדי לבצע זאת, תחת ענף תמונת ה-JPEG במסך הפרויקט, בחרו בענף ה-vector displacement. בסרגל הכלים, בחרו בלשונית ה-export. בחרו את סוג הקובץ.
בקש קובץ txt. בחר ביצירת תיקיית ייצוא ובצע ייצוא. לאחר מכן, פתח את הקובץ ב-MATLAB על ידי הרצת סקריפט ה-MATLAB.
שדות הווקטורים המיוצאים נקראים B-X-X-X-X-X.txt, כאשר X מייצג מספר העולה מאחד עד 99,999. כל קובץ מכיל ארבע עמודות נתונים, אותן ניתן לצפות באמצעות פנקס רשימות (notepad): ראשית, מיקום X של הווקטור בתמונה; שנית, מיקום Y של הווקטור בתמונה; שלישית, רכיב X של ההעתקה או העתקה לאורך הזרימה; ורביעית, רכיב y של ההעתקה, המתאר את ההעתקה הניצבת לקיר. כדי לחשב את שדה וקטור המהירות U כפונקציה של X ו-Y, כאשר X ו-Y מתאימים לקואורדינטות מרחביות בתמונת האולטרסאונד, יש להמיר תחילה את שדה ההעתקה D של X ו-Y הנמדד בפיקסלים לשדה העתקה הנמדד במטרים, באמצעות פרמטר קנה המידה של התמונה M הניתן ביחידות של מטר לפיקסל.
בשלב הבא, שדה ההעתקה מחולק בהפרדה הזמנית בין התמונות המתוקנת לסריקה delta T, כאשר delta T שווה לواحد חלקי קצב הפריימים שניתן בפריימים לשנייה, בתוספת שדה ההעתקה חלקי הזמן שלוקח לתמונת האולטרסאונד לסרוק את רוחב התמונה. לסיכום, U של X ו-Y שווה ל-M כפול D של X ו-Y חלקי delta T. קובץ DICOM מאחסן מטבעו מבנה קבצים המספק את המידע הדרוש לחישוב פרמטר קנה המידה של התמונה M וההפרדה הזמנית המתוקנת לסריקה Delta T במחקר הנוכחי M שווה ל-77 microns per pixel, FPS שווה ל-49.5 ו-B שווה ל-25, 047 pixels per second.
לבסוף, חשבו שדות וקטורי מהירות ממוצעים של המערך (ensemble average velocity vector fields) לצד פרופילים נורמליים של מהירות ממוצעת וכל כמות זרימה אחרת שמעניינת את החוקר. כדי להדגים את התועלת של EPIV ולהעריך את אי-הוודאות במדידה, נרכשו שדות מהירות רגעיים דו-ממדיים של זרימה למינרית בצינור כפי שמתואר בסרטון זה; תרשים וקטורים רגעי זה מציג וקטורי מהירות בכל עמודה רביעית, ומפת קווי המתאר של צבע הרקע תואמת את גודל המהירות. המיקום המרחבי הדו-ממדי של וקטור המהירות מסומן על ידי D over D ו-X over D, כאשר D הוא המיקום הרדיאלי שנמדד מהדופן העליונה.
D הוא קוטר הצינור, ו-X הוא המיקום לאורך הזרימה הנמדד מכניסה לצינור. הצורה הפרבולית הנראית של וקטורי המהירות לאורך העמודות מעידה על כך שהמדידות עקביות עם פרופיל המהירות הצפוי לזרימה בצינור. תרשים הווקטורים הממוצע (ensemble averaged), שחושב על ידי ביצוע ממוצע של 1000 תרשימי וקטורים רגעיים, מספק ייצוג של שדה המהירות הממוצע.
פעולה זו תביא גם למיתון של שגיאות רעש אקראיות בשדות הווקטורים הרגעיים. וקטורי המהירות פונים בעיקר בכיוון הזרימה. המהירויות הגבוהות ביותר מופיעות בקו המרכז של הצינור.
המהירויות פחתו לאפס בדפנות הצינור והזרימה היא סימטרית בקירוב; פרופיל מהירות הממוצע לאורך ציר הזרימה ברדיוס הצינור, שהתקבל על ידי מיצע של תרשים הווקטורים הממוצע של המדגם לאורך השורות בכיוון האופקי, מוצג כאן. כמו כן מוצג פרופיל המהירות הממוצע הצפוי לזרימה למינרית בצינור, בהתחשב בתנאי הניסוי.
ההתאמה בין מדידות ה-EPIV לבין פרופיל ה-higgin pozo הצפוי היא הטובה ביותר בקרבת קו המרכז של הצינור והגרועה ביותר בקרבת דפנות הצינור. ההבדלים הגדולים בקרבת הדופן נובעים ככל הנראה מהחזרה ושבירה חזקות של גלי האולטרסאונד במשטח המעוקל של דופן הצינור, היוצרות עצימויות תמונה גבוהות באזורים אלו; העצימויות הגבוהות בדופן ממסכות את עצימויות החלקיקים, מה שמוביל לשגיאת מדידה. עם פיתוח טכניקה זו, חוקרים הבוחנים דינמיקה של נוזלים במערכות זרימה הנדסיות או ביולוגיות יכולים כעת לרכוש וריאציות מרחביות-זמניות של שדה המהירות בנוזלים אטומים מבחינה אופטית או דרך גיאומטריות אטומות מבחינה אופטית.
לאחר צפייה בסרטון זה, תבואו להבנה טובה של אופן הפעולה של EPIV, מגבלותיה, וכיצד לבנות ולהפעיל מערכת EPIV באמצעות מכשיר אולטרסאונד מסחרי.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מאמר זה מתאר מערכת של מדידת מהירות באמצעות תמונות של חלקיקים בהדהוף (EPIV), שנועדה ללכוד שדות מהירות דו-ממדיים בנוזלים אטומים מבחינה אופטית. מוצגות מדידות תיקוף בזרימה למינרית בצינור, המדגימות את יכולות המערכת.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- דינמיקת נוזלים
- דימות באולטרסאונד
- וולוסימטריה של תמונות חלקיקים (PIV)
רקע
- מערכות EPIV משמשות למדידת מהירות נוזלים בתנאים מאתגרים.
- זרימה למינרית בצינור היא תרחיש נפוץ לתיקוף של טכניקות למדידת נוזלים.
- חלקיקי סמן חיוניים למעקב מדויק אחר מהירות בדינמיקה של נוזלים.
- דימות אולטרסאונד מספק שיטה לא פולשנית להדמיית דינמיקת זרימה.
מטרת המחקר
- פיתוח מערכת EPIV לשימוש בנוזלים אטומים מבחינה אופטית.
- תיקוף ביצועי המערכת בסביבת זרימה מבוקרת בצינור.
- הדגמת היעילות של שימוש באולטרה-סאונד למדידת מהירות הנוזל.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- שימוש במתמר אולטרסאונד בעל מערך פאזות המותקן על דופן הצינור.
- הזרמה של תמונות אולטרסאונד במצב B לצורך ניתוח.
- שימוש בכדורי זכוכית חלולים כחלקיקי סמן בנוזל.
- המרה של תמונות אולטרסאונד לפורמט תואם עבור תוכנה לולוסימטריה של תמונות חלקיקים (particle image velocimetry).
תוצאות עיקריות
- השגה מוצלחת של שדות מהירות דו-ממדיים בזרימה למינרית.
- תיקוף של מערכת ה-EPIV באמצעות מדידות ניסיוניות.
- הדגמת יכולתו של המערכת לפעול בתנאים אטומים מבחינה אופטית.
- מעקב יעיל אחר דינמיקת זרימה באמצעות חלקיקי סימון והדמיה באולטרסאונד.
מסקנות
- מערכת ה-EPIV היא כלי בעל ערך לחקר דינמיקה של נוזלים בסביבות מאתגרות.
- דימות באולטרסאונד משפר את היכולת למדוד מהירות זרימה בנוזלים עכורים.
- יישומים עתידיים עשויים להתרחב לתחומים שונים הדורשים ניתוח של מהירות נוזלים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
מדדי מהירות של תמונות חלקיקים בשיטת הד (Echo Particle Image Velocimetry - EPIV) מאפשרים מדידה לא פולשנית וברוזולוציה גבוהה של שדות מהירות של נוזלים במערכות אטומות מבחינה אופטית, ובכך תומכים בהבנה מכניסטית של תופעות הובלה בזרימות ביולוגיות והנדסיות מורכבות. יכולת זו מסייעת בהפחתת סיכונים הנובעים מהנחות על דינמיקה של נוזלים במהלך שלבים מוקדמים של תיקוף מטרות ופיתוח מודלים פרה-קליניים, על ידי אספקת נתונים כמותיים עם רזולוציה מרחבית על הובלת מסה, תנע ואנרגיה. שדות מהירות המופקים בשיטת EPIV מגבירים את הביטחון במיקוד החזוי במערכות פרה-קליניות שבהן הגישה האופטית הישירה מוגבלת, כגון בחומרים ביו-סינתטיים צמיגיים או במודלי פנטום המדמים רקמה.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר חקירה של מנגנוני הובלה המתווכים על ידי נוזלים במערכות להמסרה של תרופות, ובכך תומך בבדיקת השערות לגבי האופן שבו תכונות הפורמולציה משפיעות על פיזור החלקיקים ועל הזמינות הביולוגית.
- ערך תפעולי: מספק נתונים כמותיים הניתנים לשחזור של שדה מהירות, לצורך תיקוף תפקודי של רכיבים פלואידיים במכשירים פרה-קליניים או בפיגומים של חומרי בנייה ביולוגיים (biomaterial scaffolds).
סריקה ופיתוח בדיקות
- ערך מדעי: מייצר מפות מהירות דו-ממדיות סטנדרטיות המשמשות כמדדים פונקציונליים להערכת התנהגות נוזלים במטריצות מורכבות, ובכך מאפשרת בדיקת מוכנות עבור פורמולציות צמיגיות או המכילות חלקיקים.
- ערך תפעולי: תומך בדימות רחב-טווח ובנאמנות גבוהה של דינמיקת חלקיקי סמן תחת תנאי זרימה מבוקרים, דבר המשפר את השחזוריות בחוזרים של מסעות סריקה.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: מגשר בין שלב הגילוי לבדיקה פרה-קלינית על ידי כימות גזירה ומסחרור (vorticity) המושרים על ידי זרימה במערכות ביו-מימטיות, ובכך מסייע בקבלת החלטות מותאמות סיכון לגבי ביצועי המכשיר ותאימות ביולוגית.
- ערך תפעולי: מאפשר רצף בין אפיון נוזלים במעבדה לבדיקות פרה-קליניות באמצעות ולוצימטריה סטנדרטית מבוססת אולטרה-סאונד, התואמת סימולטורים ביולוגיים אטומים.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
EPIV משתלב בתהליך הגילוי ככלי להערכת דינמיקה של נוזלים מונחית-השערה, הממוקם בין סינון ראשוני של פורמולציות לבין תיקוף פונקציונלי פרה-קליני, במיוחד כאשר עכירות אופטית מגבילה גישות דימות קונבנציונליות.
- ביולוגיה של גילוי: תומכת בהפחתת סיכונים מכניסטיים על ידי מתן אפשרות לוויזואליזציה וכימות של הובלת נוזלים במערכות שבהן זרימות עמוסות חלקיקים משפיעות על מעורבות המטרה או על קינטיקה של שחרור תרופות.
- סריקה: מספקת שדות דחיפה ומהירות מושגים ממתאם-חילוץ (cross-correlation) שמוכנים לבדיקה, עם אי-ודאות מכומתת, מה שמאפשר השוואה בין גרסאות של פורמולציות או מכשירים.
- אנליטיקה: מספקת שדות מהירות (u(x,y)) ניתנים להרחבה ומתוקננים להגדלה מתוך נתוני דחיפה, מה שמאפשר לצומי מחקר לחשב גדלים נגזרים כמו מאמץ גזירה ומסחרור (vorticity) לצורך ניתוח השוואתי.
- מחקר תרגומי: מקשרת בין התנהגות נוזלים in vitro לרלוונטיות פרה-קלינית על ידי מדידת פרופילי זרימה בסימולטורים מייצגים מבחינה גיאומטרית וריאולוגית, ובכך תומכת ברציפות בהערכת מכשירים או חומרים ביולוגיים.
- שימוש חוזר ארגוני: מבססת שיטה ניתנת לשימוש חוזר בעלת יכולת פלטפורמה לאפיון דינמיקה של נוזלים לאורך פרויקטים מרובים, תוך מינוף תשתיות תוכנה של אולטרסאונד מסחרי ו-PIV.
השפעה תפעולית ועסקית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי באינטראקציות ביולוגיות המתווכות על ידי נוזלים, על ידי הפחתת אי-הוודאות בהערכת שדה המהירות בסביבות אטומות.
- ערך תפעולי: משפר את הסטנדרטיזציה והשחזוריות באמצעות רכישת תמונות מסונכרנת, ניתוח קורלציה צולבת וכיול זמני מתוקן לסריקה.
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת החלטות go/no-go בתוכניות התלויות בנוזלים על ידי אספקת מדדי ייחוס אובייקטיביים וכמותיים לביצועי הזרימה.
- השפעה על הפורט폴יו: מאפשר תיעדוף מותאם סיכונים של פורמולציות או מכשירים על בסיס התנהגות הידרודינמית מאומתת אמפירית בסימולטורים ריאליסטיים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בעקרונות דימות אולטרסאונד, ולוסימטריה של תמונות חלקיקים (PIV) ודינמיקה של נוזלים כדי למטב את ההגבר (gain), המיקוד, קצב הפריימים וריכוז החלקיקים.
- תלוי בגישה למ probe של אולטרסאונד מסוג phased array, מערכת אולטרסאונד רפואית ותוכנת PIV מבוססת מחשב המסוגלת לעבד רצפי תמונות במצב B (B-mode).
- מחייב סטנדרטיזציה של פרמטרי הדימות בין צוותים (למשל, קצב פריימים, הגדלה, גודל חלון השאילתה) כדי להבטיח השוואתיות של שדה המהירות בין מחקרים שונים.
- כולל שיקולי התאמה עבור תכונות משתנות של חלקיקי המעקב, צמיגות הנוזל וגיאומטריית הזרימה, במטרה לשמור על נאמנות התמונה ודיוק המדידה.
- כולל מגבלות מעשיות, לרבות רזולוציה לטרלית מופחתת הגורמת למריחה של חלקיקים וארטיפקטים של החזר אולטרסאונד בגבולות מעוקלים, העלולים להסתיר מדידות מהירות בקרבת הדופן.
